DE102006031372A1

DE102006031372A1 - Fuel injector, for an internal combustion motor, has a lever conversion system between the actuator and the jet needle with movement to compensate for a fuel pressure drop

Info

Publication number: DE102006031372A1
Application number: DE200610031372
Authority: DE
Inventors: Manfred Weigl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-01-10

Abstract

The fuel injector (1), for an internal combustion motor, has a housing with a high pressure zone (HD) for the fuel (P). A piezo actuator (3) acts on a base plate to raise and lower the jet needle (5), to open and close the jet (6). A conversion lever (7) changes the prepared stroke movement into an increased stroke, with a lever (8) at the actuator side and coupled to it and/or a lever (9) coupled to the jet needle. Mountings (10a,10b) for the actuator lever has mounting points (X1,X2) with a relative sliding movement at the base plate, to compensate for a fuel pressure drop.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor, ein Einspritzsystem und ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors.The The invention relates to an injector, an injection system and a method for making an injector.

Einspritzsysteme mit zumindest einem Injektor und insbesondere lecköllose Common-Rail-Einspritzsysteme erfordern ein Steuerelement, wie beispielsweise einen Piezo-Aktor im Hochdruckraum des Injektors. Das technische Gebiet der Erfindung betrifft insbesondere piezogesteuerte Common-Rail-Injektoren oder Einspritzsysteme ohne Leckölrücklauf mit einem Piezo-Aktor oder einem Piezo-Aktuator zum Öffnen und Schließen einer Düse mittels einer Düsennadel im Hochdruckraum, der eine hydraulische Längsausgleichsvorrichtung oder Rückstellvorrichtung und einen Hebelübersetzer zur Betätigung der Düsennadel aufweist. Die Rückstellvorrichtung weist insbesondere einen in einer Bohrung der Bodenplatte des Piezo-Stapels des Piezo-Aktors eingreifenden Kolben, ein hydraulisches Volumen, beispielsweise ein Kraftstoffvolumen, zwischen der Bodenplatte und dem Kolben und eine Rückstellfeder zum Rückstellen des Piezo-Stapels auf. Ein solches Einspritzsystem ist beispielsweise aus der DE 101 45 620 B4 bekannt.Injection systems with at least one injector and in particular leak-less common rail injection systems require a control element, such as a piezo actuator in the high-pressure chamber of the injector. The technical field of the invention relates in particular to piezo-controlled common rail injectors or injection systems without leakage oil return with a piezo actuator or a piezo actuator for opening and closing a nozzle by means of a nozzle needle in the high pressure chamber, a hydraulic longitudinal compensation device or return device and a lever translator for actuation having the nozzle needle. The restoring device has, in particular, a piston engaging in a bore of the bottom plate of the piezo stack of the piezoactuator, a hydraulic volume, for example a fuel volume, between the bottom plate and the piston and a return spring for resetting the piezoelectric stack. Such an injection system is for example from the DE 101 45 620 B4 known.

Wird wie bei dem oben beschriebenen Einspritzsystem die Düsennadel des Injektors direkt vom Piezo-Aktor über einen Umsetzer angetrieben, besteht der prinzipielle Nachteil eines kleinen Nutzhubes des Piezo-Aktors. Einerseits muss der Piezo-Aktor die zur Nadelöffnung benötigte mechanische Arbeit ins System einprägen, andererseits müssen auch Fertigungstoleranzen und Temperatureffekte ausgeglichen werden. Der Anmelderin ist intern bekannt, zum Ausgleich von Temperatureffekten spezielle Werkstoffe für die einzelnen Injektorkomponenten einzusetzen. Der Anmelderin ist weiterhin intern bekannt, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen die im jewei ligen Injektor verbauten Komponenten einander zuzupaaren. Dennoch verbleibt in der Regel ein Restfehler, der in Form eines Leerhubs vorgehalten werden muss, um die Funktion und die Betriebssicherheit des Injektors bzw. Einspritzsystems zu gewährleisten.Becomes as in the injection system described above, the nozzle needle the injector is driven directly by the piezo actuator via a converter, there is the fundamental disadvantage of a small useful stroke of the piezo actuator. On the one hand, the piezo actuator needs the mechanical work required to open the needle Memorize the system, on the other hand Also manufacturing tolerances and temperature effects are compensated. The Applicant is internally known to compensate for temperature effects special materials for to use the individual injector components. The Applicant is still internally known, to compensate for manufacturing tolerances to add the components installed in the respective injector to each other. Nevertheless, a residual error usually remains in the form of a Leerhubs must be kept to the function and operational safety to ensure the injector or injection system.

Durch Einsatz einer wie oben beschriebenen Längsausgleichsvorrichtung oder eines hydraulischen Kompensators können gleichzeitig alle Toleranzen und Temperaturdehnungseffekte ausgeglichen werden.By Use of a longitudinal compensation device as described above or a hydraulic compensator can simultaneously all tolerances and temperature expansion effects are compensated.

Allerdings bedingt der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckraum des Einspritzsystems sowohl eine Längenänderung des Gehäuses des Einspritzsystems als auch eine Kompression von Komponenten im Hochdruckraum oder Hochdruckvolumen. Insbesondere beim direkt angetriebenen Einspritzsystem oder Piezo-Injektor mit dem Piezo-Aktor im Hochdruckvolumen wird der Piezo-Aktor aufgrund der Volumenkompressibilität des Piezo-Stapels mit steigendem Druck verkürzt, wohingegen sich das Gehäuse des Einspritzsystem infolge der elastischen Dehnung längt. Dies bewirkt eine Zunahme des Leerhubes, welcher größer als der nutzbare Arbeitshub des Piezo-Aktors werden kann. Dies soll folgendes Beispiel veranschaulichen: Das Kompressionsmodul K ist definiert als:

wobei V das Volumen, dp die infinitesimale Druckänderung, dV die infinitesimale Volumenänderung und dV/V die relative Volumenänderung bezeichnet. Das negative Vorzeichen entsteht aus der Forderung, dass sich bei einem Druckzuwachs eine Abnahme der Größe dV/V ergibt, dabei aber K positiv bleiben soll. Bei der folgenden quantitativen Analyse kann das negative Vorzeichen außer Betracht bleiben.However, the fuel pressure in the high-pressure chamber of the injection system causes both a change in length of the housing of the injection system and a compression of components in the high-pressure chamber or high-pressure volume. Particularly in the case of the directly driven injection system or piezo injector with the piezo actuator in the high pressure volume, the piezo actuator is shortened with increasing pressure due to the volume compressibility of the piezo stack, whereas the housing of the injection system elongates as a result of the elastic expansion. This causes an increase in the idle stroke, which can be greater than the usable working stroke of the piezoelectric actuator. This will illustrate the following example: The compression modulus K is defined as:

where V denotes the volume, dp the infinitesimal pressure change, dV the infinitesimal volume change and dV / V the relative volume change. The negative sign arises from the requirement that a decrease in the size dV / V results when the pressure increases, but K should remain positive. In the following quantitative analysis, the negative sign can be disregarded.

Nimmt man beispielsweise einen Kraftstoffdruck vom 200 MPa (dp = 200 MPa) und ein Kompressionsmodul für den Piezo-Stapel von 50 GPa (K = 50 GPa) an, so ergibt sich mit

eine relative Volumenänderung dV/V von 0.004. In diesem Beispiel beträgt also die relative Volumenänderung dV/V 4%. Unter der Annahme einer isotropen Maßänderung ergibt sich durch Ziehen der Kubikwurzel eine Änderung von 1.60. Bei einer Höhe des Piezo-Stapels von 60 mm ergibt sich damit eine Änderung von etwa 96 μm, was in der Größenordung des maximalen Arbeitshubes des Piezo-Stapels liegt. Somit ist es nachteiligerweise bisher nicht möglich, das Einspritzsystem bzw. den Piezo-Injektor für einen Kraftstoffdruckbereich von beispielsweise 20 MPa für niedrige Teillast bis 200 MPa für Volllast zu dimensionieren.Take, for example, a fuel pressure of 200 MPa (dp = 200 MPa) and a compression modulus for the piezo stack of 50 GPa (K = 50 GPa), it follows with

a relative volume change dV / V of 0.004. In this example, therefore, the relative volume change dV / V is 4%. Assuming an isotropic dimensional change, dragging the cube root yields a change of 1.60. At a height of the piezo stack of 60 mm, this results in a change of about 96 microns, which is in the order of magnitude of the maximum working stroke of the piezo stack. Thus, it is disadvantageously not yet possible to dimension the injection system or the piezo injector for a fuel pressure range of, for example, 20 MPa for low part load to 200 MPa for full load.

Wie oben bereits ausgeführt, ist zur Kompensation der Leerhubänderungen der hydraulische Kompensator vorgesehen. Die Zeitkonstante des hydraulischen Kompensators ist so dimensioniert, dass schnelle Vorgänge wie Einspritzpulse nur zu einer unwesentlichen Änderung oder zu keiner Änderung führen, dass aber Leerhubänderungen, welche durch den Kraftstoffdruck verursacht werden, ausreichend schnell (Größenordnung 500 MPa/s) ausgeglichen werden können. Allerdings können durch den bekannten hydraulischen Kompensator Drucksprünge, die beispielsweise durch das öffnen des Injektors oder durch reflektierte Druckwellen im Rail eines Einspritzsystems mit mehreren Injektoren verursacht werden, nicht ausgeglichen werden.As already explained above, the hydraulic compensator is provided to compensate for the idle stroke changes. The time constant of the hydraulic compensator is dimensioned so that fast before courses such as injection pulses lead only to an insignificant change or no change, but that Leerhubänderungen, which are caused by the fuel pressure, sufficiently fast (order of magnitude 500 MPa / s) can be compensated. However, can not be compensated by the known hydraulic compensator pressure jumps, which are caused for example by the opening of the injector or by reflected pressure waves in the rail of an injection system with multiple injectors.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Problematik ist in 1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin intern bekannten Einspritzsystem mit einem Injektor 1 dargestellt. Der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird mittels einer Zuführvorrichtung 20 in den Hochdruckbereich HD des Gehäuses 2 geleitet. Der Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor 3 auf, der einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitstellt, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Dazu weist der Piezo-Aktor 3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in Abhängigkeit eines Steuersignals, welches mittels der Pins 17 und 18 eingegeben wird, den Hub zum Betätigen der Düsennadel 5 in einer Schließrichtung R1 oder in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.To illustrate the present problem is in 1 a schematic block diagram of an applicant internally known injection system with an injector 1 shown. The injector 1 for injecting fuel P at a predetermined fuel pressure has a housing 2 having a high-pressure area HD with the fuel P under the fuel pressure. The fuel is supplied by means of a feeding device 20 in the high-pressure area HD of the housing 2 directed. The injector 1 has a piezo actuator 3 on, the one stroke by means of a bottom plate 4 for lifting and lowering a nozzle needle 5 providing a nozzle 6 opens and closes, in which the fuel P is injected. For this purpose, the piezo actuator 3 a piezo stack 11 on, in response to a control signal, which by means of the pins 17 and 18 is entered, the hub for actuating the nozzle needle 5 in a closing direction R1 or in an opening direction R2.

Weiterhin weist der Piezo-Aktor 3 einen hydraulischen Kompensator 19 auf, welcher dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 11 in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen und den von dem Piezo-Stapel 11 bereitgestellten Hub an die gekoppelte Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zu übertragen.Furthermore, the piezo actuator 3 a hydraulic compensator 19 on which is suitable to the piezo stack 11 to reset to a predetermined starting position and that of the piezo stack 11 provided hub to the coupled lever translation device 7 transferred to.

Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist. Der düsennadelseitige Hebel 9 ist an einem ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Der piezoseitige Hebel 8 ist an einem zweiten Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse 2 mechanisch gelagert.The lever translation device 7 has a piezoseitigen lever to translate the provided stroke in an enlarged stroke 8th , with the hydraulic compensator 19 coupled, and a nozzle needle side lever 9 on, with the nozzle needle 5 is coupled. The nozzle needle-side lever 9 is at a first bearing point T1 on the housing 2 stored. The piezoseitige lever 8th is at a second bearing point T2 on the housing 2 mechanically stored.

Weiterhin weist der Injektor 1 eine Rückstellfeder 16 zur Rückstellung der Düsennadel 5 auf, welche die Düsennadel 5 mit dem Gehäuse 2 koppelt.Furthermore, the injector 1 a return spring 16 to reset the nozzle needle 5 on which the nozzle needle 5 with the housing 2 coupled.

Durch den Kraftstoffdruck P werden das Gehäuse 2 und die Düse 6 gestreckt, wobei der Piezo-Stapel 11 aufgrund der Kompression im Hochdruckvolumen HD verkleinert wird, was eine Reduzierung der Länge des Piezo-Stapels 11 bewirkt. Der hyd raulische Kompensator 19 stellt allerdings sicher, dass kein wesentlicher Leerhub auftritt. Wird nun der Piezo-Stapel 11 durch eine elektrische Aufladung mittels der Pins 17 und 18 gestreckt, wird die Düsennadel 5 über die Hebelübersetzung der Hebelübersetzungsvorrichtung 7 angehoben und Kraftstoff P kann aus den Löchern der Düse 6 austreten. Dies bewirkt einen schnellen Druckabfall im Injektor 1. Somit verkürzt sich das Gehäuse 2 und das Volumen des Piezo-Stapels 11 vergrößert sich und somit auch dessen Länge. Da der hydraulische Kompensator 19 in dieser Phase aufgrund seiner Zeitkonstante nicht wirksam ist, bewirkt der Druckabfall im Injektor 1 eine vergrößerte Öffnung der Düse 6. Diese instabile Verhalten kann zwar in Betriebszuständen mit großen Einspritzmengen pro Einspritzpuls akzeptabel sein, erlaubt aber keinen Betrieb des Injektors 1 in dem Teilhübe notwendig sind, in denen die Düsennadel 5 im Sitzdrosselbereich der Düse 6 verharren muss.Due to the fuel pressure P, the housing 2 and the nozzle 6 stretched, with the piezo stack 11 due to the compression in the high-pressure volume HD is reduced, resulting in a reduction in the length of the piezo stack 11 causes. The hydraulic compensator 19 however, ensures that no significant idle stroke occurs. Will now be the piezo stack 11 by an electrical charge by means of the pins 17 and 18 stretched, becomes the nozzle needle 5 over the leverage of the lever translation device 7 lifted and fuel P can out of the holes of the nozzle 6 escape. This causes a rapid pressure drop in the injector 1 , This shortens the housing 2 and the volume of the piezo stack 11 increases and thus its length. As the hydraulic compensator 19 in this phase is not effective due to its time constant causes the pressure drop in the injector 1 an enlarged opening of the nozzle 6 , Although this unstable behavior can be acceptable in operating states with large injection quantities per injection pulse, but does not allow operation of the injector 1 in the Teilhübe are necessary, in which the nozzle needle 5 in the seat throttle area of the nozzle 6 must remain.

Des Weiteren ist der Anmelderin bekannt, durch eine Auswertung des Strom- und Spannungsverlaufs am Piezo-Stapel den Kraftverlauf zu ermitteln und somit eine Rückkopplung für die Regelung der Auslenkung des Piezo-Stapels bereitzustellen. Da aber mittels einer solchen Rückkopplung nur von Einspritzung zu Einspritzung geregelt werden kann, besteht nachteiligerweise keine Möglichkeit, momentane Änderungen des Hubes der Düsennadel, insbesondere verursacht durch Druckschwankungen, beispielsweise bedingt durch reflektierte Wellen im Rail, auszuregeln. Somit ist eine solche Regelung nicht echtzeitfähig realisierbar.Of Furthermore, the Applicant is aware, by an evaluation of the current and voltage curve on the piezo stack to determine the force curve and thus a feedback for the Provide control of the deflection of the piezo stack. Here but by means of such a feedback Only from injection to injection can be regulated disadvantageously no way current changes the stroke of the nozzle needle, in particular caused by pressure fluctuations, for example due to reflected waves in the rail, to correct. Thus is Such a regulation can not be realized in real time.

Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor mit einem Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden Leerhubänderungen bereitzustellen.Therefore It is an object of the present invention to provide an injector a compensation of as a result of a pressure drop of the fuel pressure occurring Leerhubänderungen provide.

Weiter ist es eine Aufgabe, einen Injektor mit einem echtzeitfähigen Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden Leerhubänderungen bereitzustellen.Further It is a job to have an injector with real-time compensation from occurring due to a pressure drop of the fuel pressure Leerhubänderungen provide.

Weiterhin ist es eine Aufgabe, einen direkt angetriebenen Injektor zu schaffen, bei dem vorbestimmte Teilhübe realisiert werden können.Farther it is an object to provide a directly driven injector at the predetermined Teilhübe can be realized.

Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.According to the invention, at least one of these tasks set by an injector with the Merk paint of claim 1 and / or solved by a method for producing an injector with the features of claim 9.

Demnach wird erfindungsgemäß ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse mit einem Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist, in dem angeordnet sind:

– ein Piezo-Aktor, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
– eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
– zumindest eine Lagervorrichtung, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsennadelseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.

Accordingly, according to the invention, an injector for injecting fuel under a predetermined fuel pressure is proposed, which has a housing with a high-pressure region with the fuel under the fuel pressure, in which are arranged:

A piezo actuator which provides a lift by means of a bottom plate for raising and lowering a nozzle needle which opens and closes a nozzle into which the fuel is injected;
- A lever transmission device for transmitting the provided stroke, in particular in an enlarged stroke, which at least one piezoelectric lever, which is coupled to the piezoelectric actuator, and / or at least one nozzle needle side lever which is coupled to the nozzle needle having; and
- At least one bearing device, which supports the piezoseitigen lever and / or the nozzle needle side lever respectively at a bearing point and is adapted to compensate for a relative displacement of the respective bearing point to the bottom plate in consequence of a pressure drop of the fuel pressure at least.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimm ten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:

– Bereitstellen eines Gehäuses, welches einen Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist;
– Anordnen eines Piezo-Aktors in dem Hochdruckbereich, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
– Koppeln einer Hebelübersetzungsvorrichtung mit dem Piezo-Aktor zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen größeren Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
– Anordnen zumindest einer Lagervorrichtung in dem Hochdruckbereich, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsenseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.

Furthermore, a method is proposed for producing an injector for injecting fuel under a predetermined fuel pressure, which comprises the following steps:

- Providing a housing having a high pressure area with the fuel under the fuel pressure;
Arranging a piezo actuator in the high-pressure area, which provides a lift by means of a bottom plate for raising and lowering a nozzle needle, which opens and closes a nozzle into which the fuel is injected;
- Coupling a lever translation device with the piezo actuator for transmitting the provided stroke, in particular in a larger stroke, wherein the lever translation device at least one piezoelectric lever, which is coupled to the piezo-actuator, and / or at least one nozzle needle-side lever, which is coupled to the nozzle needle is, has; and
Arranging at least one bearing device in the high-pressure region, which supports the piezo-side lever and / or the nozzle-side lever in each case at a bearing point and is suitable for at least compensating for a relative displacement of the respective bearing point to the base plate as a result of a pressure drop of the fuel pressure.

Die erfinderische Idee liegt im Wesentlichen darin, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes, auf dem der piezoseitige Hebel oder der düsennadelseitige Hebel gelagert ist, zu der Bodenplatte des Piezo-Stapels infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren, zu kompensieren oder zu überkompensieren. Dadurch wird vorteilhafterweise bei einem Druckabfall des Kraftstoffdruckes sichergestellt, dass die Düsennadel nicht zusätzlich durch den Druckabfall in einer Öffnungsrichtung bewegt wird oder sogar in einer Schließrichtung bewegt wird. Letzteres würde eine Überkompensation des infolge des Druckabfalls auftretenden Anstieges des Leerhubes bewirken. Vorteilhafterweise kann eine solche Überkompensation die Regelbarkeit eines Betriebes des Injektors, der mit Teilhüben arbeitet, unterstützen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen La gervorrichtung besteht darin, dass in Zusammenwirken mit einer exakten Vorgabe der Piezoansteuerung ein definierter Ventilnadelhub erreicht werden kann, nachdem auch ein Druckabfall den Leerhub nicht ändert. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, bei einer entsprechenden Rückkopplung über den Brennraumdruck, das Verbrennungsgeräusch, die Motordrehzahl, das elektrische Verhalten des Piezo-Stapels oder die Abgassensorik über eine Regelschleife von Einspritzung zu Einspritzung des jeweiligen Piezo-Injektors oder Injektors jeweils die injektorspezifisch optimale Piezo-Auslenkung einzuregeln. Bei einem Einspritzsystem mit mehreren Piezo-Aktoren ist es insbesondere bei der Dosierung von kleinen Mengen möglich, bei denen die jeweilige Düsennadel nur einen Teilhub haben soll, also im Sitzdrosselbereich der Düse betrieben werden muss, die Streuung von Injektor zu Injektor bzw. von Piezo-Aktor zu Piezo-Aktor minimieren.The In essence, an inventive idea is a relative shift the respective bearing point on which the piezoseitige lever or the nozzle needle side Lever is mounted, due to the bottom plate of the piezo stack at least compensate for a pressure drop in the fuel pressure to compensate or overcompensate. This is advantageously at a pressure drop in the fuel pressure made sure the nozzle needle not in addition by the pressure drop in an opening direction is moved or even moved in a closing direction. The latter would be overcompensation of the increase in pressure due to the rise of the idle stroke cause. Advantageously, such overcompensation can be controllability operation of the injector working with partial strokes. One Another advantage of La invention device consists in that, in conjunction with an exact specification of the piezo driver a defined valve needle lift can be achieved after, too a pressure drop does not change the idle stroke. Thus, it is advantageous possible, with a corresponding feedback via the Combustion chamber pressure, the combustion noise, the engine speed, the electrical behavior of the piezo stack or the exhaust gas sensor via a Control loop from injection to injection of the respective piezo injector or injector in each case the injector-specific optimal piezo-displacement regulate. In an injection system with multiple piezo actuators, it is particular in the dosage of small amounts possible, where the respective nozzle needle should only have a partial lift, so operated in the seat throttle area of the nozzle must be the scattering of injector to injector or by piezo actuator to minimize piezo actuator.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Piezo-Aktor einen steuerbaren Piezo-Stapel auf, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel in einer Schließrichtung oder in einer Öffnungsrichtung bereitstellt.According to one preferred embodiment of the invention, the piezo actuator has a controllable piezo stack, which in response to a control signal the hub for actuating the nozzle needle in a closing direction or in an opening direction provides.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagervorrichtung derart in den Hochdruckbereich angeordnet, dass sie unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist und/oder einer Kompression des Piezo-Stapels infolge einer Änderung des Kraftstoffdruckes im Wesentlichen folgt oder folgt. Dadurch, dass die Lagervorrichtung unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist, wird auch eine Dehnung oder Stauchung des Gehäuses kein zusätzliches Heben der Düsennadel bei einem Druckabfall bewirken. Ähnlich wird auch eine Kompression des Piezo-Stapels kein zusätzliches Heben der Düsennadel bewirken. Somit sind die üblicherweise auftretenden Leerhubänderungen infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes kompensiert.According to a preferred embodiment of the invention, the bearing device is arranged in the high pressure region such that it is independent of an expansion or compression of the housing and / or substantially follows a compression of the piezoelectric stack due to a change in the fuel pressure or follows. Due to the fact that the bearing device is independent of an expansion or compression of the housing, even an expansion or compression of the housing will not cause any additional lifting of the nozzle needle in the event of a pressure drop. Similarly, compression of the piezo stack will not cause additional lifting of the nozzle needle. Thus, the normally occurring Leerhubänderungen be compensated as a result of a pressure drop of the fuel pressure.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Lagervorrichtung ein erstes Lager, welches den düsennadelseitigen Hebel an einem ersten Lagerpunkt lagert, und ein zweites Lager auf, welches den piezoseitigen Hebel an einem zweiten Lagerpunkt lagert. Vorzugsweise sind das erste Lager und das zweite Lager jeweils als ein Auflager ausgebildet.According to one Another preferred embodiment, the storage device first bearing, which is the nozzle needle side Lever at a first bearing point stores, and a second bearing, which supports the piezoseitigen lever at a second bearing point. Preferably, the first bearing and the second bearing are each as formed a support.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils einen relativ zu einem sich in Querrichtung des Piezo-Stapels erstreckenden Querabschnittes, der den Lagerpunkt aufweist, größeren Längsabschnitt in Längsrichtung des Piezo-Stapels auf. Durch den relativ größeren Längsabschnitt der Lagervorrichtung wird eine Längenänderung der Lagervorrichtung im Wesentlichen einer Längenänderung des Piezo-Stapels infolge eines Druckabfalls folgen. Dazu sind das erste Lager und/oder das zweite Lager vorzugsweise jeweils in einem oberen Bereich des Piezo-Stapels mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils mit einem Kopfbereich des Gehäuses, mit dem der Piezo-Aktor gekoppelt ist, oder mit einer Kopfplatte des Piezo-Aktors mechanisch verbunden.According to one Another preferred embodiment, the first bearing and / or the second bearing each one relative to one in the transverse direction of the piezo stack extending transverse section, the bearing point has, larger longitudinal section longitudinal of the piezo stack. Due to the relatively larger longitudinal portion of the bearing device will be a change in length the bearing device substantially a change in length of the piezo stack due to follow a pressure drop. These are the first camp and / or the second bearing preferably in each case in an upper region of the piezo stack mechanically coupled. In particular, the first bearing and / or the second bearing each with a head portion of the housing, with the piezo actuator is coupled, or with a top plate of the Piezo actuators mechanically connected.

Außerdem wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches wenigstens zwei oben näher erläuterte Injektoren aufweist. Vorzugsweise ist das Einspritzsystem als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet, wobei die Injektoren an ein einzelnes Rail angeschlossen sind.In addition, will an injection system for injecting fuel below a predetermined one Fuel pressure proposed which at least two injectors explained in more detail above having. Preferably, the injection system is considered a common rail injection system formed, wherein the injectors connected to a single rail are.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic figures the drawings specified embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin intern bekannten Injektors; 1 a schematic block diagram of an applicant internally known injector;

2 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors; 2 a schematic block diagram of a first embodiment of the injector according to the invention;

3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors; 3 a schematic block diagram of a second embodiment of the injector according to the invention;

4 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors; 4 a schematic block diagram of a third embodiment of the injector according to the invention;

5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 5 a schematic flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention; and

6 ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors. 6 a schematic block diagram of a fourth embodiment of the injector according to the invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures are the same or functionally identical elements and devices - if nothing else is stated - with the same reference numerals have been provided.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1. 2 shows a schematic block diagram of a first embodiment of the injector according to the invention 1 ,

Der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird mittels einer Zuführvorrichtung 20 in den Hochdruckbereich HD des Gehäuses 2 geleitet. Der Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor 3 auf, der einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitstellt, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Dazu weist der Piezo-Aktor 3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in Abhängigkeit eines Steuersignals, welches mittels der Pins 17 und 18 eingegeben wird, den Hub zum Betätigen der Düsennadel 5 in einer Schließrichtung R1 oder in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.The injector 1 for injecting fuel P at a predetermined fuel pressure has a housing 2 having a high-pressure area HD with the fuel P under the fuel pressure. The fuel is supplied by means of a feeding device 20 in the high-pressure area HD of the housing 2 directed. The injector 1 has a piezo actuator 3 on, the one stroke by means of a bottom plate 4 for lifting and lowering a nozzle needle 5 providing a nozzle 6 opens and closes, in which the fuel P is injected. For this purpose, the piezo actuator 3 a piezo stack 11 on, in response to a control signal, which by means of the pins 17 and 18 is entered, the hub for actuating the nozzle needle 5 in a closing direction R1 or in an opening direction R2.

Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist.The lever translation device 7 has a piezoseitigen lever to translate the provided stroke in an enlarged stroke 8th , with the hydraulic compensator 19 coupled, and a nozzle needle side lever 9 on, with the nozzle needle 5 is coupled.

Der Injektor 1 weist weiterhin ein erstes Lager 10a auf, welches den düsennadelseitigen Hebel 9 an einem ersten Lagerpunkt X1 lagert. Der piezoseitige Hebel 8 ist an einem zweiten Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Das erste Lager 10a hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels 11 erstreckenden Querabschnitts 12a, der den Lagerpunkt X1 aufweist, größeren Längsabschnitt 13a in Längsrichtung R4 des Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das erste Lager 10a in einem oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das erste Lager 10a mit einem Kopfbereich 15 des Gehäuses 2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden. Alternativ kann das erste Lager 10a auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt) des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.The injector 1 also has a first warehouse 10a on which the nozzle needle side lever 9 stored at a first bearing point X1. The piezoseitige lever 8th is at a second bearing point T2 on the housing 2 stored. The first camp 10a has a relative to a transversely R3 of the piezo stack 11 extending cross section 12a having the bearing point X1, larger longitudinal section 13a in the longitudinal direction R4 of the piezo stack 11 , Preferably, the first bearing 10a in an upper area 14 of the piezo stack 11 mechanically coupled. In particular, the first camp 10a with a head area 15 of the housing 2 with which the piezo actuator 3 is coupled, mechanically connected. Alternatively, the first camp 10a also with a top plate (not shown) of the piezo actuator 3 be mechanically connected.

In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 dahingehend, dass der düsennadelseitige Hebel 9 an einem ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert ist und der piezoseitige Hebel 8 auf einem zweiten Lagerpunkt X2 eines eigens vorgesehenen zweiten Lagers 10b gelagert ist. Das zweite Lager 10b hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels 11 erstreckenden Querabschnittes 12b, der den Lagerpunkt X2 aufweist, größeren Längsabschnitt 13b in Längsrichtung R4 des Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das zweite Lager 10b in dem oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das zweite Lager 10b mit dem Kopfbereich 15 des Gehäuses 2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden. Alternativ kann das zweite Lager 10b auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt) des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.In 3 is a schematic block diagram of a second embodiment of the injector according to the invention 1 shown. The second embodiment according to 3 differs from the first embodiment according to 2 in that the nozzle needle side lever 9 at a first bearing point T1 on the housing 2 is stored and the piezoseitige lever 8th on a second bearing point X2 of a specially provided second bearing 10b is stored. The second camp 10b has a relative to a transversely R3 of the piezo stack 11 extending transverse section 12b having the bearing point X2, larger longitudinal section 13b in the longitudinal direction R4 of the piezo stack 11 , Preferably, the second bearing 10b in the upper area 14 of the piezo stack 11 mechanically coupled. In particular, the second camp 10b with the head area 15 of the housing 2 with which the piezo actuator 3 is coupled, mechanically connected. Alternatively, the second camp 10b also with a top plate (not shown) of the piezo actuator 3 be mechanically connected.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1. Der Injektor 1 gemäß 4 weist das erste Lager 10a gemäß 2 zur Lagerung des düsennadelseitigen Hebels 9 und das zweite Lager 10b gemäß 3 zur Lagerung des piezoseitigen Hebels 8 auf. 4 shows a schematic block diagram of a fourth embodiment of the injector according to the invention 1 , The injector 1 according to 4 has the first camp 10a according to 2 for storage of the nozzle needle side lever 9 and the second camp 10b according to 3 for storage of the piezoseitigen lever 8th on.

5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Block schaltbildes in 5 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte a) bis d) auf: 5 shows a schematic flow diagram of a preferred embodiment of the inventive method for producing an injector 1 for injecting fuel P at a predetermined fuel pressure. Hereinafter, the inventive method is based on the block diagram in 5 explained. The process according to the invention has the following process steps a) to d):

Verfahrensschritt a):Process step a):

Es wird ein Gehäuse 2 bereitgestellt, welches einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist.It will be a case 2 provided having a high-pressure area HD with the fuel P under the fuel pressure.

Verfahrensschritt b):Process step b):

Ein Piezo-Aktor 3 wird in dem Hochdruckbereich HD angeordnet. Der Piezo-Aktor 3 ist dazu geeignet, einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitzustellen, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird.A piezo actuator 3 is placed in the high-pressure area HD. The piezo actuator 3 is suitable for lifting by means of a base plate 4 for lifting and lowering a nozzle needle 5 to provide a nozzle 6 opens and closes, in which the fuel P is injected.

Verfahrensschritt c):Process step c):

Der Piezo-Aktor 3 wird mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen größeren Hub gekoppelt. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 hat zumindest einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, und zumindest einen düsennadelseitigen Hebel 9, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist.The piezo actuator 3 is with a lever translation device 7 Coupled to translate the provided hub in a larger hub. The lever translation device 7 has at least one piezoseitigen lever 8th that with the piezo actuator 3 is coupled, and at least one nozzle needle side lever 9 with the nozzle needle 5 is coupled.

Verfahrensschritt d):Process step d):

Zumindest eine Lagervorrichtung 10a, 10b wird in dem Hochdruckbereich HD angeordnet, welche den piezoseitigen Hebel 8 und/oder den düsenseitigen Hebel 9 jeweils an einem Lagerpunkt X1, X2 lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes X1, X2 zu der Bodenplatte 4 infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdrucks zumindest zu kompensieren, zu kompensieren oder zu überkompensieren.At least one storage device 10a . 10b is placed in the high-pressure area HD, which the piezoseitigen lever 8th and / or the nozzle-side lever 9 each stored at a bearing point X1, X2 and is suitable for a relative displacement of the respective bearing point X1, X2 to the bottom plate 4 due to a pressure drop of the fuel pressure at least to compensate, compensate or overcompensate.

In 6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 6 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäßIn 6 is a schematic block diagram of a fourth embodiment of the injector according to the invention 1 shown. The fourth embodiment according to 6 differs from the first embodiment according to

2 dahingehend, dass die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 nur einen Hebel, nämlich den düsenseitigen Hebel 9, aufweist. Mittels der Bodenplatte 4 und des hydraulischen Kompensators 19 wird der Hub des Piezo-Stapels 11 direkt auf den düsennadelseitigen Hebel 9 übertragen. 2 in that the lever translation device 7 only one lever, namely the nozzle-side lever 9 , having. By means of the bottom plate 4 and the hydraulic compensator 19 becomes the stroke of the piezo stack 11 directly on the nozzle needle side lever 9 transfer.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on the preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways and modifiable.

Claims

Injector ( 1 ) for injecting fuel (P) under a predetermined fuel pressure with a housing ( 2 ), which has a high-pressure area (HD) with the fuel (P) below the fuel pressure, in which are arranged: a) a piezo actuator ( 3 ), which a Hub by means of a bottom plate ( 4 ) for raising and lowering a nozzle needle ( 5 ) providing a nozzle ( 6 ) opens and closes, into which the fuel (P) is injected; b) a lever translation device ( 7 ) for transmitting the provided stroke, in particular in an enlarged stroke, which at least one piezoseitigen lever ( 8th ), with the piezo actuator ( 3 ), and / or at least one nozzle needle side lever ( 9 ), which with the nozzle needle ( 5 ) is coupled; and c) at least one storage device ( 10a . 10b ), which the piezoseitigen lever ( 8th ) and / or the nozzle needle side lever ( 9 ) each at a bearing point (X1, X2) superimposed and is adapted to a relative displacement of the respective bearing point (X1, X2) to the bottom plate ( 4 ) due to a pressure drop of the fuel pressure at least compensate.

Injector according to claim 1, characterized in that the piezo actuator ( 3 ) a controllable piezo stack ( 11 ), which in response to a control signal, the stroke for actuating the nozzle needle ( 5 ) in a closing direction (R1) or in an opening direction (R2).

Injector according to claim 2, characterized in that the bearing device ( 10a . 10b ) is arranged in the high-pressure region (HD) such that it is independent of any expansion or compression of the housing (FIG. 2 ) and / or a compression of the piezo stack ( 11 ) substantially follows as a result of a change in the fuel pressure.

Injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bearing device ( 10a . 10b ) a first warehouse ( 10a ), which the nozzle needle side lever ( 9 ) at a first bearing point (X1), and a second bearing ( 10b ), which the piezoseitigen lever ( 8th ) at a second bearing point (X2) stores.

Injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first bearing ( 10a ) and / or the second bearing ( 10b ) each one relative to a transverse direction (R2) of the piezo stack ( 11 ) extending transverse section ( 12a . 12b ), which has the bearing point (X1, X2), larger longitudinal section ( 13a . 13b ) in the longitudinal direction (R4) of the piezo stack ( 11 ) having.

Injector according to claim 5, characterized in that the first bearing ( 10a ) and / or the second bearing ( 10b ) in each case in an upper area ( 14 ) of the piezo stack ( 11 ) is mechanically coupled.

Injector according to claim 5 or 6, characterized in that the first bearing ( 10a ) and / or the second bearing ( 10b ) each with a header ( 15 ) of the housing ( 2 ), with which the piezo actuator ( 3 ), or with a top plate of the piezo actuator ( 3 ) is mechanically connected.

Injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first bearing ( 10a ) and / or the second bearing ( 10b ) is formed in each case as a support.

Method for producing an injector ( 1 ) for injecting fuel (P) under a predetermined fuel pressure, comprising the steps of: a) providing a housing ( 2 ) having a high-pressure area (HD) with the fuel (P) under the fuel pressure; b) arranging a piezo actuator ( 3 ) in the high pressure area (HD), which is a hub by means of a bottom plate ( 4 ) for raising and lowering a nozzle needle ( 5 ) providing a nozzle ( 6 ) opens and closes, into which the fuel (P) is injected; c) coupling a lever translation device ( 7 ) with the piezo actuator ( 3 ) for transmitting the provided stroke, in particular in a larger stroke, wherein the lever translation device ( 7 ) at least one piezo-side lever ( 8th ), with the piezo actuator ( 3 ), and / or at least one nozzle needle side lever ( 9 ), which with the nozzle needle ( 5 ) is coupled; and d) arranging at least one storage device ( 10a . 10b ) in the high pressure area (HD), which the piezoseitigen lever ( 8th ) and / or the nozzle-side lever ( 9 ) each at a bearing point (X1, X2) superimposed and is adapted to a relative displacement of the respective bearing point (X1, X2) to the bottom plate ( 4 ) due to a pressure drop of the fuel pressure at least compensate.

Injection system for injecting fuel (P) under a predetermined fuel pressure, which comprises at least two injectors ( 1 ) according to one or more of claims 1 to 8.

Injection system according to claim 10, characterized in that the injection system is designed as a common-rail injection system, wherein the injectors ( 1 ) are connected to a single rail.