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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Kraftstoff-Injektoren der vorgenannten
Art, die unter Umkehrung der Stellrichtung mit Hubübersetzung
arbeiten, sind aus der
DE
198 21 768 C2 bekannt, bei der über den Druckraum ein Spülstrom geführt wird,
der über
eine Bohrung im Druckkolben läuft,
welche einen das Stellglied beaufschlagenden, federbelasteten Plunger
aufnimmt, und der längs
der Bohrung – als
gewollte Leckage – auf
den Druckraum und von dort längs
des Stellgliedes zum Rückraum des
vom Stellglied beaufschlagten Ventilgliedes gelangt. Der Rückraum ist
an einen Rücklauf
angeschlossen. Auf den Druckraum, der – bezogen auf die Öffnungsrichtung
des Stellgliedes – einen
Anschlag aufnimmt sowie eine den Druckkolben gegen den Piezosteller
beaufschlagende Federanordnung, mündet, gegen die Zulaufrichtung über ein
Rückschlagventil
abgesichert, eine Versorgungsleitung, über die der Druckraum bei Abfall
des Piezostellers aufgefüllt wird,
so dass für
den jeweils nächstfolgenden
Arbeitstakt wiederum gleiche Ausgangsgegebenheiten – gefüllter Druckraum – gegeben
sind. Bedingt durch die Anordnung eines den Druckkolben beaufschlagenden
Federelementes im Druckraum, die Absicherung der Versorgungsleitung über ein
Rückschlagventil
und die für
die Aufrechterhaltung eines Spül stromes
gewollten Leckagekanäle
ergibt sich bei einer derartigen Lösung, bezogen auf die kleinen
Hubwege eines Piezostellers, ein verhältnismäßig großes Kompressionsvolumen, aufgrund
dessen, infolge der druckabhängigen
Kompressibilität
der Flüssigkeit,
der Nutzhub verringert wird und insbesondere auch Schwankungen in
dessen Größe eintreten.
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Mit einem im Volumen verhältnismäßig großen Druckraum
wird auch bei einem Kraftstoff-Einspritzinjektor gemäß der
US 5 875 764 gearbeitet,
bei der Druckraum einerseits über
einen vom Piezosteller beaufschlagten Druckkolben und andererseits durch
einen dem Stellglied zugeordneten Stellkolben begrenzt ist und bei
der die durch die Flächenverhältnisse
von Druckkolben und Stellkolben bedingte Hubübersetzung im Sinne einer Umsetzung
des Hubweges des Druckkolbens in eine vergrößerte, gleichgerichtete Hubbewegung
des Stellkolbens genutzt wird. Die Abstützung des Druckkolbens gegen den
Piezosteller erfolgt bei dieser Lösung zwar über ein außerhalb des Druckraumes angeordnetes
Federelement, die Versorgungsleitung des Druckraumes ist aber auch
hier über
ein Rückschlagventil
abgesichert, was eine weitere Vergrößerung des Kompressionsvolumens
des Druckraumes bedingt. Ein großes Kompressionsvolumen ist
auch bei einer Anordnung der Mündung
der Versorgungsleitung auf den Druckraum im Überfahrweg des Druckkolbens notwendig,
da die Mündung
zum Boden des Druckraumes, um übersteuert
werden zu können,
einen hinreichenden Abstand aufweisen muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einem Kraftstoff-Injektor
der eingangs genannten Art eine Minimierung des Druckraumes zu erreichen, um
Abweichungen vom durch die Flächenverhältnisse
des hydraulischen Umsetzers vorgegebenen Übersetzungsverhältnis und
damit Abweichungen von der Sollgröße der Stellwege zu vermeiden.
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Bei einem Kraftstoff-Injektor der
eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, dass als Rückschlagventil
ein im Druckraum angeordnetes Plattenventil vorgesehen wird, und
zwar bei Anordnung der Federabstützung
für den
Druckkolben außerhalb
des Druckraumes, so dass das Druckraumvolumen sowohl von durch Einbauteile
bedingten Toträumen
freigehalten ist als auch durch Leitungsabschnitte der Versorgungsleitung
nicht vergrößert wird.
Darüber
hinaus ergibt sich durch die Verwendung eines Plattenventiles eine
besonders einfache und raumsparende sowie im Hinblick auf Totraumvolumina
unkritische Konstruktion eines Rückschlagventiles.
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Das Plattenventil kann bezüglich seiner
Ventilplatte in Richtung auf seine Schließlage federnd vorgespannt sein,
so dass eine separate federnde Abstützung auf die Schließlage nicht
erforderlich ist, wenn eine solche auch mit einfachen Mitteln zu
realisieren ist, sei es durch eine eingelegte, gegen den insbesondere
hülsenförmig ausgestalteten
Druckkolben abgestützte
Ringfeder, insbesondere Tellerfeder, sei es durch ausgestellte Laschen
der Ventilplatte des Plattenventils, wobei sich letztere Ausgestaltung als
besonders einfach erweist.
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Für
die Anordnung des Plattenventils erweist sich insbesondere eine
Anordnung der auf den Druckraum mündenden Versorgungsleitung
in der Weise als zweckmäßig, dass
die Mündung
gegenüberliegend
zum Druckkolben in dem Boden des Druckraumes vorgesehen ist, wobei
das Plattenventil als das Stellglied umschließende Ventilplatte ausgestaltet
sein kann, die im Rahmen der Erfindung außerhalb des Überdeckungsbereiches
zur Mündung auch
durchbrochen ausgeführt
sein kann, zum Beispiel durch nierenförmige Ausnehmungen, die radial zur
Mündung
versetzt sind. Die Mündung
kann durch eine oder mehrere Bohrungen gebildet sein, oder auch
durch einen oder mehrere Ringkanäle.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung
nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
erläutert.
Es zeigen:
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1 in
schematischer vereinfachter Schnittdarstellung einen Ausschnitt
aus einem Kraftstoff-Injektor,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereiches des Druckraumes des hydraulischen Umsetzers, mit dem
der Kraftstoff-Injektor ausgerüstet
ist, wobei die Versorgungsleitung über eine Bohrung auf den Druckraum
ausmündet,
und
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3 eine
der 2 entsprechende
Darstellung, bei der die Versorgungsleitung zum Druckraum auf einen
Ringkanal ausmündet,
der die Mündung
bildet.
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Der in
1 in
einem schematisierten Schnitt ausschnittsweise dargestellte Kraftstoff-Injektor
zeigt einen Aufbau, wie er grundsätzlich der
DE 198 21 768 C2 zu entnehmen
ist, wobei der Ausschnitt auf die Darstellung der Betätigungsvorrichtung
1 des
Steuerventiles
2 des Kraftstoff-Injektors beschränkt ist
und lediglich einen Teil des Gehäuses
3 zeigt,
in dem der Piezosteller
4 befestigt ist, der über einen
hydraulischen Umsetzer
5 das Stellglied
6 des
nicht gezeigten Ventilgliedes des Steuerventiles
2 beaufschlagt.
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Der hydraulische Umsetzer 5 weist
einen Druckkolben 7 auf, der als Hülse ausgebildet ist, die an
ihrem dem Piezosteller 4 zugewandten, in der Zeichnung
oberem Ende einen nach radial außen auskragenden Bund 8 aufweist.
Der hülsenförmige Druckkolben 7 umschließt und führt einen
Plunger 9, der das stangenförmige Stellglied 6 beaufschlagt, wobei
das Stellglied 6 in Richtung auf den Plunger 9, was
hier nicht gezeigt ist, federbelastet und dadurch in Anlage zum
Plunger 9 gehalten ist, oder mit dem Plunger 9 auch
fest verbunden sein kann. Der Plunger 9 ist seinerseits
gegen den ihn führenden
Druckkolben 7 in Richtung auf das Stellglied 6 über ein
Federelement 10 abgestützt,
und hierzu entgegengerichtet ist der Druckkolben 7 über ein
Federelement 11 gegen eine zum Gehäuse 3 feste Hülse 12 abgestützt, wobei
das Federelement 11 zwischen dem Bund 8 des Druckkolbens 7 und
einer Schulter 13 der Hülse 12 eingespannt
ist, die eine radial innere, ringförmige, mit einer Leckageleitung 32 verbundene
Erweiterung 14 der Hülse 12 nach
der vom Piezosteller 4 abgewandten Seite axial begrenzt.
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Die in einer Bohrung 15 des
Gehäuses 3 liegende
Hülse 12 ist
nach der vom Piezosteller 4 abgelegenen, unteren Seite
gegen eine in der Bohrung 15 angeordnete Bodenplatte 16 abgestützt, die
zentral von dem stangenförmigen
Stellglied 6 durchsetzt ist, wobei im Ausführungsbeispiel
die Hülse 12 gegen
die Bodenplatte 16 über
eine Spannmutter 17 verspannt und gegenüber dem Gehäuse 3 fixiert ist
und über die
Spannmutter 17 auch die Festlegung des Piezostellers 4 gegenüber dem
Gehäuse 3 erfolgt.
Der Piezosteller 4, der im Einzelnen nicht dargestellt
ist und bevorzugt als aus Scheiben aufgebauter Schichtkörper ausgebildet
ist, dessen elektrische, nicht gezeigte Anschlüsse durch die Anschlusskappe 18 laufen,
läuft gegen
den Umsetzer 5 in einem Druckstück 19 aus, das über ein Übertragungsglied 20 gegen
den Druckkolben 7 stirnseitig abgestützt ist, wobei das Übertragungsglied 20 einen
Stützbund 21 aufweist.
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Gegenüberliegend zum Übertragungsglied 20 grenzen
der Druckkolben 7 und der Plunger 9 gegen die
Bodenplatte 16, wie insbesondere 2 und 3 zeigen,
einen Druckraum 22 ab, auf den eine bevorzugt unter Niederdruck
stehende Versorgungsleitung 31 mündet, wobei die Mündung 23 in 2 und 33 in 3 in der druckraumseitigen
Bodenfläche 24 liegt
und über
die Ventilplat te 25 eines als Rückschlagventil vorgesehenen
Plattenventiles 26 in dessen Schließlage abgedeckt ist. Auf diese
Schließlage ist
die Ventilplatte 25 federbelastet, wobei diese federnde
Abstützung
im Ausführungsbeispiel
durch eine Tellerfeder 27 veranschaulicht ist, die das
Stellglied 6 mit Spiel umschließt und radial innen gegen die
Ventilplatte 25 und radial außen gegen den Druckkolben 7 abgestützt ist,
wobei seitens des Druckkolbens 7 die Tellerfeder 27 in
einer stirnseitigen, ringförmigen
Ausnehmung 28 liegt und über diese zentriert ist.
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Die Ausgestaltung des Plattenventiles 26 in vorgeschilderter
Weise ist vorteilhaft, es kann das Plattenventil 26 aber
beispielsweise durch eine Ventilplatte 25 gebildet sein,
die, in der Wirkung der Tellerfeder 27 entsprechend, mit
gegen den Druckkolben 7 ausgestellten Federlaschen versehen
ist. Zweckmäßigerweise
sind bei einer derartigen Ausgestaltung die Federlaschen in einem
Umfangsbereich der Ventilplatte 25 freigeschnitten und
ausgestellt, der außerhalb
der Überdeckung
zur Mündung 23 liegt,
so dass auf eine Drehfixierung für
die Ventilplatte 25 verzichtet werden kann.
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Über
den Umsetzer 5 wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
die Stellrichtung 29 des Piezostellers 4 bei entsprechender Übersetzung in
eine entgegengerichtete Stellrichtung 30 des Stellgliedes 6 umgesetzt,
da bei über
das Plattenventil 26 als Rückschlagventil gegen die Versorgungsleitung 31 abgesperrten
Druckraum 22 der Volumenausgleich eine zum Druckkolben 7 gegenläufige Bewegung
des Plungers 9 bedingt und damit eine Verstellung des Stellgliedes 6 in
Stellrichtung 30, die der Öffnungsrichtung des nicht gezeigten,
vom Stellglied 6 beaufschlagten Ventilgliedes des Steuerventiles 2 entspricht.
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Die Anordnung des den Druckkolben 7 gegen
den Piezosteller 4 verspannenden Federelementes 11 außerhalb
des Druckraumes 22 zwischen Gehäuse 3 bzw. gehäusefester
Hülse 12 und
Druckkolben 7 ermöglicht
eine Minimierung des Volumens des Druckraumes 22, und insbesondere
des jeweiligen Kompressionsvolumens, das dem von Einbauteilen freien
Volumenanteil des Druckraumes 22 entspricht, zumal durch
die Ausbildung des Rückschlagventiles als
Plattenventil 26 und die Anordnung desselben im Druckraum 22 in Überdeckung
zur Mündung 23 bzw. 33 auch
Totraumvolumina zwischen Rückschlagventil
und Druckraum 22 entfallen, die dem Kompressionsvolumen
zuzurechnen wären,
und das Plattenventil 26 bauartbedingt selbst praktisch
keine Totraumvolumina bedingt. Aufgrund der Minimierung des Kompressionsvolumens
ergibt sich eine Maximierung in der Umsetzung der sehr kleinen Hubwege des
Piezostellers 4 bei kleinbauendem hydraulischem Umsetzer 5 sowie
eine sehr hohe Verstellgenauigkeit, da sich mit Verringerung des
Kompressionsvolumens auch kompressionsbedingte Abweichungen und
Streuungen reduzieren.
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Mit der Erfindung wird somit ein
Kraftstoff-Injektor geschaffen, der eine sehr genaue Dosierung der
eingespritzten Kraftstoffmengen ermöglicht, und zwar bei hoher
Wiederholgenauigkeit sowie auch kleinem und vereinfachtem Aufbau.
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Eine weitere Vereinfachung und Reduzierung
des Bauaufwandes lässt
sich im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls auch noch dadurch erreichen,
dass die Funktion des Federelementes 11 in der Abstützung des
Druckkolbens 7 gegen die Piezosteller 4 vom Federelement 10 mitübernommen wird,
sofern dies die Belastungsverhältnisse
für das Ventilglied
des Steuerventiles zulassen.
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Die Mündung 23 bzw. 33 der
Versorgungsleitung 31 auf den Druckraum 22 ist
in 2 durch den Bohrungsquerschnitt
der Versorgungsleitung 31 vorgegeben. Im Rahmen der Erfindung
liegt es, der Versorgungsleitung auch mehrere auf den Druckraum als
Bohrungen ausmündende
Abschnitte zuzuordnen.
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3 zeigt
demgegenüber
eine Lösung,
bei der die Mündung 33 der
Versorgungsleitung 31 auf den Druckraum 22 als
Ringnut bzw. Ringkanal ausgebildet ist, der in der Bodenplatte 16 vorgesehen
ist, womit sich für
die Versorgungsleitung 31 zum Druckraum 22 ein
wesentlich vergrößerter Mündungsquerschnitt
ergibt, der sich in Anbetracht der kleinen Hubwege und der dadurch
bedingten, sehr flachen Ringspalte zwischen Ventilplatte 25 und
Bodenfläche 24 vorteilhaft
auswirkt. Dies insbesondere in Verbindung mit schmalen radialen Überdeckungen
der Ventilplatte 25 zur Mündung 23 bzw. 33.
Anstelle eines Ringkanals oder einer Ringnut können auch mehrere derartige
Kanäle
oder Nuten vorgesehen sein. Dies auch in Verbindung mit einer Ausgestaltung
der Ventilplatte, bei der die Ventilplatte bezogen auf die jeweilige
Mündung
ringförmige Überdeckungsbereiche aufweist,
an die, radial gesehen, frei geschnittene Flächen, zum Beispiel nierenförmiger Ausnehmungen
anschließen,
so dass die Ventilplatte in Bereichen ohne Dichtfunktion gegebenenfalls
im Wesentlichen durchbrochen ist.
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In den Darstellungen ist die die
Ventilplatte 25 des Plattenventiles 26 beaufschlagende
Feder als Tellerfeder 27 ausgebildet, die als Druckfeder
zwischen dem Druckkolben 7 und der Ventilplatte 25 angeordnet
ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Ventilplatte
zugbelastet federnd gegen die Bodenplatte 16 zu verspannen,
wobei die federnde Verspannung beispielsweise – dies ist nicht gezeigt – über der
Ventilplatte zugeordnete und mit dieser verbundene Stelzen erfolgen
kann, die in Bohrungen der Bodenplatte, so gegebenenfalls auch Bohrungen
der Versorgungsleitung eingreifen und gegen die Bodenplatte federnd
verspannt sind. Eine solche Lösung
ermöglicht
eine weitere Minimierung des Druckraumes.