EP0952333B1 - Fuel injector for fuel injection systems - Google Patents
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- EP0952333B1 EP0952333B1 EP99106924A EP99106924A EP0952333B1 EP 0952333 B1 EP0952333 B1 EP 0952333B1 EP 99106924 A EP99106924 A EP 99106924A EP 99106924 A EP99106924 A EP 99106924A EP 0952333 B1 EP0952333 B1 EP 0952333B1
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- F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
- F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
Definitions
- the invention relates to an injection valve for fuel injection systems after in the preamble of claim 1 closer defined type.
- Generic injectors are known from EP-A-0 816,670 and from US-A-3,635,016.
- the actuating force comes from the piezo stack, which actuates the nozzle needle.
- the three pistons namely displacement piston, control piston and working pistons, the path is enlarged, so that a defined opening of the nozzle needle established.
- the injection valve according to US-A-3 635 016 works in a similar way, with no control edges exist in the true sense, but only a translation of the area ratios.
- DE 195 19 191 C2 describes an injection valve, being between a piezo stack and the nozzle needle of the Injector a hydraulic path-translation unit with a displacer and a Displacer piston downstream control piston arranged is.
- the disadvantage here is that in the Distance translation the actuating force for the nozzle needle declining.
- DE 195 00 706 A1 is a fuel injection valve for internal combustion engines, which has a hydraulic displacement amplifier for implementing a travel a piezoelectric actuator. at This valve are fluid-supplying and fluidabumblede Channels separated, the fluid through a channel disposed in the valve housing in a Annulus is performed.
- a disadvantage of this injector is, however, that although the way reinforced at the same time, however, via the Leverage Act Operating force is reduced.
- Another disadvantage is that the channel is the fuel injector during the delivery of fuel into the annulus subjected to a bending stress.
- EP 0 218 895 B1 from which a metering valve for dosing of liquids or gases with a piezoelectric Actuator is known.
- On the piezoelectric Actuator directly affects the pressure, with which the valve is acted upon.
- pressures of 1000 bar At the in Fuel injection systems occurring pressures of 1000 bar is an exact function of the valve due to Stellwegsteren the valve needle not more guaranteed.
- Another disadvantage is, that after lifting the valve needle from the valve seat the fuel through the resulting gap uncontrollable injected into the combustion chamber.
- the present invention is based on the object an injection valve of the type mentioned above create, with which a fuel injection with high accuracy and precise and without loss of power through a way-translation is possible.
- the path reinforcement according to the invention is of the force decoupled, because the force application for opening the nozzle needle only via the system pressure, e.g. one Rail pressure, done. Because you have no loss of power in the Translation gets, has the piezostack position too no negative influence on the opening of the nozzle needle.
- a pressure piece is arranged, wherein between the pressure piece and the working piston a length compensation space with a Balancing spring is located.
- the injection valve according to the invention is the same Working principle for both outward and after inside opening nozzle needles suitable.
- the injection valve 1 shown in FIG has an injector 2, a piezoelectric guide 3, in which a piezo stack 4 is arranged, and with a the injector 2 by means of a union nut. 5 connected valve housing 6.
- a valve closing device 7 is displaceable arranged in the valve housing 6.
- the valve closing device 7 has a plunger 8 as a nozzle needle with a valve stem 9, in which the plunger 8 is fitted.
- a sealing member in the form of a paragraph 10th intended.
- the valve housing 6, the paragraph 10 and a separating device fixedly connected to the valve stem 9, which is designed as a pressure equalizing cylinder 11 is one filled with fuel during operation Annular gap 12. From the annular gap 12 is at open valve 1 a precisely metered amount of fuel in a combustion chamber, which is not shown in the drawing is, injected.
- a flow restrictor is used for this purpose 13, which is provided with a spring device 14 to a cross-sectional area of the shoulder 10 of the valve stem 9 is pressed.
- the spring device 14 is supported on a cylindrical stop 15.
- annulus 16 is formed, in which a valve. 1 fuel supply line 17 opens. From here the fuel flows through holes 18 in the annular gap 12th
- the piezo stack 4 is completely in the low pressure range of fuel-carrying channels and thus becomes not supplied by the very high pressure Fuel affected in its mode of action.
- the Return flow of fuel takes place in this pressure range in a longitudinal groove 19, where it is at the of the Combustion chamber remote from the end of the piezo stack 4 from the Valve 1 exits.
- the piezo stack 4 is supplied with a control voltage, so this causes in a known manner an elongation the piezo stack 4, whereby the valve closing device 7 opens, as between the paragraph 10 of the valve stem 9 and a valve seat 6 and the flow restrictor 13 a corresponding gap is formed.
- the control voltage switched off, bringing the piezo stack 4 shortened accordingly back to its original length.
- the provision of the nozzle needle 8 causes a Nozzle needle spring 51, located on a collar 55 of the Nozzle needle 8 is supported.
- the piezo stack 4 is one with a Surrounding end cap provided protective tube 20.
- the sealing cap of the protective tube 20 is in axial Direction between the piezo stack 4 and a Displacer 21 is arranged and thus actuates this at an elongation of the piezo stack 4.
- a control piston 22 In axial Direction in front of the displacer 21 - based on the Combustion chamber - there is a control piston 22.
- the Control piston 22 has a smaller effective pressure surface as the displacer 21.
- the hydraulic Translation ratios arise from the different Geometries or diameter ratios of displacer 21 and spool 22.
- a piezo stack bias is achieved.
- the pressure compensation room 24 is with test oil or with fuel filled.
- the filling or a pressure equalization takes place via targeted leaks between the control piston 22, the displacer 21 and the surrounding cylinder housing 25.
- In the cylinder housing 25 opens an inlet 26, which is in communication with the inlet annulus 16. In this way, the cylinder housing 25 is axial and arranged against rotation.
- annular groove 27 From the inlet 26 is via an annular groove 27 and an inclined bore 28 which is arranged in the control piston 22 are an annular space 29 with system pressure (Rail pressure) from the annulus 16 acted upon. Of the Annulus 29 is between the control piston 22 and a Sliding sleeve 30 formed.
- the piezo stack 4 receives a control voltage, then in the direction of arrow B, the protective tube 20, the displacer 21 and the control piston 22 is shifted, wherein a pilot control edge 31 between the control piston 22 and the sliding sleeve 30 opens, bringing a high-pressure connection over the annular space 29 to a bore 32 is created in the sliding sleeve 30 and thus an associated working cylinder or working pressure chamber 33, the radially between the sliding sleeve 30th with a return control edge 36 and the cylinder housing 25 and axially between an end wall of the cylinder housing 25 and a working piston 34 is arranged is.
- the working piston 34 By applying the working pressure chamber 33 with high pressure, the working piston 34 is wegtechnisch the control piston 22 is moved in the direction of arrow B. Due to the biasing spring 35, the sliding sleeve follows 30 the working piston 34 and seals with the return control edge 36 the pressure chamber 33 from. The sliding sleeve 30 follows the power piston 34 until they again to the pilot control edge 31 between the control piston 22 and the sliding sleeve 30 meets or these Control edge locks. This is the working pressure space 33 hydraulically tight and the working piston remains in this position. As can be seen, gives the displacer 21 the way for the from the displacer 21, the control piston 22, the sliding sleeve 30 and the working piston 34 existing follower before, the then reacted to the nozzle needle 8.
- the protective tube 20 has the task of ensuring that the piezo stack 4 is not in contact with fuel comes.
- a hydraulic length compensation of the piezo stack 4 is about the targeted leakage of the control piston 22nd and one on the outer diameter of the displacer 21st incorporated capillary reaches over the leakage in the return line or the longitudinal groove 19 passes.
- the disc springs 23 provide ensure that the displacer 21 always on the Piezo stack 4 is applied and thus the piezo stack 4th is preloaded at the same time.
- the mechanical performance of the piezo stack 4 is used exclusively for valve positioning. In other words, that means the Force amplification with the piezo stack 4 directly to nothing has to do. So it will not be the piezokraft for the Operation of the nozzle needle 8 used, but alone the pressure in the pressure chamber of the working cylinder 33 is applied, and this pressure is proportional the power.
- FIGS. 3 and 4 show an injection valve, in which the nozzle needle 8 'for injecting Fuel opens inward. This means the direction of actuation of the piezo stack 4 'is the reverse of Actuation direction of the nozzle needle 8 '.
- Fig. 1 In contrast to the embodiment of the Fig. 1 is not a loop for supplying rail pressure 16 provided, but a stub 43. For the return of fuel is a leakage line 44 intended.
- the piezo bias can again in the Pressure equalization chamber 24 'by plates, or coil springs 23 ', are set. In this injection valve system yes, a way reversal must take place, if the Piezo stack 4 'is pressed. In this case, the Room in which a spring 56 is located, only one Vent space.
- the pressure compensation chamber 24 ' is compressed at a control voltage 4 '. Above this, a pressure acts in the pressure compensation chamber 24 ' Diameter difference.
- the fuel supply for the pressure compensation chamber 24 ' takes place via a connecting channel 54 in the Control piston 22 'to the inlet 26 via a collar in the Control piston 22 '.
Landscapes
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzsysteme
nach der im Oberbegriff von Anspruch
1 näher definierten Art.The invention relates to an injection valve for fuel injection systems
after in the preamble of
Gattungsgemäße Einspritzventile sind aus der EP-A-0 816 670 und aus der US-A-3 635 016 bekannt. Bei der EP-A-0 816 670 kommt die Betätigungskraft aus dem Piezostack, der die Düsennadel betätigt. Durch die Anordnung der drei Kolben, nämlich Verdrängerkolben, Steuerkolben und Arbeitskolben, wird der Weg vergrößert, so dass sich eine definierte Öffnung der Düsennadel einstellt. Das Einspritzventil nach der US-A-3 635 016 funktioniert auf ähnliche Weise, wobei keine Steuerkanten im eigentlichen Sinne vorhanden sind, sondern lediglich eine Übersetzung der Flächenverhältnisse.Generic injectors are known from EP-A-0 816,670 and from US-A-3,635,016. In the EP-A-0 816 670 the actuating force comes from the piezo stack, which actuates the nozzle needle. By the arrangement the three pistons, namely displacement piston, control piston and working pistons, the path is enlarged, so that a defined opening of the nozzle needle established. The injection valve according to US-A-3 635 016 works in a similar way, with no control edges exist in the true sense, but only a translation of the area ratios.
Beiden vorbekannten Einspritzventilen ist gemeinsam, dass in dem System lediglich eine Schwarzweiß-Schaltung vorliegt, wobei die Düsennadel entweder geöffnet oder geschlossen wird bzw. ist.Both prior art injectors are common, that in the system only a black and white circuit is present, with the nozzle needle either open or is closed or is.
Die DE 195 19 191 C2 beschreibt ein Einspritzventil, wobei zwischen einem Piezostack und der Düsennadel des Einspritzventiles eine hydraulische Weg-Übersetzungseinheit mit einem Verdrängerkolben und einem dem Verdrängerkolben nachgeschalteten Steuerkolben angeordnet ist. Nachteilig dabei ist jedoch, dass bei der Wegübersetzung die Betätigungskraft für die Düsennadel zurückgeht.DE 195 19 191 C2 describes an injection valve, being between a piezo stack and the nozzle needle of the Injector a hydraulic path-translation unit with a displacer and a Displacer piston downstream control piston arranged is. The disadvantage here is that in the Distance translation the actuating force for the nozzle needle declining.
In der DE 195 00 706 A1 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen hydraulischen Wegverstärker zur Umsetzung eines Stellweges eines piezoelektrischen Aktors aufweist. Bei diesem Ventil sind fluidzuführende und fluidabführende Kanäle voneinander getrennt, wobei das Fluid durch einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Kanal in einen Ringraum geführt wird. Nachteilig bei diesem Einspritzventil ist jedoch, dass zwar der Weg verstärkt wird, gleichzeitig jedoch über das Hebelgesetz die Betätigungskraft verringert wird. Nachteilig ist weiterhin, dass der Kanal das Kraftstoff-Einspritzventil während der Zuführung von Kraftstoff in den Ringraum einer Biegespannung unterwirft.In DE 195 00 706 A1 is a fuel injection valve for internal combustion engines, which has a hydraulic displacement amplifier for implementing a travel a piezoelectric actuator. at This valve are fluid-supplying and fluidabführende Channels separated, the fluid through a channel disposed in the valve housing in a Annulus is performed. A disadvantage of this injector is, however, that although the way reinforced at the same time, however, via the Leverage Act Operating force is reduced. Another disadvantage is that the channel is the fuel injector during the delivery of fuel into the annulus subjected to a bending stress.
Zum weiteren Stand der Technik wird auf die EP 0 218 895 B1 verwiesen, aus der ein Zumessventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen mit einem piezoelektrischen Stellglied bekannt ist. Auf das piezoelektrische Stellglied wirkt dabei direkt der Druck, mit welchem das Ventil beaufschlagt wird. Bei den in Kraftstoffeinspritzsystemen auftretenden Drücken von ca. 1000 bar ist eine exakte Funktion des Ventiles aufgrund von Stellwegverlusten der Ventilnadel nicht mehr gewährleistet. Nachteilig ist weiterhin auch, dass nach dem Abheben der Ventilnadel aus dem Ventilsitz der Kraftstoff durch den entstehenden Spalt unkontrollierbar in den Brennraum einspritzt.For further prior art, EP 0 218 895 B1, from which a metering valve for dosing of liquids or gases with a piezoelectric Actuator is known. On the piezoelectric Actuator directly affects the pressure, with which the valve is acted upon. At the in Fuel injection systems occurring pressures of 1000 bar is an exact function of the valve due to Stellwegverlusten the valve needle not more guaranteed. Another disadvantage is, that after lifting the valve needle from the valve seat the fuel through the resulting gap uncontrollable injected into the combustion chamber.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem eine Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit und präzise und ohne Kraftverlust durch eine Weg-Übersetzung möglich ist.The present invention is based on the object an injection valve of the type mentioned above create, with which a fuel injection with high accuracy and precise and without loss of power through a way-translation is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing
Part of
Durch den Einsatz eines hydraulischen Folgeverstärkers in Form eines Arbeitskolbens ist es möglich, das System kräftemäßig zu entkoppeln. Dabei wird der Weg des Piezostacks auf einen Verdrängerkolben übertragen. Ein dem Verdrängerkolben nachgeschalteter Steuerkolben, der den durch den Piezostack erzeugten Verstellweg vergrößert, bewegt sich mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis in Richtung Düsennadel. Über den Arbeitskolben, der die Stellkraft erhöht, erfolgt dann die Betätigung der Düsennadel.By using a hydraulic follower in the form of a working piston, it is possible to use the system decoupling in terms of strength. This is the way of the Transfer piezostacks to a displacer. On the displacement piston downstream control piston, the adjustment path generated by the piezo stack increases, moves with a given gear ratio in the direction of the nozzle needle. On the Working piston, which increases the force, then takes place the actuation of the nozzle needle.
Die erfindungsgemäße Wegverstärkung ist von der Kraft entkoppelt, weil die Kraftaufbringung für das Öffnen der Düsennadel nur über den Systemdruck, z.B. einem Raildruck, erfolgt. Da man keinen Kraftverlust in der Übersetzung bekommt, hat die Piezostackstellung auch keinen negativen Einfluss auf die Öffnung der Düsennadel.The path reinforcement according to the invention is of the force decoupled, because the force application for opening the nozzle needle only via the system pressure, e.g. one Rail pressure, done. Because you have no loss of power in the Translation gets, has the piezostack position too no negative influence on the opening of the nozzle needle.
Durch die erfindungsgemäße Schiebehülse mit ihrer Vorsteuer- und ihrer Rücksteuerkante anstelle eines Kegelsitzes oder einer Kugel erfolgt eine definierte Regelung anstelle einer Schwarzweiß-Schaltung, wobei lediglich gegen einen mechanischen Anschlag gefahren wird. Über die Schiebehülse erfolgt eine Wegsteuerung, wobei über die Rücksteuerkanten ein bestimmter Querschnitt freigegeben wird, wodurch der Raildruck den Arbeitskolben bewegt und damit gleichzeitig auch die Schiebehülse, wobei der Weg vom Steuerkolben vorgegeben wird. Auf diese Weise wird eine geregelte Einspritzung und nicht lediglich eine Auf- und Zuschaltung erreicht.Due to the sliding sleeve according to the invention with its pilot control and its return control edge instead of a conical seat or a ball is a defined Control instead of a black and white circuit, where only driven against a mechanical stop becomes. About the sliding sleeve is a path control, wherein over the return control edges a certain cross-section is released, whereby the rail pressure the Working piston moves and thus at the same time the Sliding sleeve, the path given by the control piston becomes. In this way, a controlled injection and not just a connection and connection reached.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass für einen hydraulischen Längenausgleich für die Düsennadel zwischen der Düsennadel und dem Arbeitskolben ein Druckstück angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Druckstück und dem Arbeitskolben ein Längenausgleichsraum mit einer Ausgleichsfeder befindet.In a very advantageous embodiment of the invention can also be provided that for a hydraulic Length compensation for the nozzle needle between the nozzle needle and the working piston a pressure piece is arranged, wherein between the pressure piece and the working piston a length compensation space with a Balancing spring is located.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein hydraulischer Längenausgleich für die Düsennadel bedingt durch thermische und hydraulische Längenänderungen erreicht.By this embodiment of the invention is a Hydraulic length compensation for the nozzle needle conditionally by thermal and hydraulic length changes reached.
Das erfindungsgemäße Einspritzventil ist mit dem gleichen Wirkprinzip für sowohl nach außen als auch nach innen öffnende Düsennadeln geeignet.The injection valve according to the invention is the same Working principle for both outward and after inside opening nozzle needles suitable.
Vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen. Advantageous developments and refinements of Invention will become apparent from the other dependent claims and from the below, in principle, based on the drawing described embodiments.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Einspritzventils,
- Fig. 2
- eine Ausschnittvergrößerung des Kreises "X" in der Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Schnitt durch ein Einspritzventil mit einer nach innen sich öffnenden Düsennadel, und
- Fig. 4
- eine Ausschnittvergrößerung des Kreises "Y" in der Fig. 3.
- Fig. 1
- an overall view of an injection valve according to the invention,
- Fig. 2
- a detail enlargement of the circle "X" in FIG. 1,
- Fig. 3
- a section through an injection valve with an inwardly opening nozzle needle, and
- Fig. 4
- a detail enlargement of the circle "Y" in Fig. 3rd
Das in der Figur 1 dargestellte Einspritzventil 1
weist ein Injektorgehäuse 2, eine Piezoführung 3, in
welcher ein Piezostack 4 angeordnet ist, und ein mit
dem Injektorgehäuse 2 mittels einer Überwurfmutter 5
verbundenes Ventilgehäuse 6 auf. In dem Ventilgehäuse
6 ist eine Ventilverschließeinrichtung 7 verschiebbar
angeordnet.The
Die Ventilverschließeinrichtung 7 weist einen Stößel 8
als Düsennadel mit einem Ventilschaft 9 auf, in welchem
der Stößel 8 eingepasst ist.The
An dem dem Brennraum zugewandten Ende des Ventilschaftes
9 ist ein Dichtglied in Form eines Absatzes 10
vorgesehen. Das Ventilgehäuse 6, der Absatz 10 und
eine mit dem Ventilschaft 9 fest verbundene Trenneinrichtung,
die als Druckausgleichszylinder 11 ausgebildet
ist, bilden einen im Betrieb mit Kraftstoff gefüllten
Ringspalt 12. Aus dem Ringspalt 12 wird bei
geöffnetem Ventil 1 eine genau dosierte Kraftstoffmenge
in einen Brennraum, der in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, eingespritzt. Hierzu dient ein Durchflussbegrenzer
13, der mit einer Federeinrichtung 14
an eine Querschnittsfläche des Absatzes 10 des Ventilschaftes
9 gedrückt wird. Die Federeinrichtung 14
stützt sich an einem zylinderförmigen Anschlag 15 ab.At the end of the valve stem facing the
Zwischen der Piezoführung 3 und dem Injektorgehäuse 2
ist ein Ringraum 16 gebildet, in den eine dem Ventil 1
kraftstoffzuführende Leitung 17 mündet. Von hier aus
strömt der Kraftstoff über Bohrungen 18 in den Ringspalt
12.Between the
Der Piezostack 4 liegt vollständig im Niederdruckbereich
von kraftstoffabführenden Kanälen und wird somit
nicht durch den mit sehr hohem Druck zugeführten
Kraftstoff in seiner Wirkungsweise beeinträchtigt. Die
Rückströmung von Kraftstoff erfolgt in diesem Druckbereich
in einer Längsnut 19, wo es an dem von dem
Brennraum abgewandten Ende des Piezostacks 4 aus dem
Ventil 1 austritt.The
Wird der Piezostack 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt,
so bewirkt dies in bekannter Weise eine Längung
des Piezostacks 4, womit die Ventilschließeinrichtung
7 öffnet, da zwischen dem Absatz 10 des Ventilschaftes
9 und einem Ventilsitz 6 bzw. dem Durchflußbegrenzer
13 ein entsprechender Spalt entsteht.
Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird die Steuerspannung
abgeschaltet, womit sich der Piezostack 4
entsprechend wieder auf seine ursprüngliche Länge verkürzt.
Die Rückstellung der Düsennadel 8 bewirkt eine
Düsennadelfeder 51, die sich an einem Ringbund 55 der
Düsennadel 8 abstützt.If the
Aus der Fig. 2 wird die Kraftübertragung von dem Piezostack
4 auf die Düsennadel 8 zu dessen Öffnung ersichtlich.
Der Piezostack 4 ist von einem mit einer
stirnseitigen Dichtkappe versehenen Schutzrohr 20 umgeben.
Die Dichtkappe des Schutzrohres 20 ist in axialer
Richtung zwischen dem Piezostack 4 und einem
Verdrängerkolben 21 angeordnet und betätigt somit diesen
bei einer Längung des Piezostackes 4. In axialer
Richtung vor dem Verdrängerkolben 21 - bezogen auf den
Brennraum - befindet sich ein Steuerkolben 22. Der
Steuerkolben 22 besitzt eine kleinere wirksame Druckfläche
wie der Verdrängerkolben 21. Die hydraulischen
Übersetzungsverhältnisse ergeben sich aus den unterschiedlichen
Geometrien bzw. Durchmesserverhältnissen
von Verdrängerkolben 21 und Steuerkolben 22. Durch
mehrere hintereinander angeordnete Tellerfedern 23,
die sich in einer Druckausgleichskammer 24 befinden,
wird eine Piezostackvorspannung erreicht. Der Druckausgleichsraum
24 ist mit Prüföl oder mit Kraftstoff
gefüllt. Die Füllung bzw. ein Druckausgleich erfolgt
über gezielte Leckagen zwischen dem Steuerkolben 22,
dem Verdrängerkolben 21 und dem umgebenden Zylindergehäuse
25. In das Zylindergehäuse 25 mündet ein Zulauf
26, der mit dem Zulaufringraum 16 in Verbindung steht.
Auf diese Weise ist das Zylindergehäuse 25 axial und
verdrehsicher angeordnet. Durch das vorgegebene Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Verdrängerkolben 21
und dem Steuerkolben 22 wird der Steuerkolben 22 mehr
bewegt als der Verdrängerkolben 21.From Fig. 2, the power transmission from the
Von dem Zulauf 26 aus wird über eine Ringnut 27 und
eine Schrägbohrung 28, die in dem Steuerkolben 22 angeordnet
sind, ein Ringraum 29 mit Systemdruck
(Raildruck) aus dem Ringraum 16 beaufschlagt. Der
Ringraum 29 wird zwischen dem Steuerkolben 22 und einer
Schiebehülse 30 gebildet.From the
Erhält der Piezostack 4 eine Steuerspannung, so werden
in Pfeilrichtung B das Schutzrohr 20, der Verdrängerkolben
21 und der Steuerkolben 22 verschoben, wobei
sich eine Vorsteuerkante 31 zwischen dem Steuerkolben
22 und der Schiebehülse 30 öffnet, womit eine Hochdruckverbindung
über den Ringraum 29 zu einer Bohrung
32 in der Schiebehülse 30 geschaffen wird und damit zu
einem damit verbundenen Arbeitszylinder bzw. Arbeitsdruckraum
33, der radial zwischen der Schiebehülse 30
mit einer Rücklaufsteuerkante 36 und dem Zylindergehäuse
25 und axial zwischen einer Stirnwand des Zylindergehäuses
25 und einem Arbeitskolben 34 angeordnet
ist. Durch die Beaufschlagung des Arbeitsdruckraumes
33 mit Hochdruck wird der Arbeitskolben 34 weggleich
dem Steuerkolben 22 in Pfeilrichtung B verschoben.
Aufgrund der Vorspannfeder 35 folgt die Schiebehülse
30 dem Arbeitskolben 34 und dichtet mit der Rücklaufsteuerkante
36 den Druckraum 33 ab. Die Schiebehülse
30 folgt dem Arbeitskolben 34 solange, bis sie
wieder auf die Vorsteuerkante 31 zwischen dem Steuerkolben
22 und der Schiebehülse 30 trifft bzw. diese
Steuerkante absperrt. Dadurch ist der Arbeitsdruckraum
33 hydraulisch dicht und der Arbeitskolben verharrt in
dieser Position. Wie ersichtlich, gibt der Verdrängerkolben
21 den Weg für den aus dem Verdrängerkolben 21,
dem Steuerkolben 22, der Schiebehülse 30 und dem Arbeitskolben
34 bestehenden Folgeverstärker vor, der
anschließend auf die Düsennadel 8 umgesetzt wird.If the
Aufgrund der Durchmesserunterschiede der wirksamen
Kolbenflächen zwischen dem Verdrängerkolben 21 und dem
Steuerkolben 22 erhält man den größeren Weg des Steuerkolbens
22.Due to the differences in diameter of the effective
Piston surfaces between the
Wird die Steuerspannung von dem Piezostack 4 zurückgenommen,
wird der Verdrängerkolben 21 durch die Tellerfedern
23 zurückgedrückt. Die Volumenzunahme in der
Druckausgleichskammer 24 ermöglicht es der Rückstellfeder
52, die zwischen der Düsennadel 8 und einer axialen
stirnseitigen Vertiefung des Steuerkolbens 22
vorgespannt ist, den Steuerkolben 22 mit der Schiebehülse
30 entgegen der Pfeilrichtung B zurückzubewegen.
Dadurch entsteht ein Ringspalt 38 zwischen Rücklaufsteuerkante
36 und Arbeitskolben 34, der es ermöglicht,
dass aus dem Arbeitszylinder 33 Öl abfließt in
Richtung Druckstück 42 und weiter in die Längsnut 19.
Dieser Volumenabfluss ermöglicht, dass der Arbeitskolben
34 wieder in seine Ausgangslage zurückgeht.If the control voltage is withdrawn from the
Ein hydraulischer Längenausgleichsraum 39 für die Düsennadel
8, bedingt durch thermische und hydraulische
Längenänderungen, wird auf diese Weise durch das Zylindergehäuse
25, den Arbeitskolben 34, der Ausgleichsfeder
40, der Ausgleichsbohrung 41 und dem
Druckstück 42 gebildet. Längenänderungen und dadurch
Volumenänderungen werden durch die Bohrung 41 kompensiert.
Auf diese Weise liegt auch dann, wenn z.B. die
Düsennadel 8 gestaucht ist, der Arbeitskolben 34 definiert
immer an der Rücklaufsteuerkante 36 an.A hydraulic
Das Schutzrohr 20 hat die Aufgabe dafür zu sorgen,
dass der Piezostack 4 nicht mit Kraftstoff in Berührung
kommt.The
Ein hydraulischer Längenausgleich des Piezostacks 4
wird über die gezielte Leckage des Steuerkolbens 22
und einer am Außendurchmesser des Verdrängerkolbens 21
eingearbeiteten Kapillare erreicht, über die Leckage
in die Rückleitung bzw. die Längsnut 19 gelangt.A hydraulic length compensation of the
Praktisch liegen zwei Systeme vor, einmal auf der Piezostackseite
und einmal auf der Düsennadelseite, wobei
die Teile stets unter Vorspannung stehen und damit
immer ein Kontakt gewährleistet ist und zwar unabhängig
von Längendehnungseffekten oder Temperaturdifferenzen.
Wichtig ist hierzu auch, dass der Leckagezulauf
in die Druckausgleichskammer 24 etwa der Menge
entspricht, die über die Leckageleitung in dem
Verdrängerkolben 21 (Kapillare) aus ihr abläuft.Practically there are two systems, once on the piezo stack side
and once on the nozzle needle side, where
the parts are always under tension and thus
always a contact is guaranteed and regardless
of elongation effects or temperature differences.
It is also important that the leakage rate
in the
Dies bedeutet auch, dass der Druck in der Druckausgleichskammer
24 kleiner sein muss als die Federkraft
der Rückstellfeder 52. Die Tellerfedern 23 sorgen dabei
dafür, dass der Verdrängerkolben 21 immer an dem
Piezostack 4 anliegt und damit der Piezostack 4
gleichzeitig vorgespannt ist.This also means that the pressure in the
Die mechanische Leistungsfähigkeit des Piezostackes 4
wird ausschließlich für die Ventilpositionierung verwendet.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die
Kraftverstärkung mit dem Piezostack 4 direkt nichts zu
tun hat. Es wird also nicht die Piezokraft für die
Betätigung der Düsennadel 8 verwendet, sondern alleine
der Druck, der in dem Druckraum des Arbeitszylinders
33 aufgebracht wird, und dieser Druck entspricht proportional
der Stellkraft.The mechanical performance of the
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezog
sich auf eine Düsennadel 8, die nach außen öffnet,
wobei die Wegrichtung des Piezostacks 4 der Wegrichtung
der Düsenöffnung entspricht. Es ist vorteilhaft,
den Leckölabfluss über die Längsnut 19 auf 3 bis 5 bar
Gegendruck zu halten (Hohlraumbildung, Kavitation).The embodiment described above referred
on a
In den Figuren 3 und 4 ist ein Einspritzventil dargestellt, bei dem die Düsennadel 8' zum Einspritzen von Kraftstoff nach innen öffnet. Dies bedeutet, die Betätigungsrichtung des Piezostackes 4' ist umgekehrt zur Betätigungsrichtung der Düsennadel 8'. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die die gleiche Funktion haben wie die bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 auch die gleichen Bezugszeichen - mit einem entsprechenden Index versehen - verwendet.FIGS. 3 and 4 show an injection valve, in which the nozzle needle 8 'for injecting Fuel opens inward. This means the direction of actuation of the piezo stack 4 'is the reverse of Actuation direction of the nozzle needle 8 '. In this embodiment are for the parts that are the same Have function as in the embodiment according to Figures 1 and 2, the same reference numerals - provided with a corresponding index - used.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach der
Fig. 1 ist zum Zuführen von Raildruck keine Ringleitung
16 vorgesehen, sondern eine Stichleitung 43. Für
den Rücklauf von Kraftstoff ist eine Leckageleitung 44
vorgesehen. Die Piezovorspannung kann wieder in der
Druckausgleichskammer 24' durch Teller, oder Spiralfedern
23', eingestellt werden. Bei diesem Einspritzventilsystem
muss ja eine Wegumkehr stattfinden, wenn der
Piezostack 4' betätigt wird. In diesem Fall ist der
Raum, in welchem sich eine Feder 56 befindet, nur ein
Entlüftungsraum. Die Druckausgleichskammer 24' hingegen
wird bei einer Steuerspannung 4' zusammengedrückt.
Darüber wirkt in der Druckausgleichskammer 24' eine
Durchmesserdifferenz. Die unterschiedlichen Durchmesser
der wirksamen Kolbenflächen des Verdrängerkolbens
21' und des Steuerkolbens 22' um die gewünschten Übersetzungsverhältnisse
und damit einen größeren Weg des
Steuerkolbens 22' zu erreichen, ergeben sich aus einer
kleineren wirksamen Stirnfläche 46, die in Richtung
Piezostack 4' wirkt, im Vergleich zu einer wirksamen
Stirnfläche von 21', die in Richtung Düsennadel 8'
gerichtet ist. Wird durch eine Steuerspannung 4' die
Druckausgleichskammer 24' verkleinert, findet ein
Druckaufbau in diesem Raum statt, der den Steuerkolben
22' entgegengesetzt zur Wirkrichtung des Piezostack 4'
in Pfeilrichtung C betätigt. Bei dieser Verschieberichtung
des Steuerkolbens 22' nimmt er die Schiebehülse
30' ebenfalls in Richtung C mit. Durch diese
Verschiebung findet eine Entlastung in einem Arbeitszylinder
33' statt, der dem Arbeitszylinder nach dem
Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 entspricht.
Die Druckentlastung in dem Arbeitszylinder 33' findet
in die Leckageleitung 44 über Bohrungen 48 in dem Arbeitskolben
34' statt. Da man bei diesem Ausführungsbeispiel
eine Wegumkehr hat, bedeutet dies, dass die
Vorsteuerkante 31' zur Schließung der Düsennadel 8'
führt und die Rücklaufsteuerkante 36' zwischen der
Schiebehülse 30' und dem Arbeitskolben 34' zur Öffnung
der Düsennadel 8' führt und damit eine Verbindung zwischen
der Zuleitung 43 und Einspritzlöchern 49 zur
Kraftstoffeinspritzung geschaffen wird. In contrast to the embodiment of the
Fig. 1 is not a loop for supplying
Zur Schließung der Einspritzlöcher 49 nach Entfernen
der Steuerspannung von dem Piezostack 4' erfolgt über
die Vorsteuerkante 31' wieder ein Druckaufbau in dem
Arbeitszylinder 33', da die Schiebehülse 30' mit Rücklaufsteuerkante
36' auf den Arbeitszylinder 34' aufläuft
und damit die Verbindung zu der Leckageleitung
44 unterbricht. Dies bedeutet, wenn die Düsennadel 8'
sich in ihrer Schließstellung befindet, steht in dem
Druckraum des Arbeitszylinders 33' stets der volle
Systemdruck an, denn über die Vorsteuerkante 31' in
Verbindung mit dem Zulauf 26' und einem Ringraum 50
zwischen der Schiebehülse 30' und dem Steuerkolben 22'
wird der Druckraum des Arbeitszylinders 33' über
Schrägbohrungen 53 in der Schiebehülse 30' mit dem
vollen Systemdruck versehen. Verschiebt sich nämlich
der Arbeitskolben 34' geringfügig, so öffnet sich sofort
die Vorsteuerkante 31' und stellt damit die Verbindung
zur Hochdruckseite über diese Kante her. Nur
wenn der Steuerkolben 22' in Richtung C aufgrund einer
Steuerspannung des Piezostacks 4' verschoben wird,
baut sich der Druck in dem Arbeitszylinder 33' entsprechend
ab und die Düsennadel 8' kann zur Einspritzung
von Kraftstoff öffnen.To close the injection holes 49 after removal
the control voltage from the piezo stack 4 'via
the pilot edge 31 'again a pressure build-up in the
Working cylinder 33 ', since the sliding sleeve 30' with return control edge
36 'runs on the working cylinder 34'
and thus the connection to the
Die Kraftstoffversorgung für die Druckausgleichskammer
24' erfolgt über einen Verbindungskanal 54 in dem
Steuerkolben 22' zum Zulauf 26 über einen Bund in dem
Steuerkolben 22'.The fuel supply for the pressure compensation chamber
24 'takes place via a connecting
Ebenso wie durch die Spiralfeder 35 bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 1 und 2 erfolgt eine
Anpressung der Schiebehülse 30' durch eine Tellerfeder
35' an den Arbeitskolben 34'. Die Rückstellung des
Steuerkolbens 22' erfolgt durch eine Tellerfeder 52',
die sich an dem Verdrängerkolben 34' abstützt.As well as by the
Es ist auch hier von Vorteil, den Leckölabfluss über
die Längsnut 19 auf 3 bis 5 bar Gegendruck zu halten.It is also advantageous here to drain the drain
the
Claims (5)
- Injection valve for fuel injection systems with an injector housing (2) in which a piezo stack (4) is disposed, and, joined to the injector housing (2), a valve housing (6) in which a valve closure unit (7) with a nozzle needle (8) operable by the piezo stack (4) is slidingly arranged, a return system being provided, by means of which the valve closure unit (7) can be returned, a displacement piston (21) operated by the piezo stack (4) and a control piston (22), downstream of the displacement piston (21), for increasing the displacement path being disposed between the piezo stack (4) and the nozzle needle (8) of the valve closure unit (7), and a working piston (34) is provided which operates the nozzle needle (8) and increases operating force to produce a hydraulic amplification,
characterised in that
a sliding sleeve (30) is disposed between the control piston (22) and the working piston (34), on which a front control edge (31) and a rear control edge (36) are provided in order to build up pressure and reduce pressure in a working chamber of a working cylinder (33) disposed between the control piston (22) and the working piston (34). - Injection valve as claimed in claim 1,
characterised in that
a pressure piece (42) is provided between the nozzle needle (8) and the working piston (34) in order to obtain a hydraulic length compensation for the nozzle needle (8), a length-compensating chamber (39) with a compensating spring (40) being disposed between the pressure piece (42) and the working piston (34). - Injection valve as claimed in one of claims 1 or 2,
characterised in that
if the nozzle needle (8) opens inwards in the direction opposite the piezo-operation, a diversion is operated between the displacement piston (21) and the control piston (22). - Injection valve as claimed in one of claims 1 to 3,
characterised in that
the piezo stack (4) is enclosed by a piezo guide (3). - Injection valve as claimed in claim 4,
characterised in that
an annular chamber (16) into which a fuel delivery line (17) opens is formed between the piezo guide (3) and the injector housing (2).
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