Stand der TechnikState of the art
Es
ist bekannt, Piezoelemente zum Antrieb mechanischer oder hydraulischer
Steuerglieder und Ventile einzusetzen. Insbesondere zum Antrieb
von Kraftstoffinjektoren, die der Einspritzung von Kraftstoff bei
direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen dienen, finden
Piezoaktoren zunehmend Verwendung. Hierzu betätigt der Piezoaktor häufig ein
hydraulisches Servoventil zur Vorsteuerung des eigentlichen Einspritzventiles.
Nachteil der Verwendung des Piezoaktors als Antriebselement für hydraulische
Steuerglieder und Ventile ist der geringe Hub eines einzelnen Piezo-Kristalls.
Durch Reihenschaltung einer höheren
Anzahl von Piezo-Elementen lässt
sich dies zwar ausgleichen, jedoch steigen dadurch wiederum Bauraumbedarf
und Komplexität des
Piezoaktors.It
is known piezoelectric elements for driving mechanical or hydraulic
Use control links and valves. In particular to the drive
of fuel injectors that contribute to the injection of fuel
serve direct injection internal combustion engines, find
Piezoelectric actuators are increasingly being used. To do this, the piezo actuator often activates
Hydraulic servo valve for pilot control of the actual injection valve.
Disadvantage of using the piezoelectric actuator as a drive element for hydraulic
Control links and valves is the small stroke of a single piezoelectric crystal.
By series connection of a higher
Number of piezo elements leaves
Although this offset, but in turn increase space requirements
and complexity of
Piezoelectric actuator.
Aus EP 1 612 403 A1 ist
ein Servoventil zur Steuerung eines Kraftstoffinjektors für eine Verbrennungskraftmaschine
bekannt. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein äußeres Gehäuse, welches eine Düse enthält, über die
Kraftstoff in einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt
wird. Innerhalb des Gehäuses
befindet sich ein Ventilelement, welches in axialer Richtung verschiebbar
ist und das die Bewegung des Einspritzventilgliedes steuert. Im
Gehäuse
ist des Weiteren ein Servoventil aufgenommen. Dem Servoventil ist
ein Betätigungselement
in Form eines Magnetventils oder eines Piezoaktors zugeordnet. Der
Kraftstoffinjektor umfasst des Weiteren einen Steuerraum, der mit
einem Kraftstoffeinlass und mit einem Kraftstoffauslass in Verbindung
steht, wobei der Kraftstoffauslass einen kalibrierten Abschnitt
aufweist und der Druck im Steuerraum die axiale Bewegung des Einspritzventils
steuert. An einem Ankerbolzen des Magnetventils ist ein hülsenförmiges Bauteil
(Shutter) aufgenommen, welches in Längsrichtung durch das Magnetventil
oder den Piezoaktor bewegbar ist. Die Bewegung verläuft zwischen
einer vollständig
geschlossenen Position, in welcher der Kraftstoffauslass verschlossen
ist, und einer vollständig
geöffneten
Position, in welcher der Kraftstoffauslass offen steht, so dass
der Druck innerhalb des Steuerraumes derart geändert werden kann, dass die
Düse des
Kraftstoffinjektors verschlossen oder geöffnet werden kann.Out EP 1 612 403 A1 For example, a servo valve for controlling a fuel injector for an internal combustion engine is known. The fuel injector includes an outer housing containing a nozzle via which fuel is injected into a cylinder of the internal combustion engine. Within the housing is a valve element which is displaceable in the axial direction and which controls the movement of the injection valve member. In addition, a servo valve is accommodated in the housing. The servo valve is associated with an actuating element in the form of a solenoid valve or a piezoelectric actuator. The fuel injector further includes a control chamber communicating with a fuel inlet and with a fuel outlet, the fuel outlet having a calibrated portion, and the pressure in the control chamber controlling the axial movement of the injector. On an anchor bolt of the solenoid valve, a sleeve-shaped component (shutter) is received, which is movable in the longitudinal direction by the solenoid valve or the piezoelectric actuator. The movement extends between a fully closed position in which the fuel outlet is closed and a fully open position in which the fuel outlet is open, so that the pressure within the control chamber can be changed such that the nozzle of the fuel injector are closed or opened can.
Das
Servoventil der Steuerung des Kraftstoffinjektors umfasst des Weiteren
einen Ankerbolzen, der in Bezug auf das Gehäuse in einer stationären Position
angeordnet ist. Bei dem aus EP
1 612 403 A1 bekannten Kraftstoffinjektor mündet der
Kraftstoffauslass in einer äußeren Oberfläche des
feststehenden Ankerbolzen. Das hülsenförmige, den
stationären
Ankerbolzen umschließende
Bauteil (Shutter) ist derart ausgebildet, dass es sich an einer
seitlichen Oberfläche
verschiebbar und eine Abdichtwirkung erzeugend bewegen lässt. In
einer vollständig
geschlossenen Position wird durch das hülsenförmige Bauteil der Kraftstoffauslass
verschlossen, so dass eine resultierende Axialkraft, hervorgerufen
durch den Kraftstoffdruck, den Wert 0 annimmt.The servo valve of the control of the fuel injector further comprises an anchor bolt which is disposed in a stationary position with respect to the housing. At the EP 1 612 403 A1 known fuel injector opens the fuel outlet in an outer surface of the fixed anchor bolt. The sleeve-shaped, the stationary anchor bolt enclosing member (shutter) is designed such that it can be displaced on a lateral surface and generating a sealing effect generating. In a fully closed position, the fuel outlet is closed by the sleeve-shaped component, so that a resulting axial force, caused by the fuel pressure, assumes the value 0.
Anstelle
des Magnetventils lässt
sich der aus EP 1 612
403 A1 bekannte Kraftstoffinjektor auch mittels eines relativ
groß bauenden
Piezoaktor-Elementes betätigen.Instead of the solenoid valve can be off EP 1 612 403 A1 known fuel injector also operate by means of a relatively large-scale piezoelectric actuator element.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein
Kraftstoffinjektor vorgeschlagen, der mittels eines Piezoaktors
betätigbar
ist, der unter Zwischenschaltung eines Druckübersetzers zur Erhöhung der
Bewegung des Piezoaktors ein sehr klein bauendes Servoventil betätigt.According to the invention is a
Fuel injector proposed by means of a piezoelectric actuator
actuated
is, with the interposition of a pressure booster to increase the
Movement of the piezo actuator operates a very small servo valve.
Bevorzugt
wird das über
den Druckübersetzer,
der dem Piezoaktor zur Erhöhung
von dessen Hubbewegung nachgeordnet ist, betätigte Servosteuerventil kraftausgeglichen
ausgeführt.
Bei Verwendung eines Druckübersetzers
zur Übersetzung der
Hubbewegung des Piezoaktors, der eine Anzahl von übereinander
in Stapelform geschichteten Piezo-Elementen aufweist, kann die zum Antrieb
des Servoventils aufgebrachte Kraft entsprechend des Übersetzungsverhältnisses,
welches am Druckübersetzer
realisiert ist, reduziert werden. Die geometrische Ausführung des
Servoventils stellt dabei sicher, dass bei Betätigung des Servoventiles keine
statischen und symmetrisch anstehenden hydraulischen Drücke, d.
h. Kräfte
entgegen stehen, damit die Betätigung
des Servoventils mit geringen Kräften
möglich ist.Prefers
will that over
the pressure intensifier,
the to the piezoelectric actuator to increase
is arranged downstream of the lifting movement, actuated servo control valve force balanced
executed.
When using a pressure booster
to the translation of
Stroke movement of the piezoelectric actuator, a number of one above the other
has stacked piezo elements, which can be used to drive
the servo valve applied force according to the transmission ratio,
which at the pressure intensifier
realized is to be reduced. The geometric design of the
Servo valve ensures that when operating the servo valve no
static and symmetrical hydraulic pressures, d.
H. personnel
stand against, thus the operation
of the servo valve with low forces
is possible.
Bei
einem kraftausgeglichenen Servoventil sind die auf dieses wirkenden
hydraulischen Kräfte
in dessen Ruhezustand ausgeglichen. Daher kann ein Piezoaktor, der
ein Ventilglied eines kraftausgeglichenen Ventils, insbesondere
eines Servoventils, aus einer seiner Ruhelagen bewegt, sehr kurz
bauen, was die zur Betätigung
bei kraftausgeglichenen Ventilen erforderlichen Kräfte drastisch
reduziert.at
a force balanced servo valve are acting on this
hydraulic forces
balanced in its resting state. Therefore, a piezoelectric actuator, the
a valve member of a force-balanced valve, in particular
a servo valve, moved from one of its rest positions, very short
build what the actuation
forces required with force balanced valves drastically
reduced.
Zeichnung:Drawing:
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based
In the drawings, the invention will be described below in more detail.
Die
einzige Figur zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektor, der mittels eines Piezoaktors betätigt wird, welcher
auf ein Ventilglied eines Servosteuerventiles unter Zwischenschaltung
eines hydraulischen Druckübersetzers
wirkt.The
single figure shows a section through the invention proposed
Fuel injector, which is actuated by means of a piezoelectric actuator, which
to a valve member of a servo control valve with interposition
a hydraulic pressure booster
acts.
Ausführungsvarianten:Models:
Der
Darstellung gemäß 1 ist
in Schnittdarstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor
zu entnehmen, der mittels eines Piezoaktors in Stapelbauweise betätigt wird,
der unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Druckübersetzers
auf ein bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildetes Servosteuerventil
wirkt.The representation according to 1 is to take in a sectional view of the invention proposed fuel injector, which is actuated by means of a piezoelectric actuator in stack construction, which acts with the interposition of a hydraulic pressure booster on a preferably force-balanced trained servo control valve.
Der
Darstellung gemäß 1 ist
zu entnehmen, dass ein erfindungsgemäß vorgeschlagener Kraftstoffinjektor 5 mittels
eines im Injektorkörper 27 untergebrachten
Piezoaktors 20 betätigt
wird. Der Piezoaktor 20 ist in Stapelform aus einer Anzahl übereinandergeschichteter
Piezo-Elemente 21 aufgebaut, die von einem Vorspannelement 22,
welches zum Beispiel in Gestalt einer Rohrfeder ausgebildet sein
kann, vorgespannt wird. Am oberen und unteren Ende weist der in
Stapelform ausgebildete Piezoaktor 20 jeweils eine Endplatte 23 auf.
Eine der Endplatten ist von elektrischen Kontaktierungen 24 beziehungsweise 25 durchzogen, über welche
der Stapel aus Piezo-Elementen 21 mit einer Spannung beaufschlagt
werden kann. Der Piezoaktor 20 ist mitsamt seiner Endplatten 23 und
dem Vorspannelement 22 in einem Aktorraum 26 innerhalb
des Injektorkörpers 27 des
Kraftstoffinjektors 5 aufgenommen, in welchem ein Systemdruck
psys wirkt. Mit Systemdruck wird nachfolgend
der Druck verstanden, mit welchem der Kraftstoffinjektor 5 gemäß der Zeichnung über einen
Hochdruckzulauf 38 beaufschlagt wird. Der Hochdruckzulauf 38 seinerseits
steht mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckspeicherraum
(Common-Rail) in Verbindung, in welchem über ein Hochdruckförderaggregat,
wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe, ein Systemdruck psys in
der Größenordnung
von mehr als 1.600 bar aufrecht erhalten wird und mit dem der Kraftstoffinjektor 5 beaufschlagt ist.The representation according to 1 It can be seen that a fuel injector proposed according to the invention 5 by means of a in the injector body 27 accommodated piezoelectric actuator 20 is pressed. The piezo actuator 20 is in stack form of a number of stacked piezo elements 21 constructed by a biasing element 22 , which may be formed, for example, in the form of a tube spring, is biased. At the top and bottom of the trained piezoelectric actuator in stack form 20 one end plate each 23 on. One of the end plates is made of electrical contacts 24 respectively 25 crossed over which the stack of piezo elements 21 can be applied with a voltage. The piezo actuator 20 is complete with its end plates 23 and the biasing element 22 in an actuator room 26 within the injector body 27 of the fuel injector 5 recorded, in which a system pressure p sys acts. System pressure is understood below to mean the pressure with which the fuel injector 5 according to the drawing via a high-pressure inlet 38 is charged. The high pressure inlet 38 in turn communicates with a high-pressure accumulator (common rail) not shown in the drawing, in which a system pressure p sys on the order of more than 1,600 bar is maintained via a high-pressure delivery unit, such as a high-pressure pump, and with the fuel injector 5 is charged.
Darüber hinaus
umfasst der Injektorkörper 27 des
in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 5 ein
Servoventil 30. Das Servoventil 30 umfasst einen
Steuerschieber 31, der bevorzugt kolbenförmig ausgebildet
ist. Der Steuerschieber 31 des bevorzugt kraftausgeglichen
ausgebildeten Servoventiles 30 wird mittels eines Verdränger kolbens 12 eines
hydraulischen Übersetzers 10 betätigt. Der
hydraulische Übersetzer 10 umfasst
einen Übersetzerraum 11,
auf welchem der Verdrängerkolben 12 des
hydraulischen Übersetzers 10 einwirkt.
Der Verdrängerkolben 12 umfasst
einen Hohlraum, in dem ein Federelement 32 aufgenommen
ist, welches eine obere Stirnseite des Steuerschiebers 31 des
kraftausgeglichenen Servoventiles 30 beaufschlagt. Der
Hohlraum innerhalb des Verdrängerkolbens 12 des
hydraulischen Übersetzers 10 steht über einer Öffnung mit
dem Aktorraum 26, in dem der Piezoaktor 20 innerhalb
des Injektorkörpers 27 untergebracht
ist, hydraulisch in Verbindung. Demzufolge herrscht auch im Hohlraum
innerhalb des Verdrängerkolbens 12 Systemdruck
psys.In addition, the injector body includes 27 of the fuel injector according to the invention shown in the drawing 5 a servo valve 30 , The servo valve 30 includes a spool 31 , which is preferably formed piston-shaped. The spool 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 is piston by means of a displacer 12 a hydraulic translator 10 actuated. The hydraulic translator 10 includes a translator room 11 on which the displacer 12 of the hydraulic translator 10 acts. The displacer 12 includes a cavity in which a spring element 32 is received, which is an upper end face of the spool 31 of the force balanced servo valve 30 applied. The cavity inside the displacer 12 of the hydraulic translator 10 is above an opening with the actuator room 26 in which the piezoelectric actuator 20 within the injector body 27 is housed, hydraulically connected. Consequently, there is also in the cavity within the displacer 12 System pressure p sys .
Der
bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildete Steuerschieber 31 des
kraftausgeglichenen Servoventiles 30 wird über das
im Hohlraum des Verdrängerkolbens 12 aufgenommene
Federelement 32 in einen Ventilsitz 33 gedrückt. Der
Ventilsitz 33 ist im Injektorkörper 27 des Kraftstoffinjektors 5 ausgeführt. Der
Steuerschieber 31 weist einen Sitzdurchmesser im Bereich
des Ventilsitzes 33 auf, welcher dem Führungsdurchmesser des bevorzugt
kolbenförmig
ausgebildeten Steuerschiebers 31 im Injektorkörper 27 entspricht,
so dass der Steuerschieber 31 kraftausgeglichen ist.The preferred force-balanced trained spool 31 of the force balanced servo valve 30 is about that in the cavity of the displacer 12 recorded spring element 32 in a valve seat 33 pressed. The valve seat 33 is in the injector body 27 of the fuel injector 5 executed. The spool 31 has a seat diameter in the region of the valve seat 33 on which the guide diameter of the preferred piston-shaped spool 31 in the injector body 27 corresponds, so the spool 31 balanced force.
Unterhalb
des Ventilsitzes 33 des kraftausgeglichenen Servoventiles 30 im
Injektorkörper 27 zweigt
eine mit Bezugszeichen 34 bezeichnete Rücklaufleitung 34 ab.
Die Rücklaufleitung 34 steht
mit einer zum Beispiel als Querbohrung ausgebildeten Ablaufbohrung 54 in
Verbindung. Die Ablaufbohrung 54, welchen den kraftausgeglichenen
ausgebildeten Steuerschieber 31 in Querrichtung durchzieht,
ermöglicht
ein Abströmen
an Steuermengen in die Rücklaufleitung 34,
wenn das Servoventil 30 geöffnet wird.Below the valve seat 33 of the force balanced servo valve 30 in the injector body 27 branches one with reference numerals 34 designated return line 34 from. The return line 34 is with a trained example as a transverse bore drain hole 54 in connection. The drain hole 54 , which the force-balanced trained spool 31 traverses in the transverse direction, allows an outflow of control amounts in the return line 34 when the servo valve 30 is opened.
Dem
kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventil 30 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 5 ist
darüber
hinaus die erste Zulaufdrossel 36 zugeordnet, welche vom
Hochdruckzulauf 38 abzweigt. Die erste Zulaufdrossel 36 mündet in
einem mit Bezugszeichen 53 bezeichneten Ventilraum, der
sich oberhalb des Ventilsitzes 33 im Injektorkörper 27 erstreckt.The force-balanced trained servo valve 30 the inventively proposed fuel injector 5 is also the first inlet throttle 36 assigned, which from the high-pressure inlet 38 branches. The first inlet throttle 36 opens in a with reference number 53 designated valve space, which is located above the valve seat 33 in the injector body 27 extends.
Im
Ventilraum 53 innerhalb des Injektorkörpers 27 mündet des
Weiteren eine Verbindungsleitung 39. Die Verbindungsleitung 39 ihrerseits
umfasst eine zum Beispiel als Einpressteil ausgebildete Ablaufdrossel 35.
Die Ablaufdrossel 35, die in der Verbindungsleitung 39 aufgenommen
ist, wird bei Druckentlastung eines Steuerraumes 41, der
in einem Düsenkörper 50 ausgebildet
ist, wirksam.In the valve room 53 within the injector body 27 Furthermore, a connection line opens 39 , The connection line 39 In turn, for example, comprises an outlet throttle designed as an injection-molded part 35 , The outlet throttle 35 that in the connection line 39 is absorbed, is at pressure relief of a control room 41 in a nozzle body 50 is formed, effective.
Der
Steuerraum 41, der im Düsenkörper 50 des
Kraftstoffinjektors 5 ausgebildet ist, wird über eine
zweite Zulaufdrossel 37 befüllt. Die zweite Zulaufdrossel 37 ist
in einer den Steuerraum 41 begrenzenden Steuerhülse 42 ausgebildet
und wird über
den den Injektorkörper 27 durchziehenden,
mit dem Hochdruckspeicherraum in Verbindung stehenden Hochdruckzulauf 38 ebenfalls
mit Systemdruck psys beaufschlagt.The control room 41 in the nozzle body 50 of the fuel injector 5 is formed, is via a second inlet throttle 37 filled. The second inlet throttle 37 is in a the control room 41 limiting control sleeve 42 is formed and is over the the injector body 27 passing, associated with the high-pressure accumulator high-pressure inlet 38 also subjected to system pressure p sys .
Am
bevorzugt nadelförmig
ausgebildeten Einspritzventilglied 44 ist ein Bund ausgebildet.
An diesem Bund stützt
sich eine Düsenfeder 43 ab,
die ihrerseits eine untere Stirnfläche der Steuerungshülse 42 beaufschlagt
und diese mit einer Beißkante
an eine plan ausgebildete Stirnseite des Injektorkörpers 27 des
Kraftstoffinjektors 5 anstellt.At preferably needle-shaped injection valve member 44 is a covenant trained. A nozzle spring is supported on this collar 43 off, the in turn, a lower end face of the control sleeve 42 acted upon and these with a biting edge to a plan-shaped end face of the injector body 27 of the fuel injector 5 hires.
Unterhalb
des Bundes am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 44 verläuft mindestens
ein Anschliff 48 oder eine Freifläche, über welche vom Düsenraum 40 aus unter
Systemdruck psys stehender Kraftstoff einem Ringraum 47 zuströmt. Der
Ringraum 47 ist einerseits vom Außenumfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten
Einspitzventilgliedes 44 und andererseits von der Innenseite
des Düsenkörpers 50 begrenzt.Below the collar on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 44 At least one polished section runs 48 or an open space over which from the nozzle space 40 from under system pressure p sys standing fuel an annulus 47 flows in. The annulus 47 is on the one hand from the outer periphery of the preferably needle-shaped Einspitzventilgliedes 44 and on the other hand from the inside of the nozzle body 50 limited.
Bei
in seinen Dichtsitz 45 gestellten, bevorzugt nadelförmig ausgebildeten
Einspritzventilglied 44 ist mindestens eine am brennraumseitigen
Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete
Einspritzöffnung 46 verschlossen.In his tight seat 45 Asked, preferably needle-shaped injection valve member 44 is at least one at the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 locked.
Der
Vollständigkeit
halber sei erwähnt,
dass der Düsenkörper 50,
in dem das bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied 44 beweglich geführt aufgenommen
ist, mit dem Injektorkörper 27 über eine
Spannmutter 49 oder dergleichen im Wege einer Schraubverbindung 51 druckdicht
verbunden ist.For completeness, it should be mentioned that the nozzle body 50 in which the preferably needle-shaped injection valve member 44 movably guided, with the injector body 27 over a clamping nut 49 or the like by way of a screw connection 51 pressure-tight connected.
Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 5 können unter
Zwischenschaltung des hydraulischen Übersetzers 10 die
geringen Hubwege des Piezoaktors 20 auf die zur Betätigung des bevorzugt
kraftausgeglichenen Servoventiles 30 erforderlichen Stellwege
vergrößert werden.
Zur Reduzierung der Betätigungskräfte des
Steuerschiebers 31 des bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventiles 30 wird
dieses vorzugsweise derart ausgelegt, dass die auf den Steuerschieber 31 wirkenden
hydrostatischen Kräfte
ausgeglichen sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser des
Ventilsitzes 33 dem Führungsdurchmesser
des bevorzugt kolbenförmig
ausgebildeten Steuerschiebers 31 innerhalb des Injektorkörpers 27 entspricht.With the inventively proposed fuel injector 5 can with the interposition of the hydraulic translator 10 the short strokes of the piezoelectric actuator 20 on the actuation of the preferred force-balanced servo valve 30 required travel distances are increased. To reduce the actuating forces of the spool valve 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 this is preferably designed so that the on the spool 31 acting hydrostatic forces are balanced. This is achieved by the diameter of the valve seat 33 the guide diameter of the preferred piston-shaped spool 31 within the injector body 27 equivalent.
Die
Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 5 stellt sich wie folgt dar:
Zum Öffnen des
bevorzugt nadelförmig
ausgebildeten Einspitzventilgliedes 44 wird der Piezoaktor 20 mit
einer Spannung beaufschlagt, so dass sich die Piezo-Elemente 21 in
der Längsrichtung,
d. h. parallel zur Symmetrieachse des Kraftstoffinjektors 5,
längen.
Dadurch wird der Verdrängerkolben 12,
auf dem eine der Endplatten 23 des Piezoaktors 20 ruht,
in den Übersetzerraum 11 geschoben.
Dort verdrängt er
hydraulische Flüssigkeit
und hebt den bevorzugt kolbenförmig
ausgebildeten Steuerschieber 31 des bevorzugt kraftausgeglichen
ausgebildeten Servoventiles 30 entgegen der Kraftwirkung
des Federelements 32 aus seinem Ventilsitz 33.The mode of operation of the inventively proposed fuel injector 5 Is as follows:
For opening the preferably needle-shaped Einspitzventilgliedes 44 becomes the piezoelectric actuator 20 subjected to a voltage, so that the piezo elements 21 in the longitudinal direction, ie parallel to the axis of symmetry of the fuel injector 5 , length. This will make the displacer 12 on which one of the end plates 23 of the piezo actuator 20 rest, in the interpreter room 11 pushed. There he displaces hydraulic fluid and raises the preferred piston-shaped spool 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 against the force of the spring element 32 from his valve seat 33 ,
Dadurch
gibt das kraftausgeglichen ausgebildete Servoventil 30 über den
nun geöffneten
Ventilsitz 33 einen Abströmquerschnitt zur drucklos ausgebildeten
Rücklaufleitung 34 frei.
Aufgrund dieses Umstandes sinkt auch der Druck in der Verbindungsleitung 39,
welche die Ablaufdrossel 35 aufnimmt. Das Absinken des
Druckes in der Verbindungsleitung 39 führt zu einem Absinken des Druckes
im Steuerraum 41. Aufgrund des Absinkens des Druckes im Steuerraum 41 unterhalb
des Systemdruckniveaus fährt
das bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied 44 aus seinem Dichtsitz 45 auf
und gibt mindestens eine, am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete
Einspritzöffnung 46 frei.
Im Düsenraum 40 anstehender,
unter Systemdruck psys stehender Kraftstoff
strömt über den mindestens
einen am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 44 ausgebildeten
Anschliff 48 in den Ringraum 47 und von dort über den
geöffneten
Dichtsitz 45, der mindestens einen, am brennraumseitigen
Ende des Kraftstoffinjektors 5 ausgebildeten Einspritzöffnung 46 zu.This gives the force-balanced trained servo valve 30 over the now open valve seat 33 an outflow cross section to the depressurized return line 34 free. Due to this circumstance, the pressure in the connecting line also drops 39 , which the drain throttle 35 receives. The drop in pressure in the connecting line 39 leads to a drop in pressure in the control room 41 , Due to the drop in pressure in the control room 41 below the system pressure level moves the preferably needle-shaped injection valve member 44 from his seal seat 45 on and gives at least one, the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 free. In the nozzle room 40 upcoming, under system pressure p sys standing fuel flows over the at least one on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 44 trained polished section 48 in the annulus 47 and from there over the open sealing seat 45 at least one, at the combustion chamber end of the fuel injector 5 trained injection port 46 to.
Beim
Schließen
der mindestens einen, am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 5 ausgebildeten
Einspritzöffnung 46 wird
die Bestromung des Piezoaktors 20 über die beiden elektrischen
Kontaktierungen 24 und 25 aufgehoben. Demzufolge
wird die Längung
des Piezoaktors in Hubrichtung des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten
Einspritzventilgliedes 44 gesehen aufgehoben, so dass der
Verdrängerkolben 12 aufgrund
der Wirkung des Federelements 32 aus dem Übersetzerraum 11 ausfährt. Dadurch
sinkt in diesem der hydraulische Druck, welcher am bevorzugt kolbenförmig und
kraftausgeglichen ausgebildeten Steuerschieber 31 des Servoventiles 30 gegen
die Kraft des Federelements 32 wirkt. Der Steuerschieber 31 wird
demzufolge von dem vom Verdrängerkolben 12 umschlossenen
Federelement 32 in den Ventilsitz 33 gedrückt, so
dass der zwischen Ventilraum 53 und Wand des Injektorkörpers 27 gebildete
Abströmquerschnitt
in die drucklose Rücklaufleitung 34 verschlossen
wird.When closing the at least one, at the combustion chamber end of the fuel injector 5 trained injection port 46 is the energization of the piezoelectric actuator 20 over the two electrical contacts 24 and 25 canceled. Accordingly, the elongation of the piezoelectric actuator in the stroke direction of the preferably needle-shaped injection valve member 44 Seen lifted, so that the displacer 12 due to the action of the spring element 32 from the translation room 11 extending. As a result, the hydraulic pressure which is formed on the preferably piston-shaped and force-balanced spool decreases in this 31 of the servo valve 30 against the force of the spring element 32 acts. The spool 31 is therefore from that of the displacer 12 enclosed spring element 32 in the valve seat 33 pressed so that the between valve space 53 and wall of the injector body 27 formed outflow cross section in the non-pressurized return line 34 is closed.
Da
der Ventilraum 53 des kraftausgeglichen ausgeführten Servoventiles 30 über die
erste Zulaufdrossel 36, die vom Hochdruckzulauf 38 abzweigt, mit
unter Systemdruck psys stehendem Kraftstoff
beaufschlagt wird, steigt der Druck im Ventilraum 53 an, so
dass demzufolge auch der Druck in der Verbindungsleitung 39 ansteigt.
In diesem Falle wird die Abströmdrossel 35 in
rückwärtige Richtung
durchströmt,
d. h. es erfolgt ein Druckaufbau im Steuerraum 41 sowohl über die
in rückwärtige Richtung durchströmte Verbindungsleitung 39 als
auch über die
in der Steuerraumhülse 42 ausgebildete
Zulaufdrossel 37, die ihrerseits mit dem Hochdruckzulauf 38 in
Verbindung steht.As the valve room 53 the force balanced executed Servovalent 30 over the first inlet throttle 36 that from the high pressure inlet 38 branches off, with pressurized fuel under system pressure p sys , the pressure in the valve chamber increases 53 so that consequently also the pressure in the connecting line 39 increases. In this case, the outflow throttle 35 flows through in the rearward direction, ie there is a pressure build-up in the control room 41 both via the flowed through in the rear direction connecting line 39 as well as over in the control chamber sleeve 42 trained inlet throttle 37 , in turn, with the high pressure feed 38 communicates.
Steigt
der Druck im Steuerraum 41 an, wird das bevorzugt nadelförmig ausgebildete
Einspritzventilglied 44 wieder in den Dichtsitz 45 gefahren,
so dass die mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete
Einspritzöffnung 46 geschlossen
wird. Aufgrund der Kraftausgeglichenheit des Steuerschiebers 31 des
Kraftstoffinjektors 10 kann auch der dieses betätigende
Piezoaktor 20 sehr kurz sein. Dessen Hubbewegung wird in
vorteilhafter Weise durch den ebenfalls sehr kompakt bauenden hydraulischen Übersetzer 10 vergrößert. Entsprechend
des realisierten Übersetzungsverhältnisses
am hydraulischen Übersetzer 10 werden
die vom Piezoaktor 20 aufzubringenden Kräfte verringert.
Weiterhin günstig
wirkt sich aus, dass aufgrund der Druckausgeglichenheit des bevorzugt
kolbenförmig
ausgebildeten Steuerschiebers 31 die Wirkung unterschiedlicher
hydrostatischer Kräfte
nicht mehr zu berücksichtigen
ist, sondern lediglich nur noch dynamische Kräfte zu überwinden sind, die bei der
Dimensionierung des Piezoaktors 20 des Kraftstoffinjektors 5 zu
berücksichtigen
sind.If the pressure in the control room increases 41 on, is the preferred needle-shaped injection valve member 44 back in the tight seat 45 drove, so that the at least one at the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 is closed. Due to the force balance of the spool valve 31 of the fuel injector 10 can also be this actuated piezoelectric actuator 20 be very short. Its lifting movement is advantageously by the also very compact hydraulic translator 10 increased. According to the realized gear ratio at the hydraulic translator 10 become the piezoelectric actuator 20 reduced applied forces. Another favorable effect that due to the pressure balance of the preferred piston-shaped control slide 31 the effect of different hydrostatic forces is no longer to be considered, but only dynamic forces are to be overcome in the dimensioning of the piezoelectric actuator 20 of the fuel injector 5 to take into account.