DE102005055672A1

DE102005055672A1 - Injektor mit steuerbaren Einspritzdruck, sowie Verfahren zum Steuern eines Injektors

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Publication number: DE102005055672A1
Application number: DE200510055672
Authority: DE
Inventors: Roman Brauneis; Dejan Jovovic; Maximilian Dr. Kronberger; Wolfgang Dr. Rock
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor (100), mit steuerbarem Einspritzdruck (p¶E¶) zum Einspritzen von Kraftstoff (300) in einen Brennraum (400) eines Verbrennungsmotors, mit einem Steuerventil (200), das in einer ersten Schaltstellung einen Zulaufbereich (Z) eines zu dosierenden Fluids (300) mittels eines Hauptventilglieds (210) in Schließposition von einem Hochdruckbereich (H, 152) des Injektors (100) fluidisch trennt und das in einer zweiten Schaltstellung den Hochdruckbereich (H, 152) mittels eines Steuerventilglieds (220) in Schließposition von einer entleerbaren Steuerkammer (110) des Injektors (100) fluidisch trennt, deren Fluiddruck (p¶110¶) auf eine Düsennadel (120) in Schließrichtung wirkt, wobei Hauptventilglied (210) und Steuerventilglied (220) von einer einzigen Aktoreinheit (140) aufeinander folgend in ihre jeweiligen Schließpositionen bringbar sind. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Injektors.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, mit steuerbarem Einspritzdruck zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines entsprechenden Injektors.
Für eine gute Aufbereitung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs für einen Verbrennungsmotor muss der Kraftstoff, je nach Verbrennungsverfahren, mit einem Druck bis über 2.000bar in einen Brennraum eines Motors eingespritzt und dabei mit der größtmöglichen Genauigkeit je Einzeleinspritzung (Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen) innerhalb eines Einspritzzyklus dosiert werden. Um einen Kompromiss zwischen geringem Kraftstoffverbrauch und der Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte für Emissionen (Abgase und Geräuschentwicklung des Motors) zu realisieren, ist es notwendig, den Einspritzvorgang präzise zu steuern. Hierbei sind wesentliche Parameter der jeweilige Einspritzbeginn, die jeweilige Einspritzdauer, das jeweilige Einspritzende und ein dynamisches Verhalten einer Düsennadel des Injektors bei Beginn und bei Ende einer Einspritzung. Da hierfür teilweise sehr hohe Kraftstoffdrücke notwendig sind, bestehen hohe Anforderungen an ein dynamisches Verhalten der Injektoren.
Für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung sind insbesondere eine Einspritzverlaufsformung und hohe Einspritzdrücke für die Optimierung der Emissionen erforderlich. Pro Verbrennung wird ein Einspritzzyklus mit mehreren aufeinander folgenden Einspritzungen gewünscht, die jede für sich einen unterschiedlichen Einspritzdruck aufweisen soll. Um die zukünftigen Euro-5-Richtlinien (und darauffolgende) für Emissionen zu erfüllen, muss ein piezobetätigter Pumpe-Düse-Injektor mit einspritzsynchroner Druckerzeugung innerhalb eines Zyklus (Arbeitstakt eines Vier-Takt-Motors) sieben getrennte Einspritzungen mit variablen Düsenöffnungsdrücken darstellen können. Hierbei soll der Einspritzdruck für Kleinstmengen niedrig und für große Mengen hoch sein, um eine gute Zerstäubung bei kurzer Einspritzdauer zu realisieren.

Aus der DE 103 33 573 B3 ist ein piezoelektrisch betätigter Common-Rail-Injektor mit direkt gesteuerter Düsennadel, also ohne Steuerkammer und Servoventil, bekannt. Hierbei wirken zwei Endflächen eines mit einem Piezoaktor verbundenen Kolbens über zwei zu diesen Flächen zugehörigen Übersetzerräumen auf wiederum zwei Kolbenendflächen in zwei anderen Übersetzerräumen, wobei letztere Kolbenendflächen einem Kolben zugehörig sind, der fest mit der Düsennadel des Injektors verbunden ist. Jeweils zwei korrespondierende Übersetzerräume sind dabei über Fluidleitungen parallel geschaltet. Über eine Dimensionierung der jeweiligen Kolbenendflächen ist eine Dynamik der Düsennadelbewegung einstellbar. Durch einen vergleichsweise kleinen Durchmesser des düsenseitigen Kolbens erhält man einen schnellen, und durch einen vergleichsweise großen Durchmesser dieses Kolbens erhält man einen langsameren Common-Rail-Injektor.

Hierdurch ist die Dynamik der Bewegung der Düsennadel von vornherein fest eingestellt und kann nur noch über eine Raildruckanpassung bzw. eine Ansteuerung (Hub) des Piezoaktors beeinflusst werden. Darüber hinaus können Common-Rail-Injektoren den Einspritzdruck während eines Einspritzzyklus nicht verändern. Der Einspritzdruck kann über eine Raildruckanpassung nur von Einspritzzyklus zu Einspritzzyklus erfolgen, wodurch sich große Schwierigkeiten bei den einzuspritzenden Klein- und Kleinstmengen ergeben.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Injektor, insbesondere einen verbesserten Kraftstoffinjektor, zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll der Injektor je Ein spritzzyklus einen unterschiedlichen Einspritzdruck für Teileinspritzungen innerhalb eines Einspritzzyklus realisieren können. Ferner soll der Injektor innerhalb eines Einspritzzyklus sieben oder mehr getrennte Einspritzungen mit bevorzugt variablen Düsenöffnungsdrücken darstellen.

Die Erfindung wird mittels eines Injektors mit steuerbarem Einspritzdruck gelöst, wobei ein den Injektor steuerndes Steuerventil zwei Ventilglieder – ein Hauptventilglied und ein Steuerventilglied – aufweist. Die beiden Ventilglieder sind gemeinsam von einer einzigen Aktoreinheit des Injektors betätigbar und nacheinander in ihre jeweiligen Schließpositionen bringbar. Das Hauptventilglied öffnet oder schließt einen Fluidkanal zwischen einem Zulaufbereich des Injektors und einem stromabwärtigen Hochdruckbereich, wohingegen das Steuerventilglied eine Fluidkommunikation dieses Hochdruckbereichs mit einer Steuerkammer des Injektors ermöglicht oder unterbindet. Der Druck in der Steuerkammer wirkt mittel- oder unmittelbar auf eine Düsennadel des Injektors, an welcher an einem brennraumseitigen Ende Fluidhochdruck herrscht. Die Steuerkammer ist über eine Ablaufbohrung mit definiertem Durchmesser bzw. eine Fluiddrossel mit einem Niederdruckbereich des Injektors fluidisch verbunden. Ferner kann der Zulauf zur Steuerkammer ebenfalls einen definierten Durchmesser bzw. eine Fluiddrossel aufweisen; dies kann zusätzlich oder alternativ auch über einen Hub des Steuerventilglieds realisiert sein.

Insbesondere bei einem Pumpe-Düse-Injektor mit erfindungsgemäßem Steuerventil unterbindet das Hauptventilglied eine Fluidkommunikation zwischen dem Zulaufbereich, z. B. einem stromabwärtigen Bereich einer Förderpumpe, und einem Plungerraum des Injektors. Bei geöffnetem Steuerventilglied ist dieser Plungerraum mit der Steuerkammer in ungedrosselter Fluidverbindung, wodurch im Plungerraum und der Steuerkammer derselbe Fluiddruck herrscht. Alternativ kann diese Fluidverbindung auch gedrosselt sein (siehe oben). Bei geschlossenem Steuer ventilglied ist die Steuerkammer nicht mehr mit dem Plungerraum in Fluidverbindung, wodurch sich die Steuerkammer durch deren Ablaufbohrung hindurch entleert und somit der Druck in Schließrichtung auf die Düsennadel abnimmt. Die Düsennadel öffnet sich aufgrund des an ihr brennraumseitig anstehenden Einspritzdrucks und Kraftstoff wird eingespritzt.

Erfindungsgemäß erhält man einen Injektor, dessen Einspritzdrücke je Einzeleinspritzung innerhalb eines Einspritzzyklus steuer- und/oder wählbar sind. Bei geschlossenem Hauptventilglied und offenem Steuerventilglied muss das Steuerventilglied lediglich zu einem Zeitpunkt geschlossen werden, an welchem an der Düsennadel ein entsprechender Druck herrscht, der darauffolgend zum gewünschten Einspritzdruck führt. Durch ein zeitweiliges Öffnen des Hauptventilglieds bzw. Schließen des Hauptventilglieds zu einem bestimmten Zeitpunkt kann ein gewünschter Druck zu einem gewünschten Zeitpunkt am brennraumseitigen Ende der Düsennadel eingestellt werden. Diese entsprechenden Werte sind empirisch gut ermittelbar und werden in entsprechenden Kennfeldern abgespeichert, sodass der Betrieb des Injektors wie gewünscht erfolgen kann. Ähnliches gilt bei einem offenen Hauptventilglied, hier wird zuerst das Hauptventilglied geschlossen und darauffolgend findet dann das Schließen des Steuerventilglieds statt.

Das Schließen des Hauptventilglieds bestimmt den Druckaufbau im Plungerraum/Hochdruckbereich des Injektors maßgeblich, sodass ein Öffnen/Schließen des Hauptventilglieds zu einem bestimmten Zeitpunkt, zeitlich danach zu einem gewünschten, u. a. vom Kurbelwellenwinkel abhängigen, Einspritzdruck führt. Dies gilt auch für das Steuerventilglied, nur in geringerem Maße. Ferner ist hierfür eine Position eines Plungers des Injektors sowie dessen Geschwindigkeit wichtig. Dies ist bei der Ansteuerung des erfindungsgemäßen Steuerventils zu beachten.

Dadurch, dass die beiden Ventilglieder des Steuerventils von einem Piezoaktor aufeinander folgend in ihre jeweilige Schließposition bringbar sind, lässt sich eine Siebenfach-Einspritzung innerhalb eines Einspritzzyklus realisieren. Durch die erfindungsgemäße Doppelventilausführung des Steuerventils lässt sich ein einspritzsynchroner Druckaufbau bei einem Pumpe-Düse-Injektor gut realisieren, was zusätzlich eine Verlustleistung des Injektors aufgrund Leckage reduziert. Die erfindungsgemäße Doppelventilausführung ermöglicht eine vielseitige Einspritzverlaufsformung mit unterschiedlichen Einspritzdrücken mit nur einem einzigen Piezoaktor.

Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Injektor mit direkt gesteuerter Düsennadel ein schnelles Öffnen und ein schnelles Schließen der Düsennadel, wodurch sich kontrollierbare Kleinstmengen und ein schnelles Einspritzende realisieren lassen, was für die Abgasemissionen von Vorteil ist. Das erfindungsgemäße Steuerventil benötigt aufgrund seiner kompakten Bauweise wenig Bauraum innerhalb des Injektors und erlaubt eine fertigungstechnisch kostengünstige Realisierung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hochdruckbereich des Steuerventilglieds druckausgeglichen, insbesondere absolut druckausgeglichen. Dies wird mittels einer Druckausgleichsscheibe realisiert, die einerseits auf einen Mittelabschnitt des Steuerventilglieds genau abgestimmt ist und andererseits fest in einem Gehäuse des Steuerventilglieds montierbar ist. Hierbei begrenzt die Druckausgleichsscheibe den Hochdruckbereich des Steuerventilglieds und dichtet diesen gegenüber einem Niederdruckbereich des Steuerventils ab. Andererseits ist ein Führungsabschnitt des Steuerventilglieds derart ausgebildet, dass dessen Durchmesser dem des abgestimmten Durchmessers mit der Druckausgleichsscheibe entspricht und ebenfalls den Hochdruckbereich gegenüber einem Niederdruckbereich abdichtet. Ferner entspricht der Durchmesser eines Steuerventilsitzes zwischen Mittelabschnitt und Führungsabschnitt ebenfalls dem abgestimmten Durchmesser des Steuerventilglieds mit der Druckausgleichsscheibe, sowie dem Durchmesser des Führungsabschnitts. Hierdurch ist das Steuerventilglied in seiner Offen- und seiner Schließposition druckausgeglichen und kann zu jedem Zeitpunkt – abgesehen von einer Rückstellkraft – nahezu kräftefrei betätigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hochdruckbereich des Hauptventilglieds ebenfalls druckausgeglichen. Hierfür ist ein Durchmesser eines Ventilsitzes des Hauptventilglieds gleich einem hochdruckseitigen Durchmesser eines Führungsabschnitts des Hauptventilglieds. Der Zulaufbereich des Hauptventilglieds kann ebenfalls druckausgeglichen sein, wobei ein Führungsabschnitt des Hauptventilglieds am Vorlaufbereich dem des Hauptventilsitzes entspricht. Hierdurch ist das Hauptventilglied – abgesehen von einer Rückstellkraft – ebenfalls nahezu kräftefrei zu jeder Zeit bewegbar.

Der Druckausgleich des Doppelventils an dessen Hochdruckbereich bzw. dessen Hochdruckbereichen ermöglicht steuerbare Einspritzdrücke größer als 600bar und reduziert einen Energiebedarf des Piezoaktors aufgrund eines Wegfallens hydraulischer Kräfte am Steuerventilglied bzw. den Ventilgliedern.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerventilglied koaxial zum Hauptventilglied angeordnet und abschnittsweise in diesem geführt. Bevorzugt liegt diese Führung in einem Niederdruckbereich des Steuerventils, in dem auch die beiden Ventilglieder gegeneinander vorgespannt sind, wobei eine Federkraft dieser Vorspannung größer ist, als eine Federkraft eines Rückstellelements für das Hauptventilglied. Das Rückstellelement für das Hauptventilglied befindet sich bevorzugt ebenfalls in einem Niederdruckbereich des Steuerventils und stützt sich bevorzugt mit einem Ende am Hauptventilglied und mit dem anderen Ende bevorzugt an der Druckausgleichsscheibe des Steuerventilglieds ab.

Entgegen der Druckvorspannung der beiden Rückstellelemente drückt der Piezoaktor ausschließlich auf das Steuerventilglied, welches über die Vorspannung zwischen den beiden Ventilgliedern das Hauptventilglied bis in dessen Schließposition (= erste Schaltstellung des Steuerventils) mitbewegt. Überwindet der Piezoaktor die Vorspannung zwischen den beiden Ventilgliedern, so bewegt sich auch das Steuerventilglied in dessen Schließposition (= zweite Schaltstellung des Steuerventils). Hierdurch ist die Steuerung beider Ventilglieder mittels eines einzigen Piezoaktors realisiert. Durch die innere Vorspannung der beiden Ventilglieder sinkt der Energiebedarf des Piezoaktors während einer ersten Hubstufe des Steuerventils. Bis zur Schließposition des Hauptventilglieds ist die vorgespannte Verbindung zwischen Haupt- und Steuerventilglied quasi als steif zu betrachten.

Eine Steuerung mehrerer aufeinander folgender Einspritzungen innerhalb eines Einspritzzyklus findet dergestalt statt, dass durch ein erstmaliges Schließen des Hauptventilglieds ein Druckaufbau im Plungerraum des Injektors initiiert wird, und durch ein Schließen des Steuerventilglieds die Steuerkammer vom Plungerraum fluidisch getrennt wird und es durch den Druckabfall in der Steuerkammer der Düsennadel ermöglicht ist, sich aus ihrem Düsennadelsitz zu bewegen. Anschließend bewegt sich das Steuerventilglied wieder in seine Offenposition; ein Druckaufbau in der Steuerkammer findet statt und schließt die Düsennadel. Das Schließen und Wiederöffnen des Steuerventilglieds (bei geschlossenem Hauptventilglied) kann mehrfach erfolgen, wodurch sich eine Mehrfacheinspritzung ergibt. Alternativ dazu kann während eines Einspritzzyklus das Hauptventilglied zusätzlich zum Steuerventilglied geöffnet und wieder geschlossen werden. Hierbei sinkt der Druck im Plungerraum stark ab und es schließt sich eine längere Spritzpause an. Dies ist vor allem für darauffolgend einzuspritzende, geringe Einspritzmengen von Vorteil.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen teilweise geschnittenen erfindungsgemäßen Injektor;
2 eine Steuerventilsektion des Injektors aus 1;
3 einen ovalen Ausschnitt A aus 2; und
4 einen Steuerventilhub, einen Druck in einem Plungerraum und eine Einspritzrate des erfindungsgemäßen Injektors bei einer 6-fach-Einspritzung.
Die folgenden Ausführungen betreffen einen Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektor. Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt sein, sondern sämtliche Injektoren, z. B. Common-Rail-Injektoren, umfassen.
1 zeigt einen Pumpe-Düse-Injektor 100 zum Einspritzen von Kraftstoff 300 in einen Brennraum 400 einer Brennkraftmaschine. Der Injektor 100 weist innenliegend einen Plunger 150 bzw. Pumpenkolben 150 auf, der in einem Pumpenzylinder 155 hin- und herbewegbar ist. Der Pumpenkolben 150 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte, oben liegende Nockenwelle der Brennkraftmaschine über einen Kolben 160 angetrieben, der von einer Kolbenfeder 162 zurückstellbar ist. Ein Kompressionsraum 150 des Pumpenzylinders 150 ist der Plungerraum 152, der über eine Düsenleitung 180 mit einem brennraumseitigen (400) Düsennadelsitz 122 in ständiger, ungedrosselter Fluidverbindung steht.
Ein Fluiddruck p_E (Einspritzdruck) aus der Düsenleitung 180 wirkt auf eine Düsennadel 120 in ihre Öffnungsrichtung vom Düsennadelsitz 122 weg. Hierbei greift der Druck p_E an einer Druckschulter der Düsennadel 120 an. Entgegen dieses Öff nungsdrucks p_E wirken eine Düsennadelfeder 126 und ein Steuerkolben 130, der an seinem der Düsennadel 120 abgewandeten freien Ende mit einem Fluiddruck p₁₁₀ (Steuerkammerdruck) beaufschlagt ist, in eine Schließrichtung (in Richtung des Düsennadelsitzes 122) der Düsennadel 120. Der Steuerkolben 130 und die Düsennadelfeder 126 wirken dabei gemeinsam über eine Scheibe 128 auf die Düsennadel 120. Die Düsennadelfeder 126 stützt sich dabei mit einem der Scheibe 128 gegenüberliegenden Ende an einem Gehäuseabschnitt des Injektors 100 ab. Die Anordnung von Düsennadel 120, Düsennadelfeder 126, Steuerkolben 130 und Scheibe 128 kann jedoch auch anders realisiert sein. So können z. B. die Düsennadelfeder 126 und der Steuerkolben 130 unabhängig voneinander auf die Düsennadel 120 wirken. Darüber hinaus ist es möglich Düsennadel 120 und Steuerkolben 130 stofflich einstückig auszubilden bzw. den Steuerkolben 130 wegzulassen und den Fluiddruck p₁₁₀ direkt auf die Düsennadel 120 in deren Schließrichtung wirken zu lassen.
Der Steuerkolben 130 ist an seinem der Düsennadel 120 gegenüberliegenden Ende über eine dort vorgesehene Steuerkammer 110 mit Fluid 300 unter Hochdruck p_H beaufschlagt, wobei der Hochdruck p_H in Schließrichtung der Düsennadel 120 auf den Steuerkolben 130 einwirkt. Die Steuerkammer 110 ist einerseits über eine Zulaufbohrung 112 befüllbar und andererseits über eine Ablaufbohrung 114 entleerbar, die mit einem Niederdruckbereich N des Injektors 100 in Fluidkommunikation steht. Das Steuerventil 200 ist von einem Aktor 140, insbesondere einem Piezoaktor 140, betätigbar, der über elektrische Anschlüsse 142 mit elektrischem Strom versorgt wird.
Die Ablaufbohrung 114 stellt bevorzugt eine gedrosselte Verbindung zwischen der Steuerkammer 110 und dem Niederdruckbereich N her, wobei die Ablaufbohrung 114 z. B. mit einer Fluiddrossel bzw. einem definierten Durchmesser ausgestaltet ist. Die Zulaufbohrung 112 ist stromaufwärtig an einen Fluidanschluss 223 eines Steuerventilglieds 220 (siehe hierzu 2 und 3) eines Steuerventils 200 des Injektors 100 ange schlossen. Die Zulaufbohrung 112 stellt ebenfalls bevorzugt eine gedrosselte Verbindung her, wobei eine Fluiddrossel vorgesehen sein kann oder die Zulaufbohrung einen entsprechenden Durchmesser aufweist; diese Funktion kann jedoch zusätzlich oder stattdessen durch einen entsprechenden Hub des Steuerventilglieds 220 erflogen (siehe unten). Darüber hinaus ist es möglich, diese Zulaufdrossel zwischen Plungerraum 152 und einem Steuerventildichtsitz 226 vorzusehen.
Das Steuerventil 200 ist ein zweistufiges Ventil, dessen Hochdruckbereich H absolut druckausgeglichen ist. Das Steuerventil 200 ist am Besten in der 2 zu erkennen, wobei ein Ausschnitt A der 2 in 3 näher dargestellt ist. Das Steuerventil 200 setzt sich aus zwei Ventilgliedern 210, 220 – dem Hauptventilglied 210 und dem Steuerventilglied 220 – zusammen.
Das Hauptventilglied 210 öffnet oder verschließt eine Fluidpassage zwischen einem Zulaufbereich Z mit dem Zulauf druck p_Z und dem Hochdruckbereich H mit dem Hochdruck p_H des Injektors 100. Der Zulaufbereich Z des Steuerventils 200 mündet in einem Fluidanschluss 212, der Fluid 300 mit dem Zulaufdruck p_Z dem Hauptventilglied 210 zur Verfügung stellt. Befindet sich das Hauptventilglied 210 in seiner Offenposition (in den 2 und 3 nicht dargestellt), so kann Fluid 300 vom Fluidanschluss 212 über einen Hauptventilsitz 216 zu einem Fluidanschluss 214 des Hauptventilglieds 210 und von dort aus in den Plungerraum 152 des Injektors 100 gelangen. Wenn das Hauptventilglied 210 in seiner Offenposition ist, ist immer auch das Steuerventilglied 220 in seiner Offenposition (wie in den 2 und 3 dargestellt) und somit ist eine Fluidkommunikation zwischen dem Plungerraum 152, einem Fluidanschluss 222 des Steuerventilglieds 220 und von dort aus über den Steuerventildichtsitz 226 (3) zum Fluidanschluss 223 des Steuerventilglieds 220 ermöglicht, wobei der Fluidanschluss 223 in Fluidkommunikation mit der Zulaufbohrung 112 und somit der Steuerkammer 110 steht. Die jeweilig korrespondierenden Fluidanschlüsse 212, 214 und 222, 223 müssen nicht wie in den 2 und 3 angeordnet sein, sondern können auch jeweils vertauscht sein.
Die beiden Ventilglieder 210, 220 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei das Steuerventilglied 220 im Hauptventilglied 210 abschnittsweise linear geführt ist. Es ist jedoch auch möglich, das Hauptventilglied 210 im Steuerventilglied 220 abschnittsweise zu führen. Das Hauptventilglied 210 und das Steuerventilglied 220 sind gegeneinander über eine Steuerventilfeder 242, die bevorzugt innerhalb des Hauptventilglieds 210 angeordnet ist, vorgespannt. Zur Realisierung dieser Vorspannung stützt sich das Hauptventilglied 210 mit einem bevorzugt umlaufenden Rand an einem Anschlag 228 ab, der bevorzugt als Schulter 228 am Steuerventilglied 220 ausgebildet ist. Auf einer der Schulter 228 gegenüberliegenden Seite des Steuerventilglieds 220 stützt sich die Steuerventilfeder 242 einerseits an einem Einpressstopfen 240 ab, der einen Pressverband mit dem Steuerventilglied 220 bildet – dies kann jedoch auch mit anderen Verbindungstechniken realisiert sein. Andererseits stützt sich die Steuerventilfeder 242 an einem Rand des Hauptventilglieds 210 ab. Die Steuerventilfeder 242 dient der Rückstellung des Steuerventilglieds 220 in dessen geöffnete Nulllage. Zwischen der Steuerventilfeder 242 und der Schulter 228 befindet sich ein Abschnitt 229 zur Führung des Steuerventilglieds 220 im Hauptventilglied 210. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils 200 kann sich die Steuerventilfeder 242 auch zwischen der Schulter 228 des Steuerventilglieds 220 und dem Hauptventilglied 210 befinden. Über die Position des Einpressstopfens 240 lässt sich die Vorspannung der Steuerventilfeder 242 einfach einstellen.
Bevorzugt an der Längsposition des Hauptventilglieds 210, an welcher auch die Schulter 228 des Steuerventilglieds 220 am Hauptventilglied 210 in der Offenposition des Steuerventilglieds 220 anliegt, stützt sich eine Hauptventilfeder 250 an einem Rand des Hauptventilglieds 210 ab und spannt das Hauptventilglied 210 in seine Offenposition vor. Hierbei stützt sich die Hauptventilfeder 250 bevorzugt über eine Druckausgleichsscheibe 230 (siehe unten) des Steuerventilglieds 220 an einem Gehäuse 290 des Steuerventils 200 ab. Das Gehäuse 290 des Steuerventils 200 ist dabei bevorzugt ein Gehäuseabschnitt des Injektors 100. Die Hauptventilfeder 250 hat eine definierte Vorspannkraft, die kleiner ist als eine Vorspannkraft der Steuerventilfeder 242. Die Hauptventilfeder 250 dient der Rückstellung des Hauptventilglieds 210 in dessen geöffnete Nulllage.
In den Räumen des Steuerventils 200, in welchen sich die Steuerventilfeder 242 und die Hauptventilfeder 250 befinden, herrscht ein Niederdruck p_N, wobei diese Räume mit einem Rücklauf (nicht dargestellt) des Injektors 100 in Fluidkommunikation stehen. Ferner herrscht an einem dem Einpressstopfen 240 gegenüberliegenden Längsende des Steuerventilglieds 220 ebenfalls ein Niederdruck p_N, der ebenfalls mit dem Rücklauf verbunden ist. Dieses Längsende des Steuerventils 200 ist mittels eines Deckels 170 am Injektor 100 verschlossen. Die Steuerventilfeder 242 und die Hauptventilfeder 250 sind bevorzugt als Spiraldruckfedern ausgebildet. Andere Federarten, wie z. B. Tellerfedern, sind ebenfalls anwendbar.
Durch die innere Vorspannung zwischen Hauptventilglied 210 und Steuerventilglied 220 liegt während der ersten Hubstufe des Steuerventils 200 (Bewegung des Hauptventilglieds 210 zusammen mit dem Steuerventilglied 220) am Piezoaktor 140 nur die Vorspannkraft der Hauptventilfeder 250 an. Eine höhere Kraft, um die Steuerventilfeder 242 zu komprimieren, muss vom Piezoaktor 140 erst bei Schließen der zweiten Hubstufe des Steuerventils 200 (ausschließliche Bewegung des Steuerventilglieds 220) überwunden werden.
Beim erfindungsgemäßen Steuerventil 200 wird nur das Steuerventilglied 220 über den Piezoaktor 140 betätigt. Hierbei wird das Hauptventilglied 210 über die gegenüber der Hauptventilfeder 250 steifere Steuerventilfeder 242 bis in dessen Schließposition mitgenommen. Hierbei liegt das Hauptventilglied 210 am Dichtsitz 216 an und trennt den Kraftstoffzulaufbereich Z vom Hochdruckbereich H des Steuerventils 200 fluidisch ab. In dieser ersten Schaltstufe des Steuerventils 200 initiiert das Hauptventilglied 210 einen Druckaufbau im Hochdruckbereich H (u. a. Plungerraum 152) des Injektors 100 aufgrund einer abwärts (in Bezug auf die 1) gerichteten Bewegung des Plungers 150. Bei geschlossenem Hauptventilglied 210 wird der Hochdruck p_H gleichzeitig vom Plungerraum 152 über eine Zulaufbohrung 260 zum Steuerventilglied 220 und von dort, bei geöffnetem Steuerventilglied 220, zur Steuerkammer 110 (p₁₁₀ = p_H) oberhalb des Steuerkolbens 130 geleitet, und fluidisch parallel dazu über die Düsenleitung 180 in eine Düsenkammer 124. Der Druck p₁₁₀ in der Steuerkammer 110 bewirkt über der der Düsennadel 120 abgewandten Fläche des Steuerkolbens 130, über den Steuerkolben 130 auf die Düsennadel 120 eine schließende Kraft, die aufgrund einer größeren druckwirksamen Fläche des Steuerkolbens 130 größer ist, als eine öffnende Kraft auf die Düsennadel 120 in der Düsenkammer 124 und dem Düsennadelsitz 122.
Ist ein gewünschter Druck p_E am Düsennadelsitz 122 erreicht, der einem Einspritzdruck p_E entspricht, schließt das Steuerventil 200 die zweite Schaltstufe am Steuerventilsitz 226 (Steuerventilglied 220 ist in dessen Schließposition) und trennt somit die Fluidverbindung zwischen Hochdruckbereich H, 152 und der Steuerkammer 110. Aufgrund der definierten Ablaufbohrung 114 sinkt der Druck p₁₁₀ in der Steuerkammer 110 (p₁₁₀ < p_H = p_E), wodurch sich die Düsennadel 120 öffnet und eine Einspritzung beginnt. Soll die Einspritzung beendet werden, wird entweder nur das Steuerventilglied 220 in seine Offenposition oder das Steuerventilglied 220 zusammen mit dem Hauptventilglied 210 in ihre jeweiligen Offenpositionen gebracht. Beim Öffnen des Steuerventilglieds 220 steigt der Druck p₁₁₀ in der Steuerkammer 110. Der Druck p₁₁₀ auf den Steuerkolben 130 nimmt wieder auf p₁₁₀ = p_H = p_E zu und die Düsennadel 120 schließt, wobei das Schließen der Düsennadel 120 durch die Düsenfeder 126 unterstützt wird.
Um ein Schalten des Steuerventilglieds 220 insbesondere bei Drücken oberhalb von 600bar zu ermöglichen, muss ein Druckausgleich des Steuerventilglieds 220 sowohl in dessen geöffneter als auch in dessen geschlossener Stellung realisiert sein.
Für den Druckausgleich des Steuerventilglieds 220 wird das Steuerventilglied 220 mit der Druckausgleichsscheibe 230 gepaart, d. h. im Betrieb des Steuerventils 200 entspricht der Innendurchmesser der Druckausgleichsscheibe 230 bis auf eine geringe Toleranz von wenigen μm dem Außendurchmesser des Steuerventilglieds 220 an einem gemeinsamen Abschnitt 224. Anschließend wird die Druckausgleichsscheibe 230 an ihrem Umfang zusammen mit dem Steuerventilglied 220 kraftüberprüft in das Gehäuse 290 eingepresst bzw. im Gehäuse 290 festgelegt, und gegen eine Dichtlippe 232 im Gehäuse 290 gepresst, wobei es an der Dichtlippe 232 zur Abdichtung des Fluidanschlusses 223 gegenüber dem Niederdruckbereich N kommt. Ferner dichtet der gepaarte Spalt zwischen Steuerventil 220 und Druckausgleichsscheibe 230 den Fluidanschluss 223 gegenüber dem Niederdruckbereich N ab. Der gepaarte Spalt zwischen der Druckausgleichsscheibe 230 und dem Steuerventilglied 220 realisiert einerseits eine Hochdruckdichtung (p_H gegenüber p_N) und lässt andererseits eine Relativbewegung zwischen dem Steuerventilglied 220 und der Druckausgleichsscheibe 230 zu, wobei er als ein Lager für das Steuerventilglied 220 dient.
An einem aktorseitig gegenüberliegenden Ende des Steuerventilglieds 220 ist dieses mit einem Führungsabschnitt 225 im Gehäuse 290 geführt. Der Führungsabschnitt 225 dient als Spaltdichtung (Spaltdicke im Betrieb wiederum wenige μm) zwischen dem Fluidanschluss 222 und dem Niederdruckbereich N am freien Ende des Steuerventilglieds 220. Zwischen dem Füh rungsabschnitt 225 und dem gepaarten Abschnitt 224 des Steuerventilglieds 210 befindet sich der Steuerventilsitz 226, der den Fluidanschluss 222 (Zulauf) vom Fluidanschluss 223 (Ablauf) in der Schließposition des Steuerventilglieds 220 trennt.
Für den absoluten Druckausgleich in der Offen- sowie der Schließposition des Steuerventilglieds 220 ist der gepaarte Durchmesser des Abschnitts 224 des Steuerventils 220 gleich dem Durchmesser einer Dichtlinie des Steuerventilsitzes 226, der wiederum gleich dem Durchmesser des Führungsabschnitts 225 ist. Um dies zu realisieren ist der Steuerventilsitz 226 Bevorzugt ein Kegelmantel, dessen kleiner Durchmesser gleich dem Durchmesser des Führungsabschnitts 225 ist. Analog ist der kleinere Durchmesser dieses Kegelmantels gleich dem Durchmesser des gepaarten Abschnitts 224. Der kleinere Durchmesser des Steuerventilsitzes 226 entspricht somit der Dichtlinie des Steuerventilglieds 220. Hierzu kann das Steuerventilglied 220 einen entsprechend spitzeren Kegelmantel als korrespondierende Dichtfläche aufweisen; ein balliger, bevorzugt teilkugelförmiger, Abschnitt ist ebenso möglich. Dies gilt analog für einen optionalen Druckausgleich des Hauptventilglieds 210.
Zur Realisierung der Geometrie des Druckausgleichs ist bevorzugt der Fluidanschluss 223 als ein Freistich im Gehäuse 290 und der Fluidanschluss 222 bevorzugt als ein Freistich im Steuerventilglied 220 realisiert. Dies kann jedoch auch statisch umgekehrt sein. Das Steuerventilglied 220 weist im montierten Zustand innerhalb des Fluidanschluss 223 einen Wulst auf, an welchem die zum Steuerventilsitz 226 korrespondierende Dichtfläche ausgebildet ist. Zur Realisierung einer einwandfreien Montage des Steuerventilglieds 220 ist der Fluidanschluss 222 bevorzugt in einem Gehäusebereich um die Zulaufbohrung 260 herum ausgenommen. Diese Ausnehmung wird jedoch erst im Anschluss an eine gemeinsame Herstellung des Steuerventilsitzes 226 und des Führungsabschnitts 225 herge stellt. D. h. ein Gehäuseabschnitt des Fluidanschluss 222 direkt stromaufwärts des Steuerventilsitzes 226 wird gemeinsam mit dem Führungsabschnitt 225 gefertigt und hat denselben Durchmesser sowie dieselbe Oberflächenbeschaffenheit wie der Führungsabschnitt 225.
Bevorzugt sind im Betrieb des Injektors 100 die Spalte zwischen Führungsabschnitt 225 und Gehäuse 290, sowie zwischen dem gepaarten Abschnitt 224 und der Druckausgleichsscheibe 230 so gering wie möglich, sodass hierdurch möglichst wenig Leckage auftritt. Der gepaarte Abschnitt 224 des Steuerventilglieds 220 befindet sich bevorzugt in einem Mittelabschnitt des Steuerventilglieds 220. Ferner weist die Druckausgleichsscheibe 230 wenigstens eine Bohrung auf, mittels welcher der Niederdruck p_N im Raum der Hauptventilfeder 250 entleerbar ist. Diese Bohrung führt bevorzugt zu einer weiteren Bohrung im Gehäuse 290, die zum Niederdruckbereich N des freien Endes des Steuerventilglieds 220 führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist neben dem Steuerventilglied 220 wenigstens der Hochdruckbereich H des Hauptventilglieds 210 druckausgeglichen. Hierfür ist ein Führungsabschnitt 215 des Hauptventilglieds 210 im Durchmesser ebenso groß wie eine Dichtlinie des Hauptventilsitzes 216. Der Führungsabschnitt 215 befindet sich bevorzugt an einem freien Ende des Hauptventilglieds 210 und ist innerhalb des Gehäuses 290 linear beweglich. Zur Realisierung des Fluidanschluss 214 (Ablauf) weist bevorzugt das Hauptventilglied 210 einen Freistich auf; dieser kann jedoch auch im Gehäuse 290 vorgesehen sein. Die Herstellung des Hauptventilsitzes 216 und des Führungsabschnitts 215, sowie einer Ausnehmung für den Fluidanschluss 214 erfolgen analog zum Steuerventilglied 220; ebenso entspricht eine Ventilsitzgeometrie des Hauptventilglieds 210 der des Steuerventilglieds 220.
Darüber hinaus kann auch der Zulaufbereich Z des Hauptventilglieds 210 im Wesentlichen druckausgeglichen sein. Hierbei ist ein aktorseitiger Führungsabschnitt 211 des Hauptventilglieds 210 im Durchmesser möglichst gleich der Dichtlinie des Hauptventilsitzes 216. Der Druckausgleich für den Zulaufbereich Z ist jedoch im Vergleich zu dem Druckausgleich der jeweiligen Hochdruckbereiche H des Steuerventilglieds 220 und des Hauptventilglieds 210 von geringerer Bedeutung. Daher kann auf einen absoluten Druckausgleich, wie er für die Hochdruckbereiche gilt verzichtet werden. Es ist jedoch möglich einen solchen auch beim Hauptventilglied 210 einzurichten. Es muss lediglich eine zweite Druckausgleichsscheibe am Hauptventilglied 210 – analog zum Steuerventilglied 220 – vorgesehen werden.
Der Hub des Steuerventilglieds 220 kann auch zum „rate shaping", also zur Einspritzratenverlaufsformung genutzt werden. Hierbei wird das Steuerventilglied 220 nicht digital sondern kontinuierlich vom Aktor 140 angesteuert. Das Steuerventilglied 220 wirkt dabei zusammen mit dem Steuerventilsitz 226 als variable Drossel. Dies kann durch eine fixe Zulaufdrossel – in der Zulaufbohrung 112 oder dem Fluidkanal zwischen Plungerraum 152 und Steuerventilsitz 226 – noch weiter beeinflusst werden.
Die 4 zeigt schematisch einen gewünschten Einspritzzyklus einer 6-fach-Einspritzung, die sich aus zwei Voreinspritzungen Ve₁, Ve₂, einer in zwei Teile aufgesplitteten Haupteinspritzung He₁, He₂ und zwei Nacheinspritzungen Ne₁, Ne₂ aufteilt. Über diesen Einspritzratenverlauf ist ein Druck p₁₅₂ im Plungerraum 152 und darüber der Hub h des Steuerventils 200 in der 4 aufgetragen.
Der Steuerventilhub h weist zwei definierte Hubpositionen h₂₁₀, h₂₂₀ auf. Hierbei ist h₂₁₀ der Hub des Hauptventilglieds 210, welcher ebenfalls vom Steuerventilglied 220 mitgemacht wird, und der Hub h₂₂₀ der Gesamthub des Steuerventilglieds 220. Der Hub h₂₁₀ kennzeichnet die Schließposition des Haupt ventilglieds 210, wohingegen h₂₂₀ die Schließposition des Steuerventilglieds 220 kennzeichnet.
Zur Realisierung der beiden Steuerventilhübe h₂₁₀, h₂₂₀ wird der Piezoaktor 140 schrittweise angesteuert. Zuerst bewegt der Piezoaktor 140 das Steuerventilglied 220 zusammen mit dem Hauptventilglied 210 (letzteres über den Einpressstopfen 240 und die Steuerventilfeder 242) in die erste Schaltstellung des Steuerventils 200, in welcher das Hauptventilglied 210 in seiner Schließposition und das Steuerventilglied 220 in seiner Offenposition ist. Für eine Bewegung des Steuerventils 200 in dessen zweite Schaltstellung wird der Piezoaktor 140 weiter angesteuert, wobei dieser nur noch das Steuerventilglied 220 gegen die Kraft der Steuerventilfeder 242 und der Hauptventilfeder 250 in dessen Schließposition bewegt.
Es lassen sich nun eine Vielzahl von zeitlichen Abfolgen der beiden definierten Hubpositionen h₂₁₀, h₂₂₀ des Steuerventils 200 realisieren. Insbesondere durch ein Öffnen des Hauptventilglieds 210 während eines Einspritzzyklus kann der Druck im Plungerraum 152 abgebaut werden. Siehe hierzu in der 4 den Druckverlauf p₁₅₂ im Plungerraum 152 bei den Spritzpausen zwischen der ersten und der zweiten Voreinspritzung Ve₁ und Ve₂, der ersten und der zweiten Haupteinspritzung He₁ und He₂ sowie der zweiten Haupteinspritzung He₂ und der ersten Nacheinspritzung Ne₁. Der zeitliche Abstand zwischen der zweiten Voreinspritzung Ve₂ und der ersten Haupteinspritzung He₁, sowie der ersten und der zweiten Nacheinspritzung Ne₁ und Ne₂ wird nur durch ein vergleichsweise kurzes Schließen des Steuerventilglieds 220 realisiert, wodurch es möglich ist, unmittelbar aufeinander zwei Einspritzungen zu realisieren.
Ferner ist in der 4 aufgrund der vertikal gestrichelten Linien gut zu erkennen, dass der Beginn einer jeweiligen Einspritzung einem Schließen des Steuerventilglieds 220 zeitlich nacheilt. Dies ist für eine Einspritzung mit einem gewünschten Einspritzdruck p_E zu beachten. D. h. z. B. bei einem an steigenden Druck p₁₅₀ im Plungerraum 150 muss das Steuerventilglied 220 schon vor dem Erreichen des gewünschten Einspritzdrucks p_E geschlossen werden, um den gewünschten Einspritzdruck p_E zu erzielen. Ein zeitliches Positionieren dieser Flanke ist durch ein zeitlich vorangegangenes Öffnen des Hauptventilglieds 210 möglich. D. h. erfindungsgemäß ist es möglich den Einspritzdruck p_E einer jeden Einzeleinspritzung zum richtigen Zeitpunkt zu steuern und auch entsprechend einzuspritzen.
Die in der 4 dargestellte 6-fach-Einspritzung ist exemplarisch; es können mit dem erfindungsgemäßen Steuerventil 200 auch Einzel-Einspritzungen oder Mehrfach-Einspritzungen, u. a. mit mehr als sechs Einzel-Einspritzungen, realisiert werden. Ein limitierender Faktor hierfür ist hauptsächlich der insgesamt für einen Einspritzzyklus zur Verfügung stehende Zeitraum, die jeweiligen Einzel-Einspritzdauern und eine Stellgeschwindigkeit des Piezoaktors 140.

Claims

Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor (100), mit steuerbaren Einspritzdruck (p_E) zum Einspritzen von Kraftstoff (300) in einen Brennraum (400) eines Verbrennungsmotors, mit einem Steuerventil (200), das in einer ersten Schaltstellung einen Zulaufbereich (Z) eines zu dosierenden Fluids (300) mittels eines Hauptventilglieds (210) in Schließposition von einem Hochdruckbereich (H, 152) des Injektors (100) fluidisch trennt, und das in einer zweiten Schaltstellung den Hochdruckbereich (H, 152) mittels eines Steuerventilglieds (220) in Schließposition von einer entleerbaren Steuerkammer (110) des Injektors (100) fluidisch trennt, deren Fluiddruck (p₁₁₀) auf eine Düsennadel (120) in Schließrichtung wirkt, wobei Hauptventilglied (210) und Steuerventilglied (220) von einer einzigen Aktoreinheit (140) aufeinander folgend in ihre jeweiligen Schließpositionen bringbar sind.
Injektor gemäß Anspruch 1, wobei in einer Nullstellung des Steuerventils (200) das Hauptventilglied (210) in dessen Offenposition ist und eine Fluidkommunikation zwischen dem Zulaufbereich (Z) und dem Hochdruckbereich (H), insbesondere einem Plungerraum (152), des Injektors (100) ermöglicht ist.
Injektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Hauptventilglied (210) wenigstens mit einem Führungsabschnitt (211, 215), bevorzugt mit wenigstens einem Endabschnitt (211, 215), in einem Gehäuse (290) des Steuerventils (200) geführt ist, wobei das Gehäuse (290) bevorzugt ein Bereich eines Injektorgehäuses ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hauptventilglied (210) druckausgeglichen ist.
Injektor gemäß Anspruch 4, wobei der Durchmesser des Führungsabschnitts (215) des Hauptventilglieds (210) im We sentlichen gleich dem Durchmesser einer Dichtlinie eines Hauptventilsitzes (216) ist, der zusammen mit dem Hauptventilglied (210) in Schließposition den Zulaufbereich (Z) vom Hochdruckbereich (H, 152) des Injektors (100) fluidisch trennt.
Injektor gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Durchmesser des Führungsabschnitts (211) des Hauptventilglieds (210) im Wesentlichen gleich bzw. geringfügig größer als der Durchmesser der Dichtlinie des Hauptventilsitzes (216) ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Hauptventilglied (210) und das Steuerventilglied (220) gegeneinander beweglich sind, und das Steuerventilglied (220) bevorzugt abschnittsweise (229) innerhalb des Hauptventilglieds (210) verschieblich geführt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuerventilglied (220) mit einem Abschnitt (229) im Hauptventilglied (210) und mit einem Führungsabschnitt (225) im Gehäuse (290) geführt ist, das bevorzugt ein Bereich des Injektorgehäuses ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in der Nullstellung oder in der ersten Schaltstellung des Steuerventils (200) das Steuerventilglied (220) in dessen Offenposition ist und eine Fluidkommunikation zwischen dem Hochdruckbereich (H, 152), insbesondere dem Plungerraum (152) des Injektors (100), und der Steuerkammer (110) ermöglicht ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf einem Abschnitt (224), bevorzugt einem Mittelabschnitt (224), des Steuerventilglieds (220) eine mit dem Abschnitt (224) gepaarte Druckausgleichsscheibe (230) angeordnet ist, die im Gehäuse (290) festlegt ist und den Hochdruckbereich (H) am Steuerventilglied (220) von einem Niederdruckbereich (N) am Steuerventilglied (220) des fluidisch trennt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuerventilglied (220) druckausgeglichen ist.
Injektor gemäß Anspruch 11, wobei der Durchmesser des Führungsabschnitts (225) des Steuerventilglieds (220) im Wesentlichen gleich dem Durchmesser einer Dichtlinie eines Steuerventilsitzes (226) ist, der zusammen mit dem Steuerventilglied (220) in Schließposition den Hochdruckbereich (H, 152) vom steuerkammerseitigen Hochdruckbereich (H, 110) des Injektors (100) fluidisch trennt.
Injektor gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Durchmesser des gepaarten Abschnitts (224) des Steuerventilglieds (220) mit der Druckausgleichsscheibe (230) im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Dichtlinie des Steuerventilsitzes (226) ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die jeweiligen Führungsabschnitte (211, 215) des Hauptventilglieds (210) mit dem Gehäuse (290), sowie die Führungsabschnitte (224, 225) des Steuerventilglieds (220) mit der Druckausgleichsscheibe (230) und mit dem Gehäuse (290) eine enge Passung, bevorzugt eine enge Spielpassung, bilden.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Hauptventilglied (210) und das Steuerventilglied (220) gegeneinander, bevorzugt mittels einer Steuerventilfeder (242), vorgespannt sind.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Hauptventilglied (210) in der Nullstellung und bevorzugt auch in der ersten Schaltstellung des Steuerventils (200), an einer am Steuerventilglied (220) ausgebildeten Schulter (228) ansitzt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei sich das Hauptventilglied (210) mittels einer Hauptventilfeder (250) an der Druckausgleichsscheibe (230) abstützt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Steuerventilfeder (242) eine höhere Steifigkeit besitzt, als die Hauptventilfeder (250).
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei nur das Steuerventilglied (220) des Steuerventils (200) vom Aktor (140), bevorzugt einem Piezoaktor (140), betätigbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Steuerkammer (110) durch eine Zulaufbohrung (112) mit definiertem Durchmesser bzw. eine Fluiddrossel hindurch befüllbar ist, und/oder diese Funktion von einem Hub des Steuerventilglieds (220) übernehmbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Steuerkammer (110) durch eine Ablaufbohrung (114) mit definiertem Durchmesser bzw. eine Fluiddrossel (114) hindurch, mit dem Niederdruckbereich (N) des Injektors (100) in Fluidkommunikation steht.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei aus der ersten Schaltstellung des Steuerventils (200) heraus, das Steuerventilglied (220) für eine Einspritzung des Injektors (100) aus dessen Offenposition in dessen Schließposition und zurück in dessen Offenposition bewegbar ist, bzw. das Steuerventilglied (220) für eine Mehrfacheinspritzung des Injektors (100) zwischen dessen Offenposition und dessen Schließposition hin- und herbewegbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei für einen Einspritzzyklus mit mehreren Einspritzungen das Steuerventilglied (220) und im Bedarfsfall zusätzlich das Hauptven tilglied (210) zwischen deren jeweiligen Offenpositionen und deren jeweiligen Schließpositionen hin- und herbewegbar sind.
Verfahren zum Steuern eines Injektors, insbesondere eines Pumpe-Düse-Injektors, bei welchem zeitlich vor dem Beginn einer Einspritzung oder zeitlich vor dem Beginn eines Einspritzzyklus mit mehreren Einzeleinspritzungen, ein Hauptventilglied (210) eines Steuerventils (200) des Injektors (100) aus seiner Offenposition in seine Schließposition bewegt wird, und dabei einen Zulaufbereich (Z) von einem Hochdruckbereich (H, 112) des Injektors (100) fluidisch trennt, und bei Erreichen eines vorherbestimmten Einspritzdrucks (p_E) an einer Düsennadel (120) des Injektors (100), ein Steuerventilglied (220) des Steuerventils (200) aus seiner Offenposition in seine Schließposition bewegt wird, wobei eine sich entleerende Steuerkammer (110) des Injektors (100) vom Hochdruckbereich (H, 112) fluidisch getrennt wird, wobei der in der Steuerkammer (110) auf die Düsennadel (120) wirkende Fluiddruck (p₁₁₀) reduziert wird, wodurch die Düsennadel (120) aufgrund des an ihr anliegenden Einspritzdrucks (p_E) aus ihrem Düsennadelsitz (122) gehoben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Steuerventilglied (220) des Steuerventils (200) für das Beenden einer Einzeleinspritzung in seine Offenposition bewegt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei für eine Mehrfacheinspritzung des Injektors (100) das Steuerventilglied (220) und im Bedarfsfall zusätzlich das Hauptventilglied (210) zwischen deren jeweiligen Offenpositionen und deren jeweiligen Schließpositionen hin- und herbewegt werden.