EP1632676A1 - Fuel injection valve wth an injector having two needles controlled by a servo valve unit - Google Patents

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Publication number
EP1632676A1
EP1632676A1 EP05103815A EP05103815A EP1632676A1 EP 1632676 A1 EP1632676 A1 EP 1632676A1 EP 05103815 A EP05103815 A EP 05103815A EP 05103815 A EP05103815 A EP 05103815A EP 1632676 A1 EP1632676 A1 EP 1632676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
needle
fuel injector
nozzle needle
control chamber
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05103815A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Dick
Hellmut Freudenberg
Werner Reim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1632676A1 publication Critical patent/EP1632676A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector which is formed with a piezoelectric actuator as a valve drive.
  • the actuator actuates a servo valve unit which controls a register nozzle with two coaxially arranged nozzle needles and thus opens or closes the two rows of spray holes arranged in the lower part of the fuel injector.
  • a fuel injector can be controlled by targeted opening or closing both small and large injection quantities.
  • an injection valve with a register nozzle which has two injection nozzle circuits with associated two nozzle needles.
  • the injection valve has a housing in which a piezoelectric actuator is arranged as a valve drive and a nozzle body. At the lower end of the nozzle body two superimposed rows of spray holes are formed, which are closed by the nozzle needles or can be opened individually.
  • the inner nozzle needle is actuated by a driving mechanism of the outer nozzle needle and thus is not independently controllable.
  • the inner nozzle needle controls in her Closed position or open position the fuel flow through the second row of spray holes.
  • the piezo actuator controls the outer nozzle needle via a servo valve.
  • the servo valve has a correspondingly formed control chamber, which can be opened or closed by a closing member, wherein the closing member is actuated by the actuator.
  • Another common rail injector is known from DE 19936668 A1.
  • the control chamber is arranged in a recess of the injector and is encapsulated by a sleeve of a nozzle spring chamber so that the control chamber and the nozzle spring chamber are hydraulically coupled only via a supply throttle.
  • the sleeve is pressed to seal by means of a spring against a wall of the recess.
  • the invention is based on the object to improve a fuel injector to the effect that its coaxially arranged two nozzle needles are independently controllable and the fuel injector is simpler. This object is achieved with the characterizing features of the main claim.
  • an inner and an outer control chamber are each associated with a nozzle needle and thereby the two nozzle needles independently controllable are. It is considered to be particularly advantageous that the two control chambers are sealed against each other only by a needle guide adapted for the inner nozzle needle. Further components required for sealing, in particular a sealing sleeve between the two nozzle needles, are not required, so that the construction is simplified and the production costs for the fuel injector are reduced.
  • the two nozzle needles can be controlled by two independent control chambers individually and without influencing the respective other nozzle needle. As a result, an optimal metering of the amount of fuel to be injected is possible, which can be optimized for all operating conditions of an internal combustion engine. With this improved injector function, for example, legal requirements for the fulfillment of exhaust emissions can be met more easily.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim fuel injector are given. Particularly advantageous appears the solution that the inner nozzle needle is guided in its lower part in the outer nozzle needle and in its upper part by a needle guide plate to the inner control chamber. On the one hand, the inner nozzle needle is guided safely and without play in the axial direction by this double needle guide. On the other hand, at least the upper of the two needle guides is pressure-tight, so that the two control chambers are sealingly separated from each other.
  • This upper needle guide is designed as a disc, which is arranged below the servo valve unit and, for example, can perform other functions such as the intake of high pressure lines, drain lines, etc.
  • the lower needle guide is located within the outer nozzle needle and guides the inner nozzle needle.
  • This needle guide is easily produced, for example, by a corresponding thickening of the inner nozzle needle. Additional components for sealing, such as a sealing sleeve or compression spring are not required and can be saved. This results in cheaper assembly and material costs.
  • a separate inlet throttle is provided for each control room.
  • a separate outlet throttle is provided for each control chamber, so that when the two valve needles open, the outflowing fuel can flow off via the low-pressure region.
  • the two independently controllable valve needles make it possible to control the fuel quantity to be injected individually and optimally in dependence on the operating conditions of the internal combustion engine. For example, smallest injection quantities can be controlled via a row with small spray holes and short opening pulses. In contrast, the largest injection quantity is achieved if both rows of spray holes remain open as long as possible.
  • the inner nozzle needle is pressed by means of a pressure spring designed as an inner nozzle spring against its nozzle seat. This ensures that any dripping of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is prevented in any case.
  • an outer nozzle spring is provided, which is also designed as a compression spring.
  • the outer nozzle fader is preferably arranged in the outer control chamber and presses the outer nozzle needle against its valve seat. As a result, those associated with the outer nozzle needle The injection holes are securely closed if the outer nozzle needle is not activated.
  • the needle guide plate advantageously has a sleeve-shaped extension. This extension is designed to receive the outer nozzle needle, which is thereby guided safely.
  • an outer inlet throttle is arranged, through which the outer control chamber can be filled with fuel.
  • the outer nozzle needle with a stepped hollow bore, to which the inner nozzle needle is adapted.
  • a stepped bore can be produced more precisely, especially with larger lengths.
  • the formation of a reinforcing ring on the outer circumference of the outer nozzle needle simplifies the formation of a stroke limiter for the outer nozzle needle.
  • the servo valve unit has two separate chambers, which are controllable by two valves.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a sectional view of a fuel injector according to the invention
  • FIG. 2 shows a detail of the fuel injector shown in FIG. 1 in the region of the upper needle guide.
  • the fuel injector 10 is composed of several modules.
  • a servo valve unit 2 Below a Injektorgeophuses 1, a servo valve unit 2, a throttle plate 14, a needle guide plate 15 and a nozzle body 23 are arranged.
  • the individual assemblies are assembled pressure-tight by means of a nozzle retaining nut 19, wherein the nozzle retaining nut 19 is pushed from below over the nozzle body 23 and bolted to the injector 1 firmly.
  • the injector housing 1 essentially has a drive unit 6, which is designed as a piezoelectric actuator and is arranged in a central recess of the injector housing 1. This recess simultaneously forms a leakage chamber 8, via which the effluent from the servo valve unit 2 fluid, for example, gasoline or diesel oil can flow into a low pressure region, not shown. Furthermore, a high-pressure bore 7 is provided which communicates with a high fuel pressure injection system, for example a common rail injection system. The high-pressure bore 7 is guided by the individual assemblies 1, 2, 14, 15 and 23, so that the fluid can reach the lower tip of the nozzle body 23.
  • the servo valve unit 2 has essentially a recess 27, in which two coaxially arranged valves 3,4 are arranged and closed in the upper part of the recess 27 of correspondingly shaped sealing seats. In the lower part, the recess 27 is closed by an upper end face of the throttle plate 14. Between the inner valve 3 and the outer valve 4, a separating sleeve 5 is arranged. The separating sleeve 5 is pressed by a compression spring against the upper end face of the throttle plate 14 and thus divides the remaining space of the recess 27 in an inner chamber 25 and an outer chamber 26.
  • the compression spring rests with its upper end against a projecting surface of the inner valve 3, so that both valves 3,4 are pressed against their seat up and close the two chamber 25,26 in the rest position.
  • the two valves are 3,4 in their length so that they can dodge downwards in the axial direction, when the actuator 6 extends downwards.
  • the two upper ends of the two valves 3,4 are formed differently.
  • the inner valve 3 is first actuated, which then moves down. Only after covering a predetermined path and the outer valve 4 is moved downward. Depending on how large the stroke of the actuator 6, thus the inner chamber 25 and also the outer chamber 26 are opened, so that the fuel under high pressure can flow into the leakage chamber 8.
  • the two nozzle needles 20, 22 can be individually controlled without mutual influence, as will be explained in more detail later.
  • the throttle plate (intermediate plate) 14 is arranged below the servo valve unit 2, the throttle plate (intermediate plate) 14 is arranged. It has a recess which is hemispherical or cylindrical at its upper end. This recess forms an inner control chamber (first control chamber) 12, which is bounded by the inner nozzle needle 20. Due to the pressure in the inner control chamber 12, the position of the inner nozzle needle 20 is controlled, which is guided in the axial extension to its valve seat in the lower tip of the nozzle body 23.
  • the first control chamber 12 is connected in the region of the hemispherical space via an inner inlet throttle 11 with the high pressure line 7, wherein the connecting line for manufacturing reasons, preferably at least partially formed in the sealing surface between the servo valve unit 2 and the throttle plate 14. Furthermore, the hemispherical space is connected to a drain line 9, which may also be designed as a drain throttle and is guided to the inner chamber 25.
  • an inner nozzle spring 21 is arranged, which is supported against an upper ceiling surface of the first control chamber 12 and with its lower end presses against a shoulder of the inner nozzle needle 20, so that the inner nozzle needle 20 is pressed against its lower valve seat in the nozzle body 23 and thereby the inner injection holes 28 closes.
  • the needle guide plate 15 is disc-shaped and has downwardly an inner extension which is formed substantially as an outer needle guide 32 for the outer nozzle needle 22.
  • the upper and the lower control chamber 12,13 is arranged so that the two control chambers 12,13 are permanently separated by the needle guide plate 15.
  • the needle guide plate 15 forms with its central bore a fixed upper needle guide 16, through which the inner nozzle needle 20 is guided in its upper area without play.
  • the upper needle guide 16 is formed in its configuration and its dimensions such that the upper needle guide 16 together with the inner nozzle needle 20, the two control chambers 12,13 high pressure resistant separates and seals.
  • the inner nozzle needle 20 is formed in the region of the needle guide 16 with a reinforced ring that fits snugly and sealingly into a correspondingly shaped guide bore of the upper needle guide 16. A separating sleeve is not required. The fuel in the first control chamber 12 under high pressure can thus not get into the outer control chamber 13 via the inner nozzle needle 20 and vice versa.
  • the outer control chamber (second control chamber) 13 is arranged below the upper needle guide 16, below the outer control chamber (second control chamber) 13 is arranged. It is bounded at the top by the needle guide plate 15 with the inner nozzle needle 20 and laterally by the inner extension 32. Downwardly, the outer control chamber 13 is bounded by an end face of the outer nozzle needle 22. Through the interior the outer control chamber 13, the inner nozzle needle 20 runs. Furthermore, an outer nozzle spring is arranged. The outer nozzle spring presses on the end face of the outer nozzle needle 22 and presses the outer nozzle needle 22 against its valve seat so that the outer injection holes 30 located in the nozzle tip of the nozzle body 23 are closed.
  • the outer control chamber 13 is connected via an outer inlet throttle 31 to the high-pressure line 7, so that the fuel can flow into the outer control chamber 13 and here builds about the same high pressure as in the high pressure line 7.
  • the outer inlet throttle 31 is preferably via a sleeve-shaped extension in the needle guide plate 15 introduced. Furthermore, the outer control chamber 13 is connected via a drain hole 17 through the needle guide plate 15 and the throttle plate 14 through to the outer chamber 26.
  • the needle guide plate 15 is elongated sleeve-shaped downwards, so that its central bore for receiving the outer nozzle needle 22 is suitable.
  • This sleeve-shaped extension is designed as an outer needle guide 32 for the outer nozzle needle 22.
  • a stop plate 18 is provided against which the outer nozzle needle 22 abuts when it lifts from its valve seat and the outer injection holes 30 releases.
  • the outer nozzle needle 22 has at its outer periphery below the sleeve-shaped extension 32 on a reinforcing ring with an upper bearing surface. With this bearing surface, the outer nozzle needle 22 abuts against the stop ring 18 when it moves from its lower valve seat upwards.
  • the outer nozzle needle 22 may be extended into the outer control chamber 13 and formed to guide the outer nozzle spring.
  • the outer nozzle needle 22 In the lower region, the outer nozzle needle 22 with its tip is seated on a cone-shaped valve seat within the nozzle body 23 in order to close the associated injection holes 30. A further guide is not required, but it can be provided if necessary.
  • the outer nozzle needle 22 is formed as a hollow needle and receives the inner nozzle needle 20. To guide the inner nozzle needle 20, the outer nozzle needle 22 on the inside a second, lower needle guide 24, which is arranged in a longitudinal bore in the lower part of the outer nozzle needle 22. The inner nozzle needle 20 is thus guided by the fixed upper needle guide 16 and the movably arranged lower needle guide 24 within the outer nozzle needle 22.
  • the lower needle guide 24 is likewise to be arranged as pressure-tight as possible and higher in the direction of the upper needle guide 16.
  • the control volume in the outer control chamber 13 is reduced so that a faster response of the outer nozzle needle 22 results.
  • it is provided to narrow the bore in the outer nozzle needle 22 via a shoulder, which is arranged approximately in the half length of the outer nozzle needle 22, downwards.
  • This has particular manufacturing advantages and facilitates the production of the fit for the correspondingly adapted inner nozzle needle 20.
  • the upper stop for the inner nozzle needle 20 is provided to form the bore in the throttle plate 14 is slightly narrower than in the needle guide plate 15. This arises at the transition to Throttle plate 14 a paragraph against which the inner nozzle needle 20 can strike when it lifts from its valve seat.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the region of the fuel injector 10 according to the invention, marked with a circle x.
  • Figure 2 shows the outer control chamber 13 which is bounded laterally by the extended part of the needle guide plate 15 substantially. Towards the top, the outer control chamber 13 is delimited by the continuous inner nozzle needle 20 and the upper needle guide 16. The outer control chamber 13 is connected via the outer inlet throttle 31 to the high-pressure bore 7. In the left part of the outer control chamber 13, the drain hole 17 can be seen, which is in communication with the outer chamber 26 of the servo valve unit 2.
  • the outer nozzle spring 21 is arranged, which is designed as a compression spring. It rests against the needle guide plate 15 and presses the outer nozzle needle 22 against its valve seat to close their series with spray holes 30 in the non-driven state.
  • the needle stop disc 18 is arranged, to which the outer nozzle needle 22 abuts with a correspondingly shaped shoulder, when the outer nozzle needle 22 is driven and thereby stands out from its valve seat.
  • the nozzle body 23 is pressed by the nozzle lock nut 19 against the needle guide plate 15.
  • the piezoelectric actuator 6 If the piezoelectric actuator 6 is driven with a DC voltage signal, then it extends downwards and touches with its bottom plate after overcoming a given very small idle stroke first, the inner valve 3.
  • the actuator 6 against a in the actuator. 6 acting built-in restoring force the opening pressure in the inner chamber 25 and the spring pressure against the separating sleeve work.
  • the fuel under high pressure flows from the inner control chamber 12 into the leakage chamber 8 and thus reaches the low-pressure region of the fuel system.
  • the pressure in the inner control chamber 12 is rapidly reduced. Outside the inner control chamber 12, however, the very high pressure still prevails, so that the inner nozzle needle 20 is pushed upwards by correspondingly shaped pressure surfaces.
  • the inner nozzle needle 20 lifts from its valve seat and releases the first row of spray holes 28.
  • the cross section of the injection holes 28,30 depends on the application and can be dimensioned accordingly, for example for a minimum injection.
  • the inner nozzle needle 20 again closes its injection holes 28, since the pressure in the inner chamber 25 and in inner control chamber 3 rises again because of the connection to the high pressure bore 7.
  • the inner nozzle needle 20 can thus be controlled independently of the outer nozzle needle 22.
  • the outer valve 4 also opens its outer chamber 26 because of the further extension of the actuator 6
  • the fuel from the outer control chamber 13 via the drain hole 17 and the outer chamber 26 flows into the leakage chamber 8. This causes the pressure in the outer control chamber 13, so that now the outer nozzle needle 22 releases its second row of spray holes 30 and the Fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the outer nozzle needle 22 again closes its injection holes 30. In this way, for example, to control a maximum injection quantity and the outer nozzle needle 22 can be controlled individually and without affecting the inner nozzle needle 20.

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Abstract

The fuel injector has a staged nozzle in which are controlled two axially installed nozzle needles (20,22). The injector has an inner and an outer control chamber (12,13), with one of the nozzle needles allocated to each. The two control chambers are sealed in relation to one another by a matched upper needle guide (16) of the inner nozzle needle (20), and each control chamber is individually controllable without the influence of the other control chamber.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, der mit einem piezoelektrischen Aktor als Ventilantrieb ausgebildet ist. Der Aktor betätigt eine Servoventileinheit, die eine Registerdüse mit zwei koaxial angeordneten Düsennadeln steuert und somit die im unteren Teil des Kraftstoffinjektors angeordneten zwei Reihen mit Spritzlöchern öffnet oder verschließt. Mit einem solchen Kraftstoffinjektor können durch gezieltes Öffnen oder Schließen sowohl kleine als auch große Einspritzmengen gesteuert werden.The invention relates to a fuel injector which is formed with a piezoelectric actuator as a valve drive. The actuator actuates a servo valve unit which controls a register nozzle with two coaxially arranged nozzle needles and thus opens or closes the two rows of spray holes arranged in the lower part of the fuel injector. With such a fuel injector can be controlled by targeted opening or closing both small and large injection quantities.

Für zukünftige Einspritzsysteme ist jedoch eine weitere Steigerung der Anforderungen, insbesondere zur Erfüllung gesetzlicher Vorschriften hinsichtlich kleinster Einspritzmengen im gesamten Druckbereich zu erwarten. Gleichzeitig wird eine Zunahme der Maximaleinspritzung gefordert, um eine größere Motorleistung zu erzeugen. Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden sehr komplex aufgebaute Injektoren gefertigt, die auch in einer Großserie nur mit relativ hohen Kosten herstellbar sind.For future injection systems, however, a further increase in the requirements, in particular for compliance with legal requirements with regard to the smallest injection quantities in the entire pressure range is to be expected. At the same time, an increase in maximum injection is required to produce greater engine power. To meet these requirements, very complex constructed injectors are manufactured, which can be produced only in relatively large quantities in a large series.

Aus der EP 0978649 A2 ist ein Einspritzventil mit einer Registerdüse bekannt, die zwei Einspritzdüsenkreise mit zugeordneten zwei Düsennadeln aufweist. Das Einspritzventil hat ein Gehäuse, in dem ein Piezo-Aktor als Ventilantrieb und ein Düsenkörper angeordnet sind. Am unteren Ende des Düsenkörpers sind zwei übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern ausgebildet, die von den Düsennadeln verschließbar sind beziehungsweise auch einzeln geöffnet werden können.From EP 0978649 A2 an injection valve with a register nozzle is known which has two injection nozzle circuits with associated two nozzle needles. The injection valve has a housing in which a piezoelectric actuator is arranged as a valve drive and a nozzle body. At the lower end of the nozzle body two superimposed rows of spray holes are formed, which are closed by the nozzle needles or can be opened individually.

Die innere Düsennadel wird durch einen Mitnahmemechanismus von der äußeren Düsenadel betätigt und ist somit nicht unabhängig steuerbar. Die innere Düsennadel steuert in ihrer Schließposition beziehungsweise Offenposition den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Spritzlöchern. Der Piezo-Aktor steuert über ein Servoventil die äußere Düsennadel. Das Servoventil weist eine entsprechend ausgebildete Steuerkammer auf, die von einem Schließglied geöffnet oder verschlossen werden kann, wobei das Schließglied vom Aktor betätigt wird. Beim Öffnen der Steuerkammer wird durch Kraftstoffabfluss über eine Leckageleitung Druck abgebaut und dadurch die Düsennadel von ihrem Ventilsitz abgehoben und die zugeordneten ersten Spritzlöcher freigegeben. Bei weiter sinkendem Druck in der Steuerkammer wird dann über den Mitnahmemechanismus die innere Düsennadel angehoben und somit auch die zweite Reihe von Spritzlöchern freigegeben. Eine separate, unabhängige Steuerung der beiden Düsenadeln ist mit dieser Anordnung nicht möglich.The inner nozzle needle is actuated by a driving mechanism of the outer nozzle needle and thus is not independently controllable. The inner nozzle needle controls in her Closed position or open position the fuel flow through the second row of spray holes. The piezo actuator controls the outer nozzle needle via a servo valve. The servo valve has a correspondingly formed control chamber, which can be opened or closed by a closing member, wherein the closing member is actuated by the actuator. When the control chamber is opened, pressure is released through fuel drainage via a leakage line, thereby lifting the nozzle needle from its valve seat and releasing the associated first injection holes. With further decreasing pressure in the control chamber, the inner nozzle needle is then raised via the entrainment mechanism and thus also the second row of spray holes is released. A separate, independent control of the two nozzle needles is not possible with this arrangement.

Ein weiterer Common Rail Injektor ist aus der DE 19936668 A1 bekannt. Hier wird vorgeschlagen, eine Düsennadel mittels eines Steuerraumes in ihrer Offen- oder Schließposition zu steuern. Der Steuerraum ist in einer Ausnehmung des Injektorgehäuses angeordnet und wird von einer Hülse von einem Düsenfederraum so abgekapselt, dass der Steuerraum und der Düsenfederraum lediglich über eine Zuführdrossel hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Die Hülse wird zur Abdichtung mittels einer Feder gegen eine Wandung der Ausnehmung gedrückt.Another common rail injector is known from DE 19936668 A1. Here it is proposed to control a nozzle needle by means of a control chamber in its open or closed position. The control chamber is arranged in a recess of the injector and is encapsulated by a sleeve of a nozzle spring chamber so that the control chamber and the nozzle spring chamber are hydraulically coupled only via a supply throttle. The sleeve is pressed to seal by means of a spring against a wall of the recess.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor dahingehend zu verbessern, dass seine koaxial angeordneten beiden Düsennadeln unabhängig voneinander steuerbar sind und der Kraftstoffinjektor einfacher aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.The invention is based on the object to improve a fuel injector to the effect that its coaxially arranged two nozzle needles are independently controllable and the fuel injector is simpler. This object is achieved with the characterizing features of the main claim.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor mit einer Registerdüse ist vorgesehen, dass ein innerer und ein äußerer Steuerraum jeweils einer Düsennadel zugeordnet sind und dadurch die beiden Düsennadeln unabhängig voneinander steuerbar sind. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass die beiden Steuerräume lediglich durch eine für die innere Düsennadel angepasste Nadelführung gegeneinander abgedichtet sind. Weitere zur Abdichtung erforderlichen Bauteile, insbesondere eine Dichthülse zwischen den beiden Düsennadeln wird nicht benötigt, so dass die Konstruktion vereinfacht und sich die Herstellkosten für den Kraftstoffinjektor reduzieren. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich der weitere Vorteil, dass die beiden Düsennadeln durch zwei unabhängige Steuerräume einzeln und ohne Beeinflussung der jeweils anderen Düsennadel gesteuert werden können. Dadurch ist eine optimale Zumessung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge möglich, die für alle Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine optimiert werden kann. Mit dieser verbesserten Injektorfunktion können beispielsweise gesetzliche Vorgaben zur Erfüllung von Abgasemissionen leichter erfüllt werden.In the fuel injector according to the invention with a register nozzle is provided that an inner and an outer control chamber are each associated with a nozzle needle and thereby the two nozzle needles independently controllable are. It is considered to be particularly advantageous that the two control chambers are sealed against each other only by a needle guide adapted for the inner nozzle needle. Further components required for sealing, in particular a sealing sleeve between the two nozzle needles, are not required, so that the construction is simplified and the production costs for the fuel injector are reduced. In the solution according to the invention, there is the further advantage that the two nozzle needles can be controlled by two independent control chambers individually and without influencing the respective other nozzle needle. As a result, an optimal metering of the amount of fuel to be injected is possible, which can be optimized for all operating conditions of an internal combustion engine. With this improved injector function, for example, legal requirements for the fulfillment of exhaust emissions can be met more easily.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffinjektors gegeben. Besonders vorteilhaft erscheint die Lösung, dass die innere Düsennadel in ihrem unteren Bereich in der äußeren Düsenadel und in ihrem oberen Bereich durch eine Nadelführungsplatte bis zum inneren Steuerraum geführt ist. Durch diese zweifache Nadelführung wird einerseits die innere Düsennadel in axialer Richtung sicher und spielfrei geführt. Andererseits ist wenigstens die obere der beiden Nadelführungen druckdicht ausgeführt, so dass die beiden Steuerräume abdichtend voneinander getrennt werden.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim fuel injector are given. Particularly advantageous appears the solution that the inner nozzle needle is guided in its lower part in the outer nozzle needle and in its upper part by a needle guide plate to the inner control chamber. On the one hand, the inner nozzle needle is guided safely and without play in the axial direction by this double needle guide. On the other hand, at least the upper of the two needle guides is pressure-tight, so that the two control chambers are sealingly separated from each other.

Als weitere vorteilhafte Lösung ist vorgesehen, die obere Nadelführung für die innere Düsennadel feststehend auszubilden. Diese obere Nadelführung ist als Scheibe ausgeführt, die unterhalb der Servoventileinheit angeordnet ist und beispielsweise weitere Funktionen wie die Aufnahme von Hochdruckleitungen, Ablaufleitungen usw. erfüllen kann.As a further advantageous solution is provided to form the upper needle guide for the inner nozzle needle fixed. This upper needle guide is designed as a disc, which is arranged below the servo valve unit and, for example, can perform other functions such as the intake of high pressure lines, drain lines, etc.

Die untere Nadelführung ist innerhalb der äußeren Düsennadel angeordnet und führt die innere Düsennadel. Diese Nadelführung ist beispielsweise durch eine entsprechende Verdickung der inneren Düsennadel leicht herstellbar. Zusätzliche Bauelemente zur Abdichtung, beispielsweise eine Dichthülse oder Druckfeder sind nicht erforderlich und können eingespart werden. Dadurch ergeben sich günstigere Montage- und Materialkosten.The lower needle guide is located within the outer nozzle needle and guides the inner nozzle needle. This needle guide is easily produced, for example, by a corresponding thickening of the inner nozzle needle. Additional components for sealing, such as a sealing sleeve or compression spring are not required and can be saved. This results in cheaper assembly and material costs.

Damit die beiden Steuerräume wirkungsvoll und unabhängig voneinander verwendbar sind, ist für jeden Steuerraum eine separate Zulaufdrossel vorgesehen. Desgleichen ist für jeden Steuerraum eine separate Ablaufdrossel vorgesehen, so dass beim Öffnen der beiden Ventilnadeln der abfließende Kraftstoff über den Niederdruckbereich abfließen kann.Thus, the two control rooms are effectively and independently used, a separate inlet throttle is provided for each control room. Likewise, a separate outlet throttle is provided for each control chamber, so that when the two valve needles open, the outflowing fuel can flow off via the low-pressure region.

Durch die beiden unabhängig voneinander steuerbaren Ventilnadeln gelingt es, die einzuspritzende Kraftstoffmenge individuell und optimal in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu steuern. Beispielsweise können kleinste Einspritzmengen über eine Reihe mit kleinen Spritzlöchern und kurzen Öffnungsimpulsen gesteuert werden. Dagegen wird die größte Einspritzmenge erzielt, wenn beide Reihen mit Spritzlöchern möglichst lange geöffnet bleiben.The two independently controllable valve needles make it possible to control the fuel quantity to be injected individually and optimally in dependence on the operating conditions of the internal combustion engine. For example, smallest injection quantities can be controlled via a row with small spray holes and short opening pulses. In contrast, the largest injection quantity is achieved if both rows of spray holes remain open as long as possible.

Zum sicheren Schließen der Spritzlöcher ist vorgesehen, dass im nicht angesteuerten Zustand die innere Düsennadel mittels einer als Druckfeder ausgebildeten inneren Düsenfeder gegen ihren Düsensitz gepresst wird. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Nachtropfen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine in jedem Fall unterbunden wird.For safe closing of the injection holes is provided that in the non-actuated state, the inner nozzle needle is pressed by means of a pressure spring designed as an inner nozzle spring against its nozzle seat. This ensures that any dripping of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is prevented in any case.

Für die äußere Düsenadel ist eine äußere Düsenfeder vorgesehen, die ebenfalls als Druckfeder ausgebildet ist. Die äußere Düsenfader ist vorzugsweise im äußeren Steuerraum angeordnet und drückt die äußere Düsenadel gegen ihren Ventilsitz. Dadurch werden auch die der äußeren Düsennadel zugeordneten Spritzlöcher sicher verschlossen, wenn die äußere Düsennadel nicht angesteuert ist.For the outer nozzle needle an outer nozzle spring is provided, which is also designed as a compression spring. The outer nozzle fader is preferably arranged in the outer control chamber and presses the outer nozzle needle against its valve seat. As a result, those associated with the outer nozzle needle The injection holes are securely closed if the outer nozzle needle is not activated.

Die Nadelführungsplatte weist vorteilhaft eine hülsenförmige Verlängerung auf. Diese Verlängerung ist zur Aufnahme der äußeren Düsennadel ausgebildet, die dadurch sicher geführt wird.The needle guide plate advantageously has a sleeve-shaped extension. This extension is designed to receive the outer nozzle needle, which is thereby guided safely.

In die hülsenförmige Verlängerung wird vorteilhaft eine äußere Zulaufdrossel angeordnet, durch die der äußere Steuerraum mit Kraftstoff gefüllt werden kann.In the sleeve-shaped extension advantageously an outer inlet throttle is arranged, through which the outer control chamber can be filled with fuel.

Günstig erscheint auch, die äußere Düsennadel mit einer abgestuften Hohlbohrung auszubilden, an die die innere Düsennadel angepasst ist. Eine solche Stufenbohrung lässt sich insbesondere bei größeren Längen leichter passgenau herstellen. Auch die Ausbildung eines Verstärkungsringes am äußeren Umfang der äußeren Düsenadel vereinfacht die Ausbildung einer Hubbegrenzung für die äußere Düsennadel.Favorable also appears to form the outer nozzle needle with a stepped hollow bore, to which the inner nozzle needle is adapted. Such a stepped bore can be produced more precisely, especially with larger lengths. The formation of a reinforcing ring on the outer circumference of the outer nozzle needle simplifies the formation of a stroke limiter for the outer nozzle needle.

Zur separaten Steuerung der beiden Düsennadeln ist vorgesehen, dass die Servoventileinheit zwei getrennte Kammern aufweist, die von zwei Ventilen steuerbar sind.For separate control of the two nozzle needles is provided that the servo valve unit has two separate chambers, which are controllable by two valves.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors undFigure 1 shows a schematic representation of a sectional view of a fuel injector according to the invention and

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors im Bereich der oberen Nadelführung.FIG. 2 shows a detail of the fuel injector shown in FIG. 1 in the region of the upper needle guide.

Zunächst wird an Hand von Figur 1 der Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 erläutert. Der Kraftstoffinjektor 10 ist aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt.First, the construction of a fuel injector 10 according to the invention will be explained with reference to FIG. The fuel injector 10 is composed of several modules.

Unterhalb eines Injektorgehäuses 1 sind eine Servoventileinheit 2, eine Drosselplatte 14, eine Nadelführungsplatte 15 und ein Düsenkörper 23 angeordnet. Die einzelnen Baugruppen werden mittels einer Düsenspannmutter 19 druckdicht zusammengefügt, wobei die Düsenspannmutter 19 von unten über den Düsenkörper 23 geschoben und mit dem Injektorgehäuse 1 fest verschraubt wird.Below a Injektorgehäuses 1, a servo valve unit 2, a throttle plate 14, a needle guide plate 15 and a nozzle body 23 are arranged. The individual assemblies are assembled pressure-tight by means of a nozzle retaining nut 19, wherein the nozzle retaining nut 19 is pushed from below over the nozzle body 23 and bolted to the injector 1 firmly.

Das Injektorgehäuse 1 weist im wesentlichen eine Antriebseinheit 6 auf, die als piezoelektrischer Aktor ausgebildet ist und in einer zentralen Ausnehmung des Injektorgehäuses 1 angeordnet ist. Diese Ausnehmung bildet gleichzeitig einen Leckageraum 8, über den das aus der Servoventileinheit 2 abfließende Fluid, beispielsweise Benzin oder Dieselöl in einen nicht näher dargestellten Niederdruckbereich abfließen kann. Des weiteren ist eine Hochdruckbohrung 7 vorgesehen, die mit einem unter hohem Kraftstoffdruck stehenden Einspritzsystem, zum Beispiel einem Common Rail Einspritzsystem in Verbindung steht. Die Hochdruckbohrung 7 ist durch die einzelnen Baugruppen 1,2,14,15 und 23 geführt, so dass das Fluid bis zur unteren Spitze des Düsenkörpers 23 gelangen kann.The injector housing 1 essentially has a drive unit 6, which is designed as a piezoelectric actuator and is arranged in a central recess of the injector housing 1. This recess simultaneously forms a leakage chamber 8, via which the effluent from the servo valve unit 2 fluid, for example, gasoline or diesel oil can flow into a low pressure region, not shown. Furthermore, a high-pressure bore 7 is provided which communicates with a high fuel pressure injection system, for example a common rail injection system. The high-pressure bore 7 is guided by the individual assemblies 1, 2, 14, 15 and 23, so that the fluid can reach the lower tip of the nozzle body 23.

Die Servoventileinheit 2 weist im wesentlichen eine Ausnehmung 27 auf, in die zwei koaxial angeordnete Ventile 3,4 angeordnet sind und im oberen Teil die Ausnehmung 27 an entsprechend ausgeformten Dichtsitzen verschlossen. Im unteren Teil wird die Ausnehmung 27 durch eine obere Stirnfläche der Drosselplatte 14 verschlossen. Zwischen dem inneren Ventil 3 und dem äußeren Ventil 4 ist eine Trennhülse 5 angeordnet. Die Trennhülse 5 wird durch eine Druckfeder gegen die obere Stirnfläche der Drosselplatte 14 gedrückt und unterteilt somit den verbliebenen Raum der Ausnehmung 27 in eine innere Kammer 25 und eine äußere Kammer 26. Die Druckfeder stützt sich mit ihrem oberen Ende gegen eine vorstehende Fläche des inneren Ventils 3 ab, so dass dadurch beide Ventile 3,4 gegen ihren Sitz nach oben gedrückt werden und in Ruhestellung die beiden Kammer 25,26 verschließen. Die beiden Ventile 3,4 sind in ihrer Länge so bemessen, dass sie in axialer Richtung nach unten ausweichen können, wenn der Aktor 6 sich nach unten verlängert. Die beiden oberen Enden der beiden Ventile 3,4 sind unterschiedlich ausgebildet. Bei Betätigung des Aktors 6 wird zunächst das innere Ventil 3 betätigt, das sich dann nach unten bewegt. Erst nach Zurücklegen eines vorgegebenen Weges wird auch das äußere Ventil 4 nach unten bewegt. Je nachdem, wie groß der Hub des Aktors 6 ist, werden somit die innere Kammer 25 und auch die äußere Kammer 26 geöffnet, so dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Leckageraum 8 abfließen kann. Durch diese individuelle Betätigung der beiden Ventile 3,4 können die beiden Düsennadeln 20,22 ohne gegenseitige Beeinflussung individuell gesteuert werden, wie später noch näher erläutert wird.The servo valve unit 2 has essentially a recess 27, in which two coaxially arranged valves 3,4 are arranged and closed in the upper part of the recess 27 of correspondingly shaped sealing seats. In the lower part, the recess 27 is closed by an upper end face of the throttle plate 14. Between the inner valve 3 and the outer valve 4, a separating sleeve 5 is arranged. The separating sleeve 5 is pressed by a compression spring against the upper end face of the throttle plate 14 and thus divides the remaining space of the recess 27 in an inner chamber 25 and an outer chamber 26. The compression spring rests with its upper end against a projecting surface of the inner valve 3, so that both valves 3,4 are pressed against their seat up and close the two chamber 25,26 in the rest position. The two valves are 3,4 in their length so that they can dodge downwards in the axial direction, when the actuator 6 extends downwards. The two upper ends of the two valves 3,4 are formed differently. Upon actuation of the actuator 6, the inner valve 3 is first actuated, which then moves down. Only after covering a predetermined path and the outer valve 4 is moved downward. Depending on how large the stroke of the actuator 6, thus the inner chamber 25 and also the outer chamber 26 are opened, so that the fuel under high pressure can flow into the leakage chamber 8. As a result of this individual actuation of the two valves 3, 4, the two nozzle needles 20, 22 can be individually controlled without mutual influence, as will be explained in more detail later.

Unterhalb der Servoventileinheit 2 ist die Drosselplatte (Zwischenplatte) 14 angeordnet. Sie weist eine Ausnehmung auf, die an ihrem oberen Ende halbkugelförmig oder zylinderförmig abgeschlossen ist. Diese Ausnehmung bildet einen inneren Steuerraum (erster Steuerraum) 12, der von der inneren Düsennadel 20 begrenzt ist. Durch den Druck im inneren Steuerraum 12 ist die Lage der inneren Düsennadel 20 steuerbar, die in axialer Verlängerung bis zu ihrem Ventilsitz in der unteren Spitze des Düsenkörpers 23 geführt ist. Der erste Steuerraum 12 ist im Bereich des halbkugelförmigen Raumes über eine innere Zulaufdrossel 11 mit der Hochdruckleitung 7 verbunden, wobei deren Verbindungsleitung aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise wenigstens teilweise in der Dichtfläche zwischen der Servoventileinheit 2 und der Drosselplatte 14 ausgebildet ist. Des weiteren ist der halbkugelförmige Raum mit einer Ablaufleitung 9 verbunden, die auch als Ablaufdrossel ausgebildet sein kann und bis zur inneren Kammer 25 geführt ist.Below the servo valve unit 2, the throttle plate (intermediate plate) 14 is arranged. It has a recess which is hemispherical or cylindrical at its upper end. This recess forms an inner control chamber (first control chamber) 12, which is bounded by the inner nozzle needle 20. Due to the pressure in the inner control chamber 12, the position of the inner nozzle needle 20 is controlled, which is guided in the axial extension to its valve seat in the lower tip of the nozzle body 23. The first control chamber 12 is connected in the region of the hemispherical space via an inner inlet throttle 11 with the high pressure line 7, wherein the connecting line for manufacturing reasons, preferably at least partially formed in the sealing surface between the servo valve unit 2 and the throttle plate 14. Furthermore, the hemispherical space is connected to a drain line 9, which may also be designed as a drain throttle and is guided to the inner chamber 25.

Innerhalb des ersten Steuerraumes 12 ist eine innere Düsefeder 21 angeordnet, die sich gegen eine obere Deckenfläche des ersten Steuerraumes 12 abstützt und mit ihrem unteren Ende gegen einen Absatz der inneren Düsennadel 20 drückt, so dass die innere Düsennadel 20 gegen ihren unteren Ventilsitz im Düsenkörper 23 gepresst wird und dadurch die inneren Spritzlöcher 28 verschließt.Within the first control chamber 12, an inner nozzle spring 21 is arranged, which is supported against an upper ceiling surface of the first control chamber 12 and with its lower end presses against a shoulder of the inner nozzle needle 20, so that the inner nozzle needle 20 is pressed against its lower valve seat in the nozzle body 23 and thereby the inner injection holes 28 closes.

An die Drosselplatte 14 schließt sich nach unten hin eine Baugruppe an, die als Nadelführungsplatte 15 bezeichnet wird. Die Nadelführungsplatte 15 ist scheibenförmig ausgebildet und weist nach unten hin eine innere Verlängerung auf, die im wesentlichen als äußere Nadelführung 32 für die äußere Düsennadel 22 ausgebildet ist. Oberhalb und unterhalb der Nadelführungsplatte 15 ist der obere beziehungsweise der untere Steuerraum 12,13 angeordnet, so dass die beiden Steuerräume 12,13 durch die Nadelführungsplatte 15 dauerhaft getrennt sind. Die Nadelführungsplatte 15 bildet mit ihrer zentralen Bohrung eine feststehende obere Nadelführung 16 aus, durch die die innere Düsenadel 20 in ihrem oberen Bereich spielfrei geführt wird. Die obere Nadelführung 16 ist in ihrer Ausgestaltung und ihren Abmessungen derart ausgebildet, dass die obere Nadelführung 16 zusammen mit der inneren Düsennadel 20 die beiden Steuerräume 12,13 hochdruckfest trennt und abdichtet.At the throttle plate 14 is followed at the bottom of an assembly, which is referred to as a needle guide plate 15. The needle guide plate 15 is disc-shaped and has downwardly an inner extension which is formed substantially as an outer needle guide 32 for the outer nozzle needle 22. Above and below the needle guide plate 15, the upper and the lower control chamber 12,13 is arranged so that the two control chambers 12,13 are permanently separated by the needle guide plate 15. The needle guide plate 15 forms with its central bore a fixed upper needle guide 16, through which the inner nozzle needle 20 is guided in its upper area without play. The upper needle guide 16 is formed in its configuration and its dimensions such that the upper needle guide 16 together with the inner nozzle needle 20, the two control chambers 12,13 high pressure resistant separates and seals.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Düsennadel 20 im Bereich der Nadelführung 16 mit einem verstärkten Ring ausgebildet, der in eine entsprechend geformte Führungsbohrung der oberen Nadelführung 16 mit engem Spiel und abdichtend eingepasst ist. Eine Trennhülse ist nicht erforderlich. Der im ersten Steuerraum 12 unter hohem Druck stehende Kraftstoff kann somit über die innere Düsenadel 20 nicht in den äußeren Steuerraum 13 gelangen und umgekehrt.In a preferred embodiment, the inner nozzle needle 20 is formed in the region of the needle guide 16 with a reinforced ring that fits snugly and sealingly into a correspondingly shaped guide bore of the upper needle guide 16. A separating sleeve is not required. The fuel in the first control chamber 12 under high pressure can thus not get into the outer control chamber 13 via the inner nozzle needle 20 and vice versa.

Unterhalb der oberen Nadelführung 16 ist der äußere Steuerraum (zweiter Steuerraum) 13 angeordnet. Er wird nach oben hin von der Nadelführungsplatte 15 mit der inneren Düsennadel 20 und seitlich von der inneren Verlängerung 32 begrenzt. Nach unten hin wird der äußere Steuerraum 13 von einer Stirnfläche der äußeren Düsennadel 22 begrenzt. Durch den Innenraum des äußeren Steuerraumes 13 läuft die innere Düsennadel 20. Des weiteren ist eine äußere Düsenfeder angeordnet. Die äußere Düsenfeder drückt auf die Stirnfläche der äußeren Düsennadel 22 und presst die äußere Düsennadel 22 gegen ihren Ventilsitz, so dass die in der Düsenspitze des Düsenkörpers 23 liegenden äußeren Spritzlöcher 30 geschlossen sind.Below the upper needle guide 16, the outer control chamber (second control chamber) 13 is arranged. It is bounded at the top by the needle guide plate 15 with the inner nozzle needle 20 and laterally by the inner extension 32. Downwardly, the outer control chamber 13 is bounded by an end face of the outer nozzle needle 22. Through the interior the outer control chamber 13, the inner nozzle needle 20 runs. Furthermore, an outer nozzle spring is arranged. The outer nozzle spring presses on the end face of the outer nozzle needle 22 and presses the outer nozzle needle 22 against its valve seat so that the outer injection holes 30 located in the nozzle tip of the nozzle body 23 are closed.

Der äußere Steuerraum 13 ist über eine äußere Zulaufdrossel 31 mit der Hochdruckleitung 7 verbunden, so dass der Kraftstoff in den äußeren Steuerraum 13 fließen kann und sich hier etwa ein gleich hohe Druck aufbaut wie in der Hochdruckleitung 7. Die äußere Zulaufdrossel 31 ist vorzugsweise über eine hülsenförmige Verlängerung in der Nadelführungsplatte 15 eingebracht. Des weiteren ist der äußere Steuerraum 13 über eine Ablaufbohrung 17 durch die Nadelführungsplatte 15 und die Drosselplatte 14 hindurch mit der äußeren Kammer 26 verbunden.The outer control chamber 13 is connected via an outer inlet throttle 31 to the high-pressure line 7, so that the fuel can flow into the outer control chamber 13 and here builds about the same high pressure as in the high pressure line 7. The outer inlet throttle 31 is preferably via a sleeve-shaped extension in the needle guide plate 15 introduced. Furthermore, the outer control chamber 13 is connected via a drain hole 17 through the needle guide plate 15 and the throttle plate 14 through to the outer chamber 26.

Zur Führung der äußeren Düsennadel 22 ist die Nadelführungsplatte 15 hülsenförmig nach unten hin verlängert, so dass ihre zentrale Bohrung zur Aufnahme der äußeren Düsennadel 22 geeignet ist. Diese hülsenförmige Verlängerung ist als äußere Nadelführung 32 für die äußere Düsennadel 22 ausgebildet. Am unteren Ende der äußeren Nadelführung 32 ist eine Anschlagscheibe 18 vorgesehen, gegen die die äußere Düsenadel 22 anschlägt, wenn sie sich von ihrem Ventilsitz abhebt und die äußeren Spritzlöcher 30 freigibt. Die äußere Düsennadel 22 weist an ihrem äußeren Umfang unterhalb der hülsenförmigen Verlängerung 32 einen Verstärkungsring mit einer oberen Auflagefläche auf. Mit dieser Auflagefläche stößt die äußere Düsennadel 22 gegen den Anschlagring 18, wenn sie sich von ihrem unteren Ventilsitz nach oben hin bewegt.To guide the outer nozzle needle 22, the needle guide plate 15 is elongated sleeve-shaped downwards, so that its central bore for receiving the outer nozzle needle 22 is suitable. This sleeve-shaped extension is designed as an outer needle guide 32 for the outer nozzle needle 22. At the lower end of the outer needle guide 32, a stop plate 18 is provided against which the outer nozzle needle 22 abuts when it lifts from its valve seat and the outer injection holes 30 releases. The outer nozzle needle 22 has at its outer periphery below the sleeve-shaped extension 32 on a reinforcing ring with an upper bearing surface. With this bearing surface, the outer nozzle needle 22 abuts against the stop ring 18 when it moves from its lower valve seat upwards.

Die äußere Düsennadel 22 kann in den äußeren Steuerraum 13 hinein verlängert und zur Führung der äußeren Düsenfeder ausgebildet sein.The outer nozzle needle 22 may be extended into the outer control chamber 13 and formed to guide the outer nozzle spring.

Im unteren Bereich setzt die äußere Düsenmadel 22 mit ihrer Spitze auf einen kegelförmig ausgebildeten Ventilsitz innerhalb des Düsenkörpers 23 auf, um die zugeordneten Spritzlöcher 30 zu schließen. Eine weitere Führung ist nicht erforderlich, sie kann bei Bedarf jedoch vorgesehen werden. Die äußere Düsennadel 22 ist als Hohlnadel ausgebildet und nimmt die innere Düsenadel 20 auf. Zur Führung der inneren Düsenadel 20 weist die äußere Düsennadel 22 an der Innenseite eine zweite, untere Nadelführung 24 auf, die in einer Längsbohrung im unteren Teil der äußeren Düsenadel 22 angeordnet ist. Die innere Düsenadel 20 wird somit von der feststehenden oberen Nadelführung 16 und der beweglich angeordneten unteren Nadelführung 24 innerhalb der äußeren Düsennadel 22 geführt.In the lower region, the outer nozzle needle 22 with its tip is seated on a cone-shaped valve seat within the nozzle body 23 in order to close the associated injection holes 30. A further guide is not required, but it can be provided if necessary. The outer nozzle needle 22 is formed as a hollow needle and receives the inner nozzle needle 20. To guide the inner nozzle needle 20, the outer nozzle needle 22 on the inside a second, lower needle guide 24, which is arranged in a longitudinal bore in the lower part of the outer nozzle needle 22. The inner nozzle needle 20 is thus guided by the fixed upper needle guide 16 and the movably arranged lower needle guide 24 within the outer nozzle needle 22.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die untere Nadelführung 24 ebenfalls möglichst druckdicht und höher in Richtung zur oberen Nadelführung 16 anzuordnen. Dadurch wird das Steuervolumen im äußeren Steuerraum 13 verkleinert, so dass sich ein schnelleres Ansprechen der äußeren Düsennadel 22 ergibt. Des weiteren ist vorgesehen, die Bohrung in der äußeren Düsennadel 22 über einen Absatz, der etwa in der halben Länge der äußeren Düsennadel 22 angeordnet ist, nach unten hin zu verengen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile und erleichtert die Fertigung der Passung für die entsprechend angepasste innere Düsennadel 20. Als oberer Anschlag für die innere Düsennadel 20 ist vorgesehen, die Bohrung in der Drosselplatte 14 etwas enger auszubilden als in der Nadelführungsplatte 15. Dadurch entsteht am Übergang zur Drosselplatte 14 ein Absatz, gegen den die innere Düsennadel 20 anschlagen kann, wenn sie sich von ihrem Ventilsitz abhebt.In an alternative embodiment of the invention, the lower needle guide 24 is likewise to be arranged as pressure-tight as possible and higher in the direction of the upper needle guide 16. As a result, the control volume in the outer control chamber 13 is reduced so that a faster response of the outer nozzle needle 22 results. Furthermore, it is provided to narrow the bore in the outer nozzle needle 22 via a shoulder, which is arranged approximately in the half length of the outer nozzle needle 22, downwards. This has particular manufacturing advantages and facilitates the production of the fit for the correspondingly adapted inner nozzle needle 20. As the upper stop for the inner nozzle needle 20 is provided to form the bore in the throttle plate 14 is slightly narrower than in the needle guide plate 15. This arises at the transition to Throttle plate 14 a paragraph against which the inner nozzle needle 20 can strike when it lifts from its valve seat.

Wie Figur 1 weiter entnehmbar ist, ist entsprechend der Erfindung keine Trennhülse oder dergleichen für die Trennung der beiden Steuerräume 12,13 vorgesehen. Die Trennung der beiden Steuerräume 12,13 erfolgt direkt und ohne zusätzliche Dichtmittel durch die erfindungsgemäße Ausbildung der oberen Nadelführung 16.As Figure 1 is further removed, no separating sleeve or the like for the separation of the two control chambers 12,13 is provided according to the invention. The separation of the two control rooms 12,13 takes place directly and without additional Sealant by the inventive design of the upper needle guide 16th

Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt des mit einem Kreis x gekennzeichneten Bereiches des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10.For a better understanding of the invention, FIG. 2 shows an enlarged section of the region of the fuel injector 10 according to the invention, marked with a circle x.

Figur 2 zeigt den äußeren Steuerraum 13, der im wesentlichen durch den verlängerten Teil der Nadelführungsplatte 15 seitlich begrenzt ist. Nach oben hin wird der äußere Steuerraum 13 durch die durchgehende innere Düsenadel 20 und die obere Nadelführung 16 begrenzt. Der äußere Steuerraum 13 ist über die äußere Zulaufdrossel 31 mit der Hochdruckbohrung 7 verbunden. Im linken Teil des äußeren Steuerraumes 13 ist die Ablaufbohrung 17 erkennbar, die mit der äußeren Kammer 26 der Servoventileinheit 2 in Verbindung steht. Innerhalb der äußeren Steuerkammer 13 ist die äußere Düsenfeder 21 angeordnet, die als Druckfeder ausgebildet ist. Sie stützt sich gegen die Nadelführungsplatte 15 ab und drückt dabei die äußere Düsennadel 22 gegen ihren Ventilsitz, um im nicht angesteuerten Zustand ihre Reihe mit Spritzlöchern 30 zu verschließen.Figure 2 shows the outer control chamber 13 which is bounded laterally by the extended part of the needle guide plate 15 substantially. Towards the top, the outer control chamber 13 is delimited by the continuous inner nozzle needle 20 and the upper needle guide 16. The outer control chamber 13 is connected via the outer inlet throttle 31 to the high-pressure bore 7. In the left part of the outer control chamber 13, the drain hole 17 can be seen, which is in communication with the outer chamber 26 of the servo valve unit 2. Within the outer control chamber 13, the outer nozzle spring 21 is arranged, which is designed as a compression spring. It rests against the needle guide plate 15 and presses the outer nozzle needle 22 against its valve seat to close their series with spray holes 30 in the non-driven state.

Vollständigkeitshalber sein erwähnt, dass am unteren Ende der äußeren Nadelführung 32 die Nadelanschlagscheibe 18 angeordnet ist, an die die äußere Düsennadel 22 mit einem entsprechend geformten Absatz anschlägt, wenn die äußere Düsennadel 22 angesteuert wird und sich dabei von ihrem Ventilsitz abhebt. Der Düsenkörper 23 wird durch die Düsenspannmutter 19 gegen die Nadelführungsplatte 15 gepresst.Be mentioned for completeness sake, that at the lower end of the outer needle guide 32, the needle stop disc 18 is arranged, to which the outer nozzle needle 22 abuts with a correspondingly shaped shoulder, when the outer nozzle needle 22 is driven and thereby stands out from its valve seat. The nozzle body 23 is pressed by the nozzle lock nut 19 against the needle guide plate 15.

Im folgenden wird die Funktionsweise dieser Anordnung näher erläutert. Grundsätzlich sind in Ruhestellung, wenn der piezoelektrische Aktor 6 nicht angesteuert ist, die beiden Reihen mit Spritzlöchern 28,30 geschlossen, da die innere und die äußere Düsennadel 20,22 gegen ihren Ventilsitz gepresst werden. Ebenso sind die beiden Ventile 3,4 gegen ihren Ventilsitz gedrückt, so dass die beiden Kammern 25,26 geschlossen sind. Sowohl in den beiden Kammern 25,26 als auch in den beiden Steuerräumen 12,13 herrscht nahezu er gleiche Fluiddruck (Kraftstoffdruck) wie in der Hochdruckleitung 7.In the following the operation of this arrangement will be explained in more detail. In principle, when the piezoelectric actuator 6 is not activated, the two rows of injection holes 28, 30 are closed in the rest position, since the inner and outer nozzle needles 20, 22 are pressed against their valve seat. Likewise, the two valves 3,4 are pressed against their valve seat, so that the two chambers 25,26 closed are. Both in the two chambers 25,26 and in the two control chambers 12,13 there is almost the same fluid pressure (fuel pressure) as in the high pressure line. 7

Wird der piezoelektrische Aktor 6 mit einem Gleichspannungssignal angesteuert, dann längt er sich nach unten aus und berührt mit seiner Bodenplatte nach Überwindung eines vorgegebenen sehr geringen Leerhubs zunächst das innere Ventil 3. Zur Betätigung des inneren Ventils 3 muss der Aktor 6 gegen eine im Aktor 6 wirkende eingebaute Rückstellkraft, den Öffnungsdruck in der inneren Kammer 25 und den Federdruck gegen die Trennhülse arbeiten. Durch das Öffnen der inneren Kammer 25 fließt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem inneren Steuerraum 12 in den Leckageraum 8 und gelangt somit in den Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems. Dadurch wird der Druck im inneren Steuerraum 12 rasch abgebaut. Außerhalb des inneren Steuerraumes 12 herrscht jedoch noch weiterhin der sehr hohe Druck, so dass die innere Düsenadel 20 an entsprechend ausgeformten Druckflächen nach oben gedrückt wird. Dadurch hebt sich die innere Düsennadel 20 von ihrem Ventilsitz ab und gibt die erste Reihe mit Spritzlöchern 28 frei. Der Querschnitt der Spritzlöcher 28,30 ist abhängig vom Anwendungsfall und kann zum Beispiel für eine Minimaleinspritzung entsprechend dimensioniert werden.If the piezoelectric actuator 6 is driven with a DC voltage signal, then it extends downwards and touches with its bottom plate after overcoming a given very small idle stroke first, the inner valve 3. To actuate the inner valve 3, the actuator 6 against a in the actuator. 6 acting built-in restoring force, the opening pressure in the inner chamber 25 and the spring pressure against the separating sleeve work. By opening the inner chamber 25, the fuel under high pressure flows from the inner control chamber 12 into the leakage chamber 8 and thus reaches the low-pressure region of the fuel system. As a result, the pressure in the inner control chamber 12 is rapidly reduced. Outside the inner control chamber 12, however, the very high pressure still prevails, so that the inner nozzle needle 20 is pushed upwards by correspondingly shaped pressure surfaces. As a result, the inner nozzle needle 20 lifts from its valve seat and releases the first row of spray holes 28. The cross section of the injection holes 28,30 depends on the application and can be dimensioned accordingly, for example for a minimum injection.

Wird die Steuerspannung für den Aktor 6 wieder abgeschaltet, dann verkürzt er sich, so dass das innere Ventil 3 wieder geschlossen wird und als Folge dessen auch die innere Düsennadel 20 ihre Spritzlöcher 28 wieder verschließt, da der Druck in der inneren Kammer 25 als auch im inneren Steuerraum 3 wegen der Verbindung zur Hochdruckbohrung 7 wieder ansteigt. Die innere Düsennadel 20 kann somit unabhängig von der äußeren Düsennadel 22 gesteuert werden.If the control voltage for the actuator 6 is switched off again, then it shortens, so that the inner valve 3 is closed again and as a result, the inner nozzle needle 20 again closes its injection holes 28, since the pressure in the inner chamber 25 and in inner control chamber 3 rises again because of the connection to the high pressure bore 7. The inner nozzle needle 20 can thus be controlled independently of the outer nozzle needle 22.

Wird im anderen Fall dagegen die Steuerspannung für den Aktor 6 erhöht, dann öffnet wegen der weiteren Auslängung des Aktors 6 auch das äußere Ventil 4 seine äußere Kammer 26. Jetzt fließt auch der Kraftstoff aus dem äußeren Steuerraum 13 über die Ablaufbohrung 17 und die äußere Kammer 26 in den Leckageraum 8. Dadurch sinkt der Druck in der äußeren Steuerkammer 13, so dass nun auch die äußere Düsennadel 22 ihre zweite Reihe mit Spritzlöchern 30 freigibt und der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.If, in contrast, the control voltage for the actuator 6 is increased in the other case, the outer valve 4 also opens its outer chamber 26 because of the further extension of the actuator 6 The fuel from the outer control chamber 13 via the drain hole 17 and the outer chamber 26 flows into the leakage chamber 8. This causes the pressure in the outer control chamber 13, so that now the outer nozzle needle 22 releases its second row of spray holes 30 and the Fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Wird die Steuerspannung für den Aktor 6 wieder etwas reduziert, dann schließt die äußere Düsenadel 22 wieder ihre Spritzlöcher 30. Auf diese Weise kann zum Beispiel zur Steuerung einer maximalen Einspritzmenge auch die äußere Düsennadel 22 individuell und ohne Beeinflussung der inneren Düsennadel 20 gesteuert werden.If the control voltage for the actuator 6 again reduced slightly, then the outer nozzle needle 22 again closes its injection holes 30. In this way, for example, to control a maximum injection quantity and the outer nozzle needle 22 can be controlled individually and without affecting the inner nozzle needle 20.

Nach dem Abschalten der Steuerspannung werden beide Düsennadeln wieder geschlossen. Durch diese separaten Ansteuerungen kann eine verbesserte Injektorfunktion erreicht werden.After switching off the control voltage both nozzle needles are closed again. These separate controls an improved injector function can be achieved.

Claims (13)

Kraftstoffinjektor mit einem Aktor (6), der als Ventilantrieb eine Servoventileinheit (2) betätigt, und mit einer Registerdüse, bei der zwei koaxial angeordnete Düsennadeln (20,22) steuerbar sind und dadurch zwei getrennt angeordnete Reihen mit Spritzlöchern (28,30) geöffnet oder verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (10) einen inneren und einen äußeren Steuerraum (12,13) aufweist, dass jedem Steuerraum (12,13) eine der beiden Düsennadeln (20,22) zugeordnet ist, dass die beiden Steuerräume (12,13) durch eine angepasste obere Nadelführung (16) für die innere Düsenadel (20) gegeneinander abgedichtet sind und dass jeder Steuerraum (12,13) einzeln und ohne Beeinflussung des jeweils anderen Steuerraumes (12,13) steuerbar ist.Fuel injector with an actuator (6) which operates as a valve drive a servo valve unit (2), and with a register, in which two coaxially arranged nozzle needles (20,22) are controllable and thereby two separately arranged rows of spray holes (28,30) opened or are closable, characterized in that the fuel injector (10) has an inner and an outer control chamber (12,13) that each control chamber (12,13) is associated with one of the two nozzle needles (20,22) that the two control chambers (12,13) are sealed by an adapted upper needle guide (16) for the inner nozzle needle (20) against each other and that each control chamber (12,13) individually and without affecting the other control chamber (12,13) is controllable. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Düsennadel (20) in ihrem unteren Bereich in der äußeren Düsennadel (22) geführt ist, dass die innere Düsennadel (20) in ihrem oberen Bereich durch eine Nadelführungsplatte (15) zu dem inneren Steuerraum (12) geführt ist und dass die innere Düsennadel (20) abdichtend in der Nadelführungsplatte (15) ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the inner nozzle needle (20) is guided in its lower region in the outer nozzle needle (22) that the inner nozzle needle (20) in its upper region by a needle guide plate (15) to the inner control chamber (12) is guided and that the inner nozzle needle (20) is sealingly formed in the needle guide plate (15). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Düsennadel (20) in ihrem oberen Bereich in einer feststehenden Nadelführung (16) abdichtend ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the inner nozzle needle (20) in its upper region in a stationary needle guide (16) is sealingly formed. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Düsennadel (20) an ihrem unteren Ende in einer unteren Nadelführung (24) führbar ist, die durch die äußere Düsennadel (22) gebildet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the inner nozzle needle (20) at its lower end in a lower needle guide (24) can be guided, which is formed by the outer nozzle needle (22). Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steuerraum (12,13) eine separate Zulaufdrossel (11,31) aufweist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that each control chamber (12,13) has a separate inlet throttle (11,31). Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steuerraum (12,13) eine separate Ablaufdrossel (9,17) aufweist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that each control chamber (12,13) has a separate outlet throttle (9,17). Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge des Kraftstoffs durch eine individuelle Abstimmung des Öffnens oder des Schließens der beiden Düsennadeln (20,22) steuerbar ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the injection quantity of the fuel by an individual vote of the opening or closing of the two nozzle needles (20,22) is controllable. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Steuerraum (12) eine innere Düsenfeder (21) aufweist, durch die die innere Düsennadel (20) gegen ihren Ventilsitz pressbar ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the inner control chamber (12) has an inner nozzle spring (21) through which the inner nozzle needle (20) can be pressed against its valve seat. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Steuerraum (22) eine äußere Düsenfeder aufweist, durch die die äußere Düsennadel (22) gegen ihren Ventilsitz pressbar ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the outer control chamber (22) has an outer nozzle spring, through which the outer nozzle needle (22) can be pressed against its valve seat. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelführungsplatte (15) eine hülsenförmige Verlängerung (32) aufweist, die zur Führung der äußeren Düsennadel (22) ausgebildet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the needle guide plate (15) has a sleeve-shaped extension (32) which is designed to guide the outer nozzle needle (22). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zulaufdrossel (31) in der hülsenförmigen Verlängerung (32) der Nadelführungsplatte (15) angeordnet ist.Fuel injector according to claim 10, characterized in that the outer inlet throttle (31) in the sleeve-shaped extension (32) of the needle guide plate (15) is arranged. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlbohrung der äußeren Düsennadel (22) abgestuft ist und sich nach unten hin verengt, und dass die äußere Düsennadel (22) an ihrem äußeren Umfang einen Verstärkungsring mit einer Anschlagfläche aufweist, die als Anschlag an eine Nadelanschlagscheibe (18) ausgebildet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow bore of the outer Nozzle needle (22) is stepped and narrows downwards, and that the outer nozzle needle (22) has on its outer periphery a reinforcing ring with a stop surface which is designed as a stop on a needle stop disc (18). Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoventileinheit (2) ein inneres und ein äußeres Ventil (3,4) aufweist, dass eine zwischen den beiden Ventilen (3,4) angeordnete Trennhülse (5) den Steuerraum der Servoventileinheit (2) in zwei Kammern (25,26) unterteilt und dass jede Kammer (25,26) über die beiden Ventile (3,4) eine steuerbare Verbindung zu einem Leckageraum (8) aufweist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the servo valve unit (2) has an inner and an outer valve (3, 4), that a separating sleeve (5) arranged between the two valves (3, 4) controls the control chamber of the servo valve unit (3). 2) divided into two chambers (25,26) and that each chamber (25,26) via the two valves (3,4) has a controllable connection to a leakage chamber (8).
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