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WO2000052322A1 - Actuator for a fuel injector - Google Patents

Actuator for a fuel injector Download PDF

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Publication number
WO2000052322A1
WO2000052322A1 PCT/DE2000/000629 DE0000629W WO0052322A1 WO 2000052322 A1 WO2000052322 A1 WO 2000052322A1 DE 0000629 W DE0000629 W DE 0000629W WO 0052322 A1 WO0052322 A1 WO 0052322A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
transmission element
nozzle needle
deflection
fuel
Prior art date
Application number
PCT/DE2000/000629
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wendelin KLÜGL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP00920356A priority Critical patent/EP1159526B1/en
Priority to DE50010351T priority patent/DE50010351D1/en
Publication of WO2000052322A1 publication Critical patent/WO2000052322A1/en

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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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F02M63/0036—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat with spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/701—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical

Definitions

  • the invention oetr fft an actuator for one
  • a solcner actuator is known from US-4 101 076.
  • US Pat. No. 4,101,076 describes a fuel projector which has a piezoelectric actuator, or which uses a mechanical transmission element to generate a nozzle needle in the fuel. e gate controlled.
  • the transmission element has two lever arms of different lengths, which are connected to each other at various angles, the transmission element being supported on the housing of the fuel projector in this heating region.
  • the shorter arm of the transmission element rests on the piezoelectric actuator, with a return spring supported on the housing of the fuel projector ensuring constant contact.
  • the longer lever arm ⁇ es transmission element is in connection with the back of the nozzle needle, wherein a return spring arranged around the nozzle needle holds the nozzle needle on the lever arm.
  • the transmission element When the piezoelectric actuator is deflected, the transmission element is rotated around a thrust point at its winding area lying on the housing of the fuel projector, so that the longer lever arm is moved away from the top of the back of the nozzle needle. At the same time, however, the force of the return spring guides the nozzle needle, which opens the fuel injector and fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine. Due to the lever arms of the transmission element of different lengths, the deflection of the piezoelectric actuator is also implemented as a larger deflection of the nozzle needle.
  • the actuator according to the invention for a fuel injector is characterized by a flexible transmission element which is arranged between an actuator and a nozzle needle and has a plate-like cross section.
  • the oiegeelastic transmission element stent on its underside in a central region in an active connection with the nozzle needle and on its top in an outer region in an active connection with the actuator, with the flexible transmission element being additionally supported on its underside on a housing of the fuel projector.
  • the outer area of the flexurally elastic transmission element is printed downwards via the operative connection between the actuator and the flexible transmission element.
  • This movement of the outer region of the flexible transmission element n in the direction of the deflection of the actuator is determined by the bearing region of the elastic-elastic transmission element on the housing of the fuel injector into a movement of the elastic-elastic transmission element in its central region in the direction of the actuator.
  • this nozzle needle is also moved, so that the nozzle needle opens and the fuel injection process is triggered.
  • a fuel injector has an injector se 1 with a multi-stage inner bore 11, m a piezoelectric actuator 2 and a piston-shaped actuator 3 are arranged.
  • the piston-shaped actuator 3 is oaoei preferably directly coupled to a nozzle needle (not shown) in the fuel injector.
  • the piezoelectric actuator 2 is constructed from a plurality of upper stacked piezoelectric actuator elements 21 which are arranged in a spring-elastic hollow body 22. This hollow body 22 is connected to a head plate 23 and a base plate 24, the piezoelectric ones stacked on top of one another
  • Actuator elements 21 are biased with a defined force of preferably 800 to 1000 N.
  • the actuator elements 21 are conductively connected to contact pins (not shown) protruding from the top plate 23, to which a voltage is applied to an actuator connection 4 placed on the actuator, thereby causing elongation in the piezoelectric actuator 2 .
  • the piezoelectric actuator 2 is further arranged in an actuator housing 25, which is firmly clamped at the upper end of the inner ring 11 formed in the injector housing 1.
  • the actuator home 25 is printed on a shim 26 which rests on a first bore step 12.
  • the actuator housing 25 is held in place by a hollow screw 29, which engages on a clamping ring 28 surrounding the actuator housing 25 and is screwed to the actuator housing 1.
  • the base plate 24 of the piezoelectric actuator is provided with a preferably circular attachment 241 in the center.
  • a disk-shaped sealing membrane 26 is arranged around this attachment 241, firmly connected to the base plate 24, and extends from the base plate 24 to the inner wall of the injector housing 1.
  • the sealing membrane 26 is fixed in its outer area between the adjusting disk 27 and the actuator housing 25 and serves to protect the piezoelectric actuator 2 from a leakage of fuel from the fuel injector.
  • a transmission element 5 is also arranged in the inner bore 11 on a second bore step 13.
  • This transmission element 5 is composed of an oastic-elastic base part 51, preferably made of spring steel, a highly rigid cover plate 52 arranged on the base part 51 and a valve ball 53 arranged underneath the base part 51.
  • the flexurally elastic base part 51 of the transmission element 5 is essentially disc-shaped and has a plate-like cross-section, its underside being in an annular shape
  • valve ball 53 is pressed through the base part 51 of the transmission element 5 onto the valve seat 14, so that the control chamber 16 is tightly connected to the second bore step 13.
  • the fuel pressure which then arises in the control chamber 16 ensures that the actuator 3 is pressed downward against a restoring force and that the nozzle needle in the fuel injector, which is connected to the actuator 3, remains closed.
  • the attachment 241 on the base plate 24 uses the cover plate 52 of the transmission element 5 to print the outer region 512 or the base part 51 downward by means of the actuator deflection.
  • This movement of the outer area 512 on the bobo part 51 of the transmission element 5 in the direction against the second bore step 13 is deflected by the contact area 511 of the bottom part 51 on the second boring step 13 into a counter-movement of the center area 513 on the bottom part 51 and causes them on the ttenoereicn 513 Fixed valve lobe ..
  • the transmission ratio of the actuator deflection to the deflection of the center region 513 of the bottom part 51 and thus to the deflection of the valve ball 53 depends on the ratio between the effective distance from the edge 514 to the support area 512 and the effective distance from the support area 511 to the center area 513. If - as shown in the drawing - the effective distance from the central area 513 to the support area 511 of the base part 51 is greater than the effective distance from the support area 511 to the edge 514 of the base part 51, the deflection of a piezoelectric actuator 2 into one is increased Deflection of the valve ball 53 translated. Such a translation is particularly advantageous in the case of the piezoelectric actuator 2 used in the embodiment, since its deflection moves in the ⁇ m range, so that an increase in this deflection is helpful for a reliable actuating process.
  • the valve ball 52 is then removed from the valve seat 14, the through hole 15 to the control chamber 16 is opened and fuel can then flow from this control chamber into the second bore stage 13 and from here via a leakage drain (not shown). be led to the outside.
  • the force exerted on the actuator 3 by the fuel in the control chamber 16 drops Holding force, so that the actuator 3 is moved upward in the direction of the through bore 15 by the restoring force acting on it, which can be generated, for example, by a nozzle spring or also by the fuel pressure in the fuel supply 18.
  • the nozzle needle connected to the actuator is opened in the fuel injector and fuel can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the piezoelectric actuator 2 contracts again and returns to its position shown in the drawing.
  • the base plate 24 of the piezoelectric actuator 2 and thus the cover plate 52 of the transmission element 5 firmly connected to the attachment 241 of the base plate 24 also returns to the starting position. Because of their elastic
  • the base plate 51 then also takes on its original shape again, the center region 513 pressing the valve ball 53 onto the valve seat 14 and thus closing the through-bore 15.
  • the fuel pressure in the control chamber 16 rises again and the actuator will move downward as a result of the resulting fuel pressure, so that the nozzle needle in the fuel injector closes and the injection process is ended.
  • Essential to the design of the transmission element 5 according to the invention is the flexurally elastic design of the base part 51, which ensures that the inward movement of the piezoelectric actuator 2 during the deflection is reversed into an outward movement of the central region 513 on the transmission element 51, which is used via the active connection with the actuator 3 to control the nozzle needle.
  • This reversal of the path enables a simplified design of the operative connection between the transmission element 5 and the actuator or the Düsseldorf needle, since the operative connection can open outwards in a simple manner.
  • the flexurally elastic design of the base part 51 of the transmission element 5 ensures that this base part 51 automatically after the deflection of the actuator 2 into its returns to the original position so that no additional return spring is necessary.
  • the exact positioning of the actuator 2 with respect to the transmission element 5 can be achieved by choosing a suitable adjusting disc 2 ′′ between the actuator housing 25 and the first bore step 12 m in the injector housing 1.
  • a different actuator principle can also be used instead of a piezoelectric actuator.
  • the hydraulic control of the actuator 3 shown in the drawing can also be replaced by a direct action of the bottom part 51 of the transmission element 5 on the actuator.

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Abstract

The invention relates to an actuator for a fuel injector, characterized by a bending-elastic transmission element (5) which is mounted between a control element (2) and a jet needle and has a conical cross-section. Said bending-elastic transmission element (5) cooperates on its lower side in a central area (513) with the jet needle and on its upper side in an external area (512) with the control element (2), and in addition is supported on a housing (1) in the fuel injector.

Description

BescnreibungDescription
Stellantrieb für einen KraftstoffmiektorActuator for a fuel miector
Die Erfindung oetr fft einen Stellantrieb für einenThe invention oetr fft an actuator for one
Kraftstoffinjektor gemäß αem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcner Stellantrieb ist aus der US-4 101 076 bekannt.A fuel injector according to the preamble of claim 1. A solcner actuator is known from US-4 101 076.
In der US-4 101 076 wird ein Kraftstoffmjektcr De- scnrieben, der einen piezoelektrischen Aktor aufweist, αer mit Hilfe eines mecnanischen übertragungselements eine Dusen- nadel im Kraftsto fιr. e tor ansteuert. Das Ubertragungseie- men: weist daoei zwei unterschiedlicn lange Hebelarme auf, die m recnten Winkel miteinander verbunden sind, wobei oas Ubertragungselement m diesem Wmκelbereιch am Gehäuse des Kraftstoffmjektors abgestutzt ist. Der kürzere Heoelarm des übertragungselements liegt auf dem piezoelektrischen Aktor an, wobei eine am Gehäuse des Kraftstoffmjektors abgestutzte Rückstellfeder für einen standigen Kontakt sorgt. Der längere Hebelarm αes übertragungselements steht in Verbindung mit der Ruckseite der Dusennadel, wobei eine um die Dusennaoel angeordnete Ruckstellfeder die Dusennadel am Hebelarm nalt. Bei einer Auslenkung des piezoelektπscnen Aktors wird das Uoer- traσungsele ent um eine Drenpunkt an seinem auf dem Gehäuse des Kraftstoffmjektors aufliegenden Wmkelbereich gedreht, so daß der längere Hebelarm nacn oben von der Ruckseite der Dusennadel wegbewegt wird. Gleichzeitig wird aber euren die Kraft der Ruckstellfeder die Dusennadel nachgefuhrt, wodurch sien der KraftstoffInjektor öffnet und Kraftstoff m eine Brennkammer einer Brennkraftmascnme eingespritzt wird. Durch die unterschiedlich langen Hebelarme des übertragungselements wird die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors außerdem m eine größere Auslenkung der Dusennadel umgesetzt.US Pat. No. 4,101,076 describes a fuel projector which has a piezoelectric actuator, or which uses a mechanical transmission element to generate a nozzle needle in the fuel. e gate controlled. The transmission element has two lever arms of different lengths, which are connected to each other at various angles, the transmission element being supported on the housing of the fuel projector in this heating region. The shorter arm of the transmission element rests on the piezoelectric actuator, with a return spring supported on the housing of the fuel projector ensuring constant contact. The longer lever arm αes transmission element is in connection with the back of the nozzle needle, wherein a return spring arranged around the nozzle needle holds the nozzle needle on the lever arm. When the piezoelectric actuator is deflected, the transmission element is rotated around a thrust point at its winding area lying on the housing of the fuel projector, so that the longer lever arm is moved away from the top of the back of the nozzle needle. At the same time, however, the force of the return spring guides the nozzle needle, which opens the fuel injector and fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine. Due to the lever arms of the transmission element of different lengths, the deflection of the piezoelectric actuator is also implemented as a larger deflection of the nozzle needle.
Die Form des in der US-4 101 076 eingesetzten übertragungselements zeigt jedoen nur eine maßige Steifigkeit, die insbesondere bei den hochdynamischen Schaltvorgangen imHowever, the shape of the transmission element used in US Pat. No. 4,101,076 shows only a moderate degree of rigidity, which is particularly evident in the highly dynamic switching processes in the
Kraftstoffin ektor zu Ungenauigkeiten bei der Übertragung der Auslenkung des piezoelektπscnen Aktors funrt . Weiternm hat das oekannte Übertragungselement einen großen Raumbedarf und erfordert insbesondere die beiden genannten Ruckstellfedern, um standig Kontakt zwischen den Hebelarmen und dem piezoelektrischen Aktor DZW. der Ruckseite der Dusennadel zu halten. Die bei den Schaltvorgangen auftretenden Druckkräfte können weiterhin zu Verformungen und Spannungen an den Auflagepunkten des übertragungselements am piezoelektrischen Aktor, an der Ruckseite der Dusennadel bzw. am Genause des Kraftstoffinjektors fuhren, die einen Verscnleiß oes Ubertragungsele- ments nacn sich ziehen und damit unmittelbar einen Hubverlust bewirken können.Fuel injector causes inaccuracies in the transmission of the deflection of the piezoelectric actuator. Has continued the aforementioned transmission element requires a large amount of space and in particular requires the two return springs mentioned in order to make constant contact between the lever arms and the piezoelectric actuator DZW. to hold the back of the nozzle needle. The pressure forces occurring during the switching processes can furthermore lead to deformations and tensions at the support points of the transmission element on the piezoelectric actuator, on the back of the nozzle needle or at the exact location of the fuel injector, which cause wear and tear of the transmission elements and thus immediately cause a stroke loss can.
Aufgaoe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stel- -.antrieo f r einen Kraf stof mjektor oereitzusteilen, der sicn durch einen einfachen Aufbau unα eine zuverlässige Ver- großerung der Auslenkung eines Aktors im Stellantrieb, die zur Betätigung einer Dusennadel im KraftstoffInjektor genutzt werden soll, auszeicnnet.It is an object of the present invention to provide an actuator for a fuel injector which, by means of a simple structure and a reliable increase in the deflection of an actuator in the actuator, which is to be used to actuate a nozzle needle in the fuel injector, awarded.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Der erfmdungsgemaße Stellantrieb f r einen Kraftstof- fmjektor zeichnet sich durch ein oiegeeiastisches Ubertra- gungseiement aus, das zwischen einem Aktor und einer Dusennadel angeordnet ist und einen tellerartigen Querschnitt oe- sitzt. Das oiegeelastiscne Ubertragungselement stent dabei auf seiner Unterseite in einem Mittenbereich in einer Wirkverbindung mit der Dusennadel und auf seiner Oberseite in einem Außenbereich in einer Wirkverbindung mit dem Aktor, wobei das biegeelastische Ubertragungselement zusatzlicn auf seiner Unterseite an einem Gehäuse des Kraftstoffmjektors abgestutzt ist.The actuator according to the invention for a fuel injector is characterized by a flexible transmission element which is arranged between an actuator and a nozzle needle and has a plate-like cross section. The oiegeelastic transmission element stent on its underside in a central region in an active connection with the nozzle needle and on its top in an outer region in an active connection with the actuator, with the flexible transmission element being additionally supported on its underside on a housing of the fuel projector.
Bei einer Auslenkung des Aktors wird über die Wirkverbindung zwischen dem Aktor und dem biegeelastischen Ubertragungselement der Außenbereich des biegeelastischen Ubertra- gungselements nach unten gedruckt. Diese Bewegung des Außenbereichs des biegeelastischen Übertragungselements n Richtung der Auslenkung des Aktors wird durch den Auflagebereich des oiegeelastiscnen übertragungselements am Gehäuse des Kraftstoffinjektors in eine Bewegung des oiegeelastiscnen übertragungselements in seinem Mittenoereich in Richtung auf den Aktor zu umgesetzt. In der Folge wird aufgrund der Wirk- eromdung des oiegeelastiscnen übertragungselements mit der Dusennadel auch diese Dusennadel mitbewegt, so oaß die Dusennadel s ch öffnet und der Kraftstoffe spritzvorgang ausgelost wird. Aufgrund des unterschiedlichen Abstands zwiscnen dem Außenoereicn des biegeelastischen übertragungselements, das auf den Aktor wirkt und dem Auf ageoereich am Gehäuse oes Kraftsto mjektors bzw. diesem Auflageoereicn und dem Mit- tenbereicn des übertragungselements, an dem die Dusennadel angreift, -.aßt s cn eine vergrößerte Uoersetzung der Ausien- kung des Aktors erzielen. Wenn nach dem Ende der Ansteuerung der Aktor dann in seine Runestellung zurückkehrt, nimmt aucn das Ubertragungselement aufgrund seiner elastiscnen Eigenschaften wieder seine Ausgangsstellung an, wodurch sich mit Hilfe der Wirkverbindung zwischen dem Mittenbereicn des Übertragungselements und der Dusennadel diese Dusennadel wieder schließt und der Einspritzvorgang beendet wird.When the actuator is deflected, the outer area of the flexurally elastic transmission element is printed downwards via the operative connection between the actuator and the flexible transmission element. This movement of the outer region of the flexible transmission element n in the direction of the deflection of the actuator is determined by the bearing region of the elastic-elastic transmission element on the housing of the fuel injector into a movement of the elastic-elastic transmission element in its central region in the direction of the actuator. As a result, due to the effective formation of the elastic transmission element with the nozzle needle, this nozzle needle is also moved, so that the nozzle needle opens and the fuel injection process is triggered. Due to the different distance between the outer area of the flexible transmission element, which acts on the actuator and the bearing area on the housing of the fuel projector or this support area and the center area of the transmission element, on which the nozzle needle engages, there is an enlarged size Achieve a reduction in the deflection of the actuator. When the actuator returns to its run position after the end of the control, the transmission element again assumes its starting position due to its elastic properties, as a result of which the nozzle needle closes again with the help of the operative connection between the center area of the transmission element and the nozzle needle and the injection process is ended .
Durcn die erfindungsgemaße Auslegung des übertragungselements v/ird dessen Rau oedarf auf ein M nimα reduziert. Weiterhin Kann das "oertragungseiement emstuckig ausgeoildet werden, onne daß eine Rückstellfeder notwendig wird. Darüber hinaus wird durch die Wegumkehr der Auslenkung des Aktors eine nacn außen sich öffnende Wirkverbindung mit der Dusennadel ermoglicnt, so daß sich eine einfache Ausgestaltung dieser Wirkverbindung erreichen laßt. Schließlich zeichnet sicn das Ubertragungselement euren eine hohe Verscnleißfestigkeit und damit gute Funktionszuverlassigkeit aus.Through the design of the transmission element according to the invention, its roughness is reduced to a M nimα. Furthermore, the "onne that a restoring spring is necessary oertragungseiement be ausgeoildet emstuckig. Moreover ermoglicnt a NaCN outwardly opening operatively connected to the nozzle needle by the Wegumkehr the deflection of the actuator, so that a simple configuration let reach the active compound. Finally, characterized the transmission element from yours a high wear resistance and thus good functional reliability.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung naner erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Ausfuhrungsform eines erfmαungsge- maßer. Stellantriebs für einen Kraftstof in ektor im Quer- schnitt.The invention is illustrated by the drawing. The drawing shows an embodiment of a measurement according to the invention. Actuator for a fuel in cross section.
Bei der gezeigten Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Stellantrieos weist ein Kraftstoffinjektor ein Injektorgenau- se 1 mit einer mehrstufigen Innenbohrung 11 auf, m der ein piezoelektrischer Aktor 2 und ein kolbenförmiges Stellglied 3 angeordnet sind. Das kolbenförmige Stellglied 3 ist oaoei vorzugsweise direkt mit einer Dusennadel (nicht gezeigt) im Kraftstoffinjektor gekoppelt. Der piezoelektrische Aktor 2 ist aus mehreren ubere anoergestapelten piezoelektriscnen Aktorelementen 21 aufgebaut, die in einem federelastiscn aus- geoildeten Hohlkörper 22 angeordnet sind. Dieser Hohlkörper 22 ist mit einer Kopfplatte 23 und einer Bodenplatte 24 ver- ounden, wobei die aufe andergestapelten piezoelektrischenIn the embodiment of the actuating drive according to the invention shown, a fuel injector has an injector se 1 with a multi-stage inner bore 11, m a piezoelectric actuator 2 and a piston-shaped actuator 3 are arranged. The piston-shaped actuator 3 is oaoei preferably directly coupled to a nozzle needle (not shown) in the fuel injector. The piezoelectric actuator 2 is constructed from a plurality of upper stacked piezoelectric actuator elements 21 which are arranged in a spring-elastic hollow body 22. This hollow body 22 is connected to a head plate 23 and a base plate 24, the piezoelectric ones stacked on top of one another
Aktorelemente 21 mit einer definierten Kraft von vorzugsweise 800 ois 1000 N vorgespannt sind. Zum Ansteuern oes piezoelektriscnen Aktors 2 sind die Aktorelemente 21 leitend mit aus der Kopfplatte 23 hervorstenenden Kontaktstiften (nicnt ge- zeigt) verbunden, an die m einem auf dem Aktor aufgesetzten Aktoranschluß 4 eine Spannung angelegt wird, wodurch eine Langsdehnung im piezoelektrischen Aktor 2 hervorgerufen wird.Actuator elements 21 are biased with a defined force of preferably 800 to 1000 N. In order to control the piezoelectric actuator 2, the actuator elements 21 are conductively connected to contact pins (not shown) protruding from the top plate 23, to which a voltage is applied to an actuator connection 4 placed on the actuator, thereby causing elongation in the piezoelectric actuator 2 .
Der piezoelektrische Aktor 2 ist weiterhin in einem Aktorgehause 25 angeordnet, das am oberen Ende der im Injektor- gehause 1 ausgebildeten Innenbonrung 11 fest eingespannt ist. Hierbei wird das Aktorgenause 25 auf eine Einstellscheibe 26 gedruckt, eie auf einer ersten Bohrungsstufe 12 aufliegt. Das Aktorgehause 25 wird daoei von einer Hohlscnrauoe 29 festgehalten, eie an einem um das Aktorgenause 25 umlaufenden Spannring 28 angreift und mit dem In ektorgenause 1 verschraubt ist.The piezoelectric actuator 2 is further arranged in an actuator housing 25, which is firmly clamped at the upper end of the inner ring 11 formed in the injector housing 1. In this case, the actuator home 25 is printed on a shim 26 which rests on a first bore step 12. The actuator housing 25 is held in place by a hollow screw 29, which engages on a clamping ring 28 surrounding the actuator housing 25 and is screwed to the actuator housing 1.
Die Bodenplatte 24 des piezoelektrischen Aktors ist mit- tig mit einem vorzugsweise kreisrunden Aufsatz 241 versenen. Um diesen Aufsatz 241 herum ist, fest mit der Bodenplatte 24 verbunden, eine scheibenförmige Dichtmembran 26 angeordnet, die sich von der Bodenplatte 24 bis zur Innenwandung des In- ektorgehauses 1 erstreckt. Die Dichtmembran 26 wird dabei in ihrem Außenoereich zwischen der E stellscheibe 27 und dem Aktorgehause 25 festgenalten uno dient dazu, den piezoelek- trischen Aktor 2 vor einer Leckage von Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor zu schützen. In der Innenoohrung 11 ist auf einer zweiten Bohrungsstufe 13 weiterhin ein Ubertragungselement 5 angeordnet. Dieses Ubertragungselement 5 setzt sich aus einem oiegeelastiscnen, vorzugsweise aus Federstahl gefertigten Bodenteil 51, einer auf dem Bodenteil 51 angeordneten hochsteifen Deckplatte 52 und einer unternalb des Bodenteils 51 angeordneten Ven- tilkugel 53 zusammen. Das biegeelastische Bodenteil 51 des Übertragungselements 5 ist dabei im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet uno weist einen tellerartigen Querscnnitt auf, wobei es mit seiner Unterseite in einem ringförmigenThe base plate 24 of the piezoelectric actuator is provided with a preferably circular attachment 241 in the center. A disk-shaped sealing membrane 26 is arranged around this attachment 241, firmly connected to the base plate 24, and extends from the base plate 24 to the inner wall of the injector housing 1. The sealing membrane 26 is fixed in its outer area between the adjusting disk 27 and the actuator housing 25 and serves to protect the piezoelectric actuator 2 from a leakage of fuel from the fuel injector. A transmission element 5 is also arranged in the inner bore 11 on a second bore step 13. This transmission element 5 is composed of an oastic-elastic base part 51, preferably made of spring steel, a highly rigid cover plate 52 arranged on the base part 51 and a valve ball 53 arranged underneath the base part 51. The flexurally elastic base part 51 of the transmission element 5 is essentially disc-shaped and has a plate-like cross-section, its underside being in an annular shape
Auf agebereich 511 an der zweiten Bonrungsstufe 13 aufliegt. Das Bodenteil 51 ist weiterhin vom Auflagebereich 511 ausge- nene an einem Außenoereich 512 nach ooen hocngeoogen,
Figure imgf000007_0001
auf eem Rand 514 dieses Außenbereicns 512 die Deckplatte 52 mit ihrer Unterseite befestigt ist. Diese Deckplatte 52 ist mit ihrer Ruckseite weiterhin fest mit dem Aufsatz 241 an der Bodenplatte 24 des Aktors verbunden. An dem Bodenteil 51 des Übertragungselements 5 ist auf der Unterseite in einem Mit- tenoereicn 513 außerdem fest die Ventilkugel 53 angebracht. Der Ventilkugel 53 ist in der zweiten Bohrungsstufe 13 ein Ventilsitz 14 zugeordnet. Dieser Ventilsitz 14 ist über eine Durcngangsbonrung 15 mit einem Steuerraum 16, der der Innenconrung 11 obernalo ees Stellglieds 3 ausgeoildet ist, vercunαen. Der Steuerraum 16 weist außerdem über eine Dros- seloonrung 17 eine Veromdung zu einer Kraftstoffzufuhrung 18 im Injektorgenause 1 auf, m der Kraftstoff unter einem hohen Druck steht.It rests on area 511 at the second level 13. The base part 51 is also highly external from the support area 511 to an outer area 512,
Figure imgf000007_0001
on an edge 514 of this outer area 512, the cover plate 52 is fastened with its underside. The rear side of this cover plate 52 is still firmly connected to the attachment 241 on the base plate 24 of the actuator. The valve ball 53 is also fixedly attached to the bottom part 51 of the transmission element 5 in a center opening 513 on the underside. A valve seat 14 is assigned to the valve ball 53 in the second bore stage 13. This valve seat 14 is vercunαen via a Durcngangsbonrung 15 with a control chamber 16, which is the inner cone 11 obernalo ees actuator 3 vercunαen. The control chamber 16 also has, via a throttling device 17, a deformation to a fuel supply 18 in the injector area 1, m the fuel is under a high pressure.
In der in der Zeichnung gezeigten Ruhestellung wird die Ventilkugel 53 durch das Bodenteil 51 des Ubertragungsele- ments 5 auf den Ventilsitz 14 gedruckt, so daß der Steuerraum 16 gegenüber der zweiten Bohrungsstufe 13 dicht angeschlossen ist. Der sich dann im Steuerraum 16 einstellende Kraftstoffdruck sorgt dafür, daß das Stellglied 3 gegen eine Ruckstell- kraft nach unten gedruckt wird und eie mit dem Stellglied 3 verounαene Dusennadel im Kraftstoffinjektor geschlossen bleiot . Bei einer Ansteuerung ees piezoelektrischen Aktors 2 bewirkt die durch Elektrostriktion hervorgerufene Langsdehnung des Aktors, daß die Boeenplatte 24 in die Innenbohrung 11 des Injektorgehauses 1 vorgeschoben wird. Dabei druckt eer Auf- satz 241 an der Bodenplatte 24 mit Hilfe der Deckplatte 52 des Übertragungselements 5 den Außenbereich 512 oes Bodenteils 51 m Ricntung der Aktorauslenkung nach unten. Diese Bewegung oes Außenbereicns 512 am Booenteil 51 des Übertragungselements 5 in Richtung gegen die zweite Bohrungsstufe 13 wird eurch den Auflagebereich 511 des Bodenteils 51 an der zweiten Bonrungsstufe 13 in eine Gegenbewegung des Mittenbe- reicns 513 am Bodenteil 51 umgelenkt und bewirkt, daß die am ttenoereicn 513 Gefestigte Vent lkuge.. 53 vom Ventilsitz 14 abhebt und sich m Richtung auf den piezoelektrischen Aktor 2 zu bewegt. Das Übersetzungsverhältnis der Aktorauslenkung zu der Auslenkung des Mittenbereicns 513 des Bodenteiis 51 und damit zur Ausienkung der Ventilkugel 53 hangt vom Verhältnis zwiscnen dem effektiven Abstand des Randes 514 zum Auflagebe- reich 512 und dem effektiven Abstand vom Auflagebereich 511 zum Mittenoereich 513 ab. Wenn - wie m der Zeicnnung dargestellt - eer effektive Abstand vom Mittenbereich 513 zum Auf- lagebereicn 511 des Bodenteils 51 großer ist als der effektive Abstand vom Auflagebereich 511 zum Rand 514 des Bodenteiis 51, wird eie Ausienkung ees piezoelektrischen Aktors 2 in ei- ne vergrößerte Auslenkung der Ventilkugel 53 übersetzt. Eine solche Übersetzung ist insbesondere bei dem in der Ausfuhrungsform eingesetzten piezoelektπscnen Aktor 2 von Vorteil, da sich dessen Auslenkung im μm-Bereicn bewegt, so daß eine Vergrößerung dieser Auslenkung für einen zuverlässigen Stell- Vorgang hilfreich ist.In the rest position shown in the drawing, the valve ball 53 is pressed through the base part 51 of the transmission element 5 onto the valve seat 14, so that the control chamber 16 is tightly connected to the second bore step 13. The fuel pressure which then arises in the control chamber 16 ensures that the actuator 3 is pressed downward against a restoring force and that the nozzle needle in the fuel injector, which is connected to the actuator 3, remains closed. In a control ees piezoelectric actuator 2 effects caused by electrostriction long expansion of the actuator that the Boeenplatte is advanced In the j ektorgehauses 1 in the inner bore 11 24th In this case, the attachment 241 on the base plate 24 uses the cover plate 52 of the transmission element 5 to print the outer region 512 or the base part 51 downward by means of the actuator deflection. This movement of the outer area 512 on the bobo part 51 of the transmission element 5 in the direction against the second bore step 13 is deflected by the contact area 511 of the bottom part 51 on the second boring step 13 into a counter-movement of the center area 513 on the bottom part 51 and causes them on the ttenoereicn 513 Fixed valve lobe .. 53 lifts off valve seat 14 and moves in the direction of piezoelectric actuator 2. The transmission ratio of the actuator deflection to the deflection of the center region 513 of the bottom part 51 and thus to the deflection of the valve ball 53 depends on the ratio between the effective distance from the edge 514 to the support area 512 and the effective distance from the support area 511 to the center area 513. If - as shown in the drawing - the effective distance from the central area 513 to the support area 511 of the base part 51 is greater than the effective distance from the support area 511 to the edge 514 of the base part 51, the deflection of a piezoelectric actuator 2 into one is increased Deflection of the valve ball 53 translated. Such a translation is particularly advantageous in the case of the piezoelectric actuator 2 used in the embodiment, since its deflection moves in the μm range, so that an increase in this deflection is helpful for a reliable actuating process.
Wenn dann aufgrund der Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 2 die Ventilkugel 52 vom Ventilsitz 14 abgenoben nat, wird die Durchgangsbohrung 15 zum Steuerraum 16 geöffnet und Kraftstoff kann aus diesem Steuerraum dann in die zweite Boh- rungsstufe 13 und von hier über einen Leckageabfluß (nicht gezeigt) nach außen angeführt werden. Dadurch sinkt die vom Kraftstoff im Steuerraum 16 auf das Stellglied 3 ausgeübte Haltekraft ab, so daß das Stellglied 3 durch die an ihm angreifende Rückstellkraft, die z.B. durch eine Düsenfeder oder auch durch den Kraftstoffdruck in der KraftstoffZuführung 18 erzeugt werden kann, nach oben in Richtung auf die Durch- gangsbohrung 15 bewegt wird. Durch diese Verschiebung desIf, due to the deflection of the piezoelectric actuator 2, the valve ball 52 is then removed from the valve seat 14, the through hole 15 to the control chamber 16 is opened and fuel can then flow from this control chamber into the second bore stage 13 and from here via a leakage drain (not shown). be led to the outside. As a result, the force exerted on the actuator 3 by the fuel in the control chamber 16 drops Holding force, so that the actuator 3 is moved upward in the direction of the through bore 15 by the restoring force acting on it, which can be generated, for example, by a nozzle spring or also by the fuel pressure in the fuel supply 18. By shifting the
Stellglieds 3 wird die mit dem Stellglied verbundene Düsennadel im Kraftstoffinjektor geöffnet und Kraftstoff kann in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Wenn dann die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 2 beendet wird, zieht sich der piezoelektrische Aktor 2 wieder zusammen und kehrt in seine in der Zeichnung gezeigte Position zurück. Die Bodenplatte 24 des piezoelektrischen Aktors 2 und damit die am Aufsatz 241 der Bodenplatte 24 fest verbundene Deckplatte 52 des Übertragungselements 5 kehrt ebenfalls in die Ausgangsstellung zurück. Aufgrund ihrer elastischenActuator 3, the nozzle needle connected to the actuator is opened in the fuel injector and fuel can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine. When the control of the piezoelectric actuator 2 is then ended, the piezoelectric actuator 2 contracts again and returns to its position shown in the drawing. The base plate 24 of the piezoelectric actuator 2 and thus the cover plate 52 of the transmission element 5 firmly connected to the attachment 241 of the base plate 24 also returns to the starting position. Because of their elastic
Auslegung nimmt dann auch die Bodenplatte 51 wieder ihre ursprüngliche Form an, wobei der Mittenbereich 513 die Ventilkugel 53 auf den Ventilsitz 14 drückt und damit die Durchgangsbohrung 15 verschließt. Der Kraftstoffdruck im Steuer- räum 16 steigt wieder an und das Stellglied wird durch den sich ergebenden Kraftstoffdruck nach unten bewegen, so daß sich die Düsennadel im Kraftstoffinjektor schließt und der Einspritzvorgang beendet wird.The base plate 51 then also takes on its original shape again, the center region 513 pressing the valve ball 53 onto the valve seat 14 and thus closing the through-bore 15. The fuel pressure in the control chamber 16 rises again and the actuator will move downward as a result of the resulting fuel pressure, so that the nozzle needle in the fuel injector closes and the injection process is ended.
Wesentlich an der erfindungsgemäßen Auslegung des Über- tragungselements 5 ist die biegeelastische Auslegung des Bodenteils 51, die dafür sorgt, daß die nach innen gerichtete Bewegung des piezoelektrischen Aktors 2 bei der Auslenkung in eine nach außen gerichtete Bewegung des Mittenbereichs 513 am Übertragungselement 51 umgekehrt wird, die über die Wirkver- bindung mit dem Stellglied 3 zur Ansteuerung der Düsennadel genutzt wird. Diese Wegumkehr ermöglicht eine vereinfachte Auslegung der Wirkverbindung zwischen dem Übertragungselement 5 und dem Stellglied bzw. der Düssennadel, da die Wirkverbindung sich auf einfache Weise nach außen öffnen kann. Weiter- hin gewährleistet die biegeelastische Auslegung des Bodenteils 51 des Übertragungselement 5, daß diese Bodenteil 51 automatisch nach Ende der Auslenkung des Aktors 2 in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt, so daß keine zusätzliche Rückstellfeder notwendig st. Die genaue Positionierung des Aktors 2 in bezug auf das Ubertragungselement 5 laßt sich durcn die Wahl einer passenden E stellscneibe 2"' zwiscnen dem Aktorgehause 25 und der ersten Bohrungsstufe 12 m Injek- torgehause 1 erreichen.Essential to the design of the transmission element 5 according to the invention is the flexurally elastic design of the base part 51, which ensures that the inward movement of the piezoelectric actuator 2 during the deflection is reversed into an outward movement of the central region 513 on the transmission element 51, which is used via the active connection with the actuator 3 to control the nozzle needle. This reversal of the path enables a simplified design of the operative connection between the transmission element 5 and the actuator or the Düsseldorf needle, since the operative connection can open outwards in a simple manner. Furthermore, the flexurally elastic design of the base part 51 of the transmission element 5 ensures that this base part 51 automatically after the deflection of the actuator 2 into its returns to the original position so that no additional return spring is necessary. The exact positioning of the actuator 2 with respect to the transmission element 5 can be achieved by choosing a suitable adjusting disc 2 ″ between the actuator housing 25 and the first bore step 12 m in the injector housing 1.
Alternativ zu oer in der Zeichnung gezeigten Ausfuhrungsform kann statt einem piezoelektrischen Aktor auch ein anderes Aktorprmzip verwendet werden. Weiterhin kann die in der Zeichnung gezeigte hydrauiiscne Steuerung des Stellgliedes 3 auch durch eine direkte Einwirkung des Bodenteiis 51 des Ubertragungselement 5 auf das Stellglied ersetzt werden. Daruoer hinaus oestent die Möglichkeit eie Bodenplatte 24 des Aktors 2 - statt über die Deckplatte 52 - direkt mit dem Bo- denteil 51 des Übertragungselements 5 zu verßmαen. As an alternative to the embodiment shown in the drawing, a different actuator principle can also be used instead of a piezoelectric actuator. Furthermore, the hydraulic control of the actuator 3 shown in the drawing can also be replaced by a direct action of the bottom part 51 of the transmission element 5 on the actuator. Furthermore, there is also the possibility of directly verßmαen the bottom plate 24 of the actuator 2 - instead of the cover plate 52 - with the bottom part 51 of the transmission element 5.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stellantneo für einen Kraftstoffinjektor mit einem Aktor (2) und einem Ubertragungselement (5), wobei das Ubertra- gungselement in einer Wirkveromdung mit dem Aktor (2) und einer Wirkverbinoung (3, 14, 15, 16, 17, 53) mit einer Dusennadel im Kraftstoffinjektor steht, um eine Auslenkung des Aktors in eine Bewegung der Dusennadel umzusetzen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ubertragungselement (5) oiegeelastisch ausgebildet und im Querschnitt tellerartig ist und m einem Auflageoereicn (511) an einem Gehause (lλ des Kraftstoffmjektors abgestutzt ist, wobei die Wirkveromdung zum Aktor '2) an einem Außenoe- reicn (512) des übertragungselements und die Wirkveromdung (3,14, 15, 16, 17) zur Dusennadel an einem Mittenbereich (513) des übertragungselements (5) angeordnet ist.1. Actuator for a fuel injector with an actuator (2) and a transmission element (5), the transmission element with the actuator (2) and an active combination (3, 14, 15, 16, 17, 53) there is a nozzle needle in the fuel injector in order to convert a deflection of the actuator into a movement of the nozzle needle, characterized in that the transmission element (5) is designed to be elastic and plate-like in cross section and is supported on a housing (l λ of the fuel projector) by a support (511) , wherein the active component to the actuator '2) is arranged on an outer opening (512) of the transmission element and the active component (3, 14, 15, 16, 17) to the nozzle needle is arranged on a central region (513) of the transmission element (5).
2. Stellantrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubertragungselement aus einem biegeelastischen Bodenteil (51 und einer steifen Deckplatte (52) besteht, «jobei die2. Actuator according to claim 1, characterized in that the transmission element consists of a flexurally elastic base part (51 and a rigid cover plate (52), «where the
Deckplatte fest mit einer Bodenplatte (24) des Aktors (2) und einem Rand (514) des Bodenteils (51) verounden ist.Cover plate is firmly connected to a base plate (24) of the actuator (2) and an edge (514) of the base part (51).
3. Stellantrieb gem ß Ansprucn 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Wirkveromdung zwiscnen dem Ubertragungselement3. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the effective deformation between the transmission element
(5) und der Dusennadel einen Steuerraum (16) und ein Stellglied (3) umfaßt, wopei ein hydraulischer Druck im Steuerraum (16) durch ein Ventil (14, 53), das mit dem Mittenoereicn (513) oes Übertragungselements (5) verbunden ist, gesteuert wird.(5) and the nozzle needle comprises a control chamber (16) and an actuator (3), a hydraulic pressure in the control chamber (16) through a valve (14, 53), which is connected to the center element (513) or the transmission element (5) is controlled.
4. Stellantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 eis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein effektiver Abstand vom Mittenbereich (513) zum Auflageoereich '511) des Uoertragungselements (51) großer ist als ein effektiver Abstand vom Auflagebereich4. Actuator according to one of claims 1 ice 3, characterized in that an effective distance from the central area (513) to the support area '511) of the transmission element (51) is greater than an effective distance from the support area
(511) zum Rand (514) des übertragungselements (51), so daß eine Auslenkung des Aktors (2) m eine vergrößerte Auslenkung des Mittenbereichs (513) des Übertragungselements (51) übersetzt wird.(511) to the edge (514) of the transmission element (51), so that a deflection of the actuator (2) m an enlarged deflection the center area (513) of the transmission element (51) is translated.
5. Stellantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitet. 5. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the actuator (2) works according to the piezoelectric principle.
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