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EP1144846A1 - Kraftstoff-einspritzdüse - Google Patents

Kraftstoff-einspritzdüse

Info

Publication number
EP1144846A1
EP1144846A1 EP00979439A EP00979439A EP1144846A1 EP 1144846 A1 EP1144846 A1 EP 1144846A1 EP 00979439 A EP00979439 A EP 00979439A EP 00979439 A EP00979439 A EP 00979439A EP 1144846 A1 EP1144846 A1 EP 1144846A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
injection nozzle
nozzle needle
piezo actuator
piezo
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.)
Granted
Application number
EP00979439A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1144846B1 (de
Inventor
Katsuoki Itoh
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1144846A1 publication Critical patent/EP1144846A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1144846B1 publication Critical patent/EP1144846B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle with a nozzle body, a nozzle needle which is displaceable in the nozzle body, a piezo actuator which is connected to the nozzle needle, and a compensating piston on which the piezo actuator is supported and which projects into a compensating chamber , which is filled with a fluid, the compensation chamber being connected to a supply volume through an inlet with a small cross-section
  • Such an injection nozzle is known from DE 35 33 085 A1.
  • the compensating piston makes it possible to compensate for a change in length of the piezo actuator that occurs at a low speed. Such a change in length is caused in particular by a change in the temperature. If such a change occurs, this becomes Fluid displaced from the equalizing piston out of the equalizing chamber or sucked into it.
  • a displacement of the fluid present in the equalizing chamber becomes such a high resistance due to the small cross section opposite to the inlet that the compensating piston acts as a rigid abutment.
  • the nozzle needle can then be actuated without the compensating piston influencing the opening of the breath
  • a separate return spring is provided for the nozzle needle.
  • the piezo actuator To open the nozzle needle, it is necessary for the piezo actuator to overcome the force exerted by the return spring, which causes high actuation forces
  • the object of the invention is then to create a fuel injection nozzle which does not require the return spring to be overcome by the piezo actuator
  • a fuel injector of the type mentioned at the outset which has the features of the characterizing part of patent claim 1 has the advantage that the pressure prevailing in the supply volume, which also acts on the compensating piston, acts in a comparable way to a return spring for the nozzle needle, so that a separate, strongly pre-stressed one Return spring can be dispensed with
  • the injection nozzle has a nozzle body 10 in which an inside-opening nozzle needle 12 is slidably arranged.
  • the nozzle needle 12 can open spray holes 14 which are formed in the nozzle body 10 in order to enable the injection of fuel via a supply bore 16 and one Ring channel 18 is provided.
  • the supply bore 16 is supplied by a high-pressure manifold, which is known under the name "Common Rail"
  • the nozzle needle 12 is connected at its end facing away from the spray holes 14 to a piezo actuator 20 which consists of a stack of piezo elements 22 and a holder 24.
  • the piezo elements are prestressed in the holder 24 by an annular spring 26.
  • the piezo Actuator 20 is also provided with supply connections (not shown), by means of which a voltage can be applied to the piezo elements 22
  • a ball 28 is arranged, on which a compensating piston 30 rests.
  • the ball 28 ensures that any tolerances and positional deviations between the compensating piston 30 and the piezo actuator 20 in the radial direction are not from one part is transferred to the other
  • the piston 30 protrudes into a compensation chamber 32, which is connected via an annular gap with the thickness d between the wall of the compensation chamber 32 and the compensation piston 30 to a supply volume 34.
  • the supply volume is under the system pressure P S ⁇ s , which is usually equal to the pressure of the fuel provided
  • a pressure spring 36 is arranged between the nozzle body 10 and a collar of the compensating piston 30 and acts on the compensating piston 30 against the piezo actuator 20.
  • the compression spring 36 thus acts on the compensating piston 30 in the sense of an increase in the volume of the compensating chamber 32
  • the fuel injector described works in the following manner.
  • the compression spring 36 ensures that the nozzle needle 12 is pressed against the nozzle body 10 via the piezo actuator 20, so that the spray holes 14 are closed and none Fuel from the injection nozzle can enter the combustion chamber of an internal combustion engine to be supplied.
  • the injection system is switched on and fuel 16 is ready via is set, which is under system pressure, an opening force is generated on the annular shoulder of the nozzle needle 12 arranged in the annular chamber 18. This acts upward on the nozzle needle 12 with respect to the figure.
  • the opening force is counteracted by the piezo actuator 20 and the compensating piston 30 on the piezo elements 22, a voltage is applied in the compensating state, so that the individual piezo elements axially elongate.
  • the rear end of the piezo actuator 20 is supported by the compensating piston 30 against the fluid which is in the compensating chamber 32 under system pressure
  • the voltage applied to the piezo elements 22 is interrupted.
  • the piezo elements then contract axially, so that the nozzle needle 12 can make an opening stroke of up to 0.25 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Bei einer Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Düsenkörper (10), einer Düsennadel (12), die in dem Düsenkörper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor (20), der mit der Düsennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben (30), an dem sich der Piezo-Aktor abstützt und der in eine Ausgleichskammer (32) hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen (34) durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht, soll ein einfacherer Aufbau erzielt werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass das Versorgungsvolumen (34) mit variablem Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann auf eine separate Rückstellfeder für die Düsennadel verzichtet werden.

Description

Kraftstoff-Einspritzdüse
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Dusenkorper, einer Dusennadel die in dem Dusenkorper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor, der mit der Dusennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben, an dem sich der Piezo-Aktor abstutzt und der in eine Ausgleichskammer hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht
Eine solche Einspritzdüse ist aus der DE 35 33 085 A1 bekannt Der Ausgleichskolben ermöglicht es, eine mit geringer Geschwindigkeit auftretende Langenande- rung des Piezo-Aktors zu kompensieren Eine solche Langenanderung wird insbesondere hervorgerufen durch eine Änderung der Temperatur Wenn eine solche Änderung auftritt, wird das Fluid vom Ausgleichskolben aus der Ausgleichs- kammer verdrangt oder in diese angesaugt Wenn dagegen eine schnelle Langenanderung des Piezo-Aktors auftritt, wie sie zum Offnen der Dusennadel hervorgerufen wird, wird einer Verschiebung des in der Ausgleichskammer vorhandenen Fluids ein so hoher Widerstand aufgrund des geringen Querschnittes des Zulaufs entgegengesetzt, daß der Ausgleichskolben als starres Widerlager wirkt Die Dusennadel kann dann betätigt werden ohne daß der Ausgleichskolben den hervorgerufenen Ofmungshub beeinflußt Bei der bekannten Einspritzdüse, die eine außenoffnende Düse ist, ist eine separate Ruckstellfeder für die Dusennadel vorgesehen Zum Offnen der Dusennadel ist es erforderlich, daß der Piezo-Aktor die von der Rückstellfeder ausgeübte Kraft überwindet, was hohe Betatigungskrafte hervorruft
Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, eine Kraftstoff-Einspritzdüse zu schaffen, die ohne die vom Piezo-Aktor zu überwindende Ruckstellfeder auskommt
Vorteile der Erfindung
Eine Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs genannten Art welche die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist hat den Vorteil daß der im Versorgungsvolumen herrschende Druck der auch auf den Ausgleichskolben einwirkt, vergleichbar einer Ruckstellfeder für die Dusennadel wirkt, so daß auf eine separate, stark vorgespannte Ruckstellfeder verzichtet werden kann
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspru- chen
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform beschrieben, die in der beigefugten einzigen Zeichnung dargestellt ist In dieser ist in einem schematischen Schnitt eine erfindungsgemaße Kraftstoff-Einspritzdüse gezeigt
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Die Einspritzdüse weist einen Dusenkorper 10 auf in welchem eine innenoffnen- de Dusennadel 12 verschiebbar angeordnet ist Die Dusennadel 12 kann Spritzlocher 14, die in dem Dusenkorper 10 ausgebildet sind offnen um das Einspritzen von Kraftstoff zu ermöglichen der über eine Zufuhrbohrung 16 und einen Ringkanal 18 bereitgestellt wird Die Zufuhrbohrung 16 wird von einer Hochdruck- sammelleitung versorgt, die unter der Bezeichnung "Common Rail" bekannt ist
Die Dusennadel 12 ist an ihrem von den Spritzlochern 14 abgewandten Ende mit einem Piezo-Aktor 20 verbunden, der aus einem Stapel von Piezo-Elementen 22 und einem Halter 24 besteht Die Piezo-Elemente werden in dem Halter 24 von einer Ringfeder 26 vorgespannt Der Piezo-Aktor 20 ist ferner mit (nicht dargestellten) Versorgungsanschlussen versehen, mittels denen an die Piezo-Elemente 22 eine Spannung angelegt werden kann
An dem von den Spritzlochern 14 abgewandten Ende des Piezo-Aktors 20 ist eine Kugel 28 angeordnet, an der ein Ausgleichskolben 30 anliegt Die Kugel 28 gewährleistet, daß etwaige Toleranzen und Lageabweichungen zwischen dem Ausgleichskolben 30 und dem Piezo-Aktor 20 in radialer Richtung nicht von einem Teil auf das andere übertragen werden Der Kolben 30 ragt in eine Ausgleichskammer 32 hinein, die über einen Ringspalt mit der Dicke d zwischen der Wand der Ausgleichskammer 32 und dem Ausgleichskolben 30 mit einem Versorgungsvolumen 34 verbunden ist Das Versorgungsvolumen steht unter dem Systemdruck PSγs, der üblicherweise gleich dem Druck des bereitgestellten Kraftstoffs ist
Zwischen dem Dusenkorper 10 und einem Bund des Ausgleichskolbens 30 ist eine Druckfeder 36 angeordnet, die den Ausgleichskolben 30 gegen den Piezo- Aktor 20 beaufschlagt Die Druckfeder 36 wirkt somit auf den Ausgleichskolben 30 im Sinne einer Zunahme des Volumens der Ausgleichskammer 32
Die beschriebene Kraftstoff-Einspritzdüse arbeitet in der folgenden Weise Wenn das der Einspritzdüse zugeordnete Einspritzsystem ausgeschaltet ist gewahrleistet die Druckfeder 36 daß die Dusennadel 12 über den Piezo-Aktor 20 in Anlage an den Dusenkorper 10 gedruckt wird, so daß die Spritzlocher 14 geschlossen sind und kein Kraftstoff aus der Einspritzdüse in den Verbrennuπgsraum einer zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine eintreten kann Wenn dagegen das Einspritzsystem eingeschaltet ist und über die Zufuhrbohrung 16 Kraftstoff bereit- gestellt wird, der unter Systemdruck steht wird an der in der Ringkammer 18 angeordneten Ringschulter der Dusennadel 12 eine Offnungskraft erzeugt Diese beaufschlagt die Dusennadel 12 bezüglich der Figur nach oben Der Offnungskraft entgegen wirken der Piezo-Aktor 20 und der Ausgleichskolben 30 An die Piezo-Elemente 22 wird im Ausgleichszustand eine Spannung angelegt, so daß die einzelnen Piezo-Elemente sich axial verlangern In diesem Zustand stutzt sich das hintere Ende des Piezo-Aktors 20 über den Ausgleichskolben 30 gegen das Fluid ab, das sich in der Ausgleichskammer 32 unter Systemdruck befindet Wenn die Dusennadel 12 geöffnet werden soll, wird die an die Piezo-Elemente 22 ange- legte Spannung unterbrochen Daraufhin ziehen sich die Piezo-Elemente axial zusammen, so daß die Dusennadel 12 einen Offπungshub von bis zu 0,25 mm ausfuhren kann Wahrend dieser Bewegung bleibt der Ausgleichskolben 30 in seiner Stellung, da das in der Ausgleichskammer 32 vorhandene Fluid eine Bewegung des Ausgleichskolbens 30 nicht zulaßt der Ringspalt um den Aus- gleichskolben 30 herum, durch den das Fluid aus dem Versorgungsvolumen 34 nachstromen konnte, ist so klein daß das System für die kurzen Zeiträume, wahrend denen die Dusennadel geöffnet ist, als feststehend angenommen werden kann Wenn die Dusennadel wieder geschlossen werden soll wird an die Piezo- Elemente 22 wieder die Spannung angelegt so daß diese sich in axialer Richtung ausdehnen und die Dusennadel 12 in ihre geschlossene Stellung verschieben
Wenn dagegen wahrend des Betriebs der Einspritzdüse eine Langenanderung der Bauteile der Einspritzdüse auftritt insbesondere des Piezo-Aktors wahrend einer Temperaturanderung, fuhrt dies zu einer entsprechenden Verschiebung des Ausgleichskolbens 30 in der Ausgleichskammer 32, wobei das Fluid durch den Ringspalt mit der Dicke d entweder aus der Ausgleichskammer 32 heraus verdrangt wird oder in diese angesaugt wird

Claims

Patentansprüche
1 Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Dusenkorper (10), einer Dusennadel (12), die in dem Dusenkorper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor (20) der mit der Dusennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben (30), an dem sich der Piezo-Aktor abstutzt und der in eine Ausgleichskammer (32) hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen (34) durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsvolumen (34) mit variablem Druck beaufschlagt wird
2 Einspritzdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich das Versorgungsvolumen (34) auf dem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs befindet
3 Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß das Versorgungsvolumen (34) mit Kraftstoff gefüllt ist
4 Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (36) vorgesehen ist, die an dem Piezo-Aktor (20) angreift und die Dusennadel (12) in ihre geschlossene Stellung beaufschlagt
5 Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß eine Kugel (28) zwischen dem Ausgleichskolben und dem Piezo- Aktor angeordnet ist, die einen Toleranzausgleich zwischen dem Ausgleichskolben und dem Piezo-Aktor ermöglicht
EP00979439A 1999-11-08 2000-10-20 Kraftstoff-einspritzdüse Expired - Lifetime EP1144846B1 (de)

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DE19953562A DE19953562A1 (de) 1999-11-08 1999-11-08 Kraftstoff-Einspritzdüse
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