WO2006069899A1

WO2006069899A1 - Kraftstoffinjektor mit direkter steuerung des einspritzventilgliedes

Info

Publication number: WO2006069899A1
Application number: PCT/EP2005/056563
Authority: WO
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2007-06-23
Also published as: EP1831539B1; US20100006675A1; EP1831539A1; DE502005009337D1; DE102005015997A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (10) mit direkter Ansteuerung eines Einspritzventilgliedes (48). Ein Aktor (14) ist in einem Hohlraum (12) aufgenommen, der über eine außerhalb des Kraftstoffinjektors (10) angeordneten Hochdruckquelle (22) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Aktor (14) ist in Schließstellung des Einspritzventilgliedes (48) bestromt und in Öffnungsstellung des Einspritzventilgliedes (48) nicht bestromt. Der Aktor (14) wirkt direkt auf einen den Übersetzerraum (36) beaufschlagenden Übersetzerkolben (24) eines Druckübersetzers (100). Im Übersetzerkolben (24) ist eine einen Steuerraum (46) begrenzende Steuerraumhülse (31) beweglich aufgenommen.

Description

Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilgliedes

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilglieds gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Stand der Technik

DE 10 2004 028 522.5 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit variabler Aktorhubüber- Setzung. Der Kraftstoffinjektor umfasst einen ein Einspritzventilglied direkt betätigenden Aktor, welcher auf das Einspritzventilglied wirkt, welches über ein Federelement in Schließrichtung beaufschlagt ist. Der Kraftstoffinjektor umfasst einen hydraulischen Kopplungsraum, der einen Übersetzerkolben und das Einspritzventilglied hydraulisch miteinander verbindet. Am Einspritzventilglied stützt sich ein hülsenförmiger Körper ab, der mit einer eine Zwischenhubsteilung des Einspritzventilgliedes bildenden Kante zusammenwirkt. Der hül- senförmige Körper ist relativ zum Einspritzventilglied bewegbar. Mit dieser Lösung lässt sich eine zweistufige Übersetzung erreichen, wobei eine erste Übersetzungsstufe durch einen Anschlag gegeben ist.

Aus DE 103 33 427 B3 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst ein Einspritzventil, welches eine Ventilnadel zum Öffnen und Schließen von Einspritzöffnungen aufweist. Es ist eine dem Einspritzventil bei Betrieb unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zuführende Leitung vorgesehen sowie ein Aktor und ein hydraulischer Koppler, der zwei über eine Kopplung eines Kopplers zusammenwirkende, linear hintereinander angeordnete Kolben aufweist. Das Kopplervolumen des Kopplers wird über Führungsspalten hintereinander angeordneter Kolben durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff gebildet. An den dem Aktor abgewandten Enden der Kolben ist je ein Füllraum angeordnet und mit einer Leitung verbunden, wobei einer der Kolben mit einer ersten Querschnittsfläche mit dem Aktor über eine Stange mit einem als Düsennadel ausge- bildeten Einspritzventilglied verbunden ist. Die beiden anderen Enden der Kolben greifen in zugeordnete Übersetzerräume ein, die über einen Kanal miteinander hydraulisch in Verbindung stehen. Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor für Hochdruckspeichereinspritzsysteme (Common-Rail) vorgeschlagen, der eine direkte Nadelsteuerung aufweist, bei der zum Öffnen eines als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes zwischen einem Aktor, wie zum Beispiel einem Piezoaktor, und dem Einspritzventilglied kein hydraulisches Ventil zwischengeschaltet ist, mit dem zum Öffnen des Einspritzventilgliedes der Druck in einem Steuerraum entlastet wird. Der Aktor, bei dem es sich bevorzugt um einen einen Piezokris- tallstapel aufweisenden Piezoaktor handelt, wird invers angesteuert, wobei der Aktor im geschlossenen Zustand des als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes bestromt ist. Zum Öffnen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes wird der Aktor in einen stromlosen Zustand geschaltet, so dass sich die Länge des Piezokristallstapels des Aktors reduziert. Dadurch wird eine Druckminderung herbeigeführt, die wiederum ein Öffnen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes nach sich zieht.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor weist ein dem Aktor zugeordneter Übersetzerkolben eine diesen umgebende Steuerraumhülse auf, wodurch ein ansonsten im Körper des Kraftstoffinjektors auszubildender Steuerraum eingespart werden kann. Der Übersetzerkolben ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass dieser sowohl einen innenliegend ausgebildeten Übersetzerraum als auch einen in Bezug auf das Einspritzventilglied außenliegenden Steuerraum beaufschlagt. Vom außenliegend angeordneten Steuerraum strömt Kraftstoff in einen Rückraum ein, welcher das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied beaufschlagt.

In der Schließstellung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes ist der Aktor bestromt. Wird die Bestromung des Aktors aufgehoben, so reduziert sich die Länge des Piezokristallstapels, wodurch der Übersetzerkolben über ein diesem zugeordnetes Federelement zurückgezogen wird und sich der Druck im innenliegenden Übersetzerraum absenkt. Die Druckabsenkung im Übersetzerraum hat zur Folge, dass sich ein das Einspritzventilglied umgebender Kolben in den Übersetzerraum bewegt. Aufgrund der Aufhebung der Bestromung des Aktors wird auch der Druck in einem Steuerraum abgesenkt, sowie in einem innerhalb des Kolbens ausgebildeten Rückraum des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes. Dazu stehen der Rückraum sowie der Steuerraum über einen eine Drosselstelle enthaltenen Kanal fluidisch miteinander in Verbindung. Fährt der Kolben aufgrund der sich einstellenden Druckminderung im Übersetzerraum, im Steuerraum und im Rück- räum des Einspritzventilgliedes auf, wird das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied ebenfalls aufgezogen, welches über einen als Hülse ausbildbaren Anschlag bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens mitgezogen wird. Bei weiterer Druckabsenkung im Rückraum des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes, hebt dieses vom als Hülse ausgebildeten Anschlag ab und öffnet weiter.

Zum Schließen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes wird der Aktor wie- der bestromt, so dass der Übersetzerkolben, der sowohl den Übersetzerraum als auch den

Steuerraum beaufschlagt, sich wieder in Richtung auf diese Räume bewegt und in diesen eine Druckerhöhung bewirkt. Über den eine Drosselstelle enthaltenen Kanal zwischen dem

Steuerraum und dem Rückraum des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes wird das Einspritzventilglied wieder in seine Schließstellung gestellt und dichtet demzufolge die in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffhungen ab.

Demzufolge wird bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Aktor, der invers angesteuert wird, ein Öffnen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes durch zwangsweise Mitnahme desselben bei Druckentlastung des Übersetzerraumes erreicht und eine weitere Öff- nungsbewegung des Einspritzventilgliedes dadurch herbeigeführt, dass der Rückraum des Einspritzventilgliedes bei Druckentlastung des Steuerraumes weiter druckentlastet wird. Beim Schließen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes erfolgt bei Bestro- mung des Aktors das Einfahren des Übersetzerkolbens sowohl in den Übersetzerraum als auch in den Steuerraum, wodurch einerseits der das Einspritzventilglied umgebende Kolben druckbeaufschlagt und andererseits der Rückraum des Einspritzventilgliedes druckbeaufschlagt wird.

Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, der eine direkte Steuerung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes bei extrem kompaktem Bauraum ermög- licht. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor zeichnet sich durch eine geringe Anzahl von Bauteilen sowie eine geringe Bauhöhe aus, was darauf beruht, dass ein hydraulisches Ventil zur Betätigung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes entfallen kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilgliedes und inverser Ansteuerung eines Aktors, und Figur 2 eine weitere Ausfuhrungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors.

Ausfuhrungsbeispiele Der Darstellung gemäß der Figur 1 ist ein Kraftstoffinjektor 10 zu entnehmen, der einen Hohlraum 12 aufweist, in welchem ein bevorzugt als Piezoaktor ausgebildeter Aktor 14 aufgenommen ist. In den Hohlraum 12 mündet eine Zuleitung 20 einer außerhalb des Kraftstoffinjektors 10 angeordneten Hochdruckquelle 22, wie zum Beispiel eines Hoch- drucksammelraumes (Common-Rail).

Der Aktor 14, vorzugsweise ein Piezoaktor, umfasst eine Anzahl von stapeiförmig übereinander geschichtet angeordneter Piezokristalle und wird invers angesteuert. Dies bedeutet, dass der Aktor 14 im geschlossenen Zustand eines als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes 48, das heißt bei verschlossenen Einspritzöffhungen 86, bestromt ist, hingegen zum Öffnen des Einspritzventilgliedes 48 in einen stromlosen Zustand geschaltet wird, was über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Ansteuerung erfolgt.

An eine dem Aktor 14 zuweisende Stirnseite 26 eines Übersetzerkolbens 24 ist ein als Rohrfeder ausgebildetes Federelement 16 angestellt. Der Übersetzerkolben 24 weist eine Ring- fläche 28 auf, welche ein weiteres Federelement 30 übergreift, welches wiederum eine Steuerraumhülse 31 übergreift. Über das vom Übersetzerkolben 24 an die Steuerraumhülse 31 angestellte weitere Federelement 30 wird die Steuerraumhülse 31 mit einer Beißkante 84 an eine erste Planfläche 70 einer Zwischenscheibe 68 des Kraftstoffinjektors 10 angestellt.

Der Steuerkolben 24 weist einen Fortsatz 32 auf, welcher einerseits als Führung für ein inneres Federelement 34 dient und andererseits einen durch eine Innenumfangsfläche 40 des Übersetzerkolbens 24 und einen Kolben 44 gebildeten Übersetzerraum 36 begrenzt. Im Ü- bersetzerraum 36 herrscht ein Druckniveau, welches mit P₁ bezeichnet ist.

Der über die Zuleitung 20 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagte Hohlraum 12 des Kraftstoffinjektors 10 weist einen Zulauf 38, 74 auf, über welchen der Kraftstoff vom Hohlraum 12 einem Düsenraum 78 zuströmt. Der Düsenraum 78 umschließt das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 48.

Der Übersetzerkolben 24 weist darüber hinaus eine Ringfläche 42 auf, welche einen Steuerraum 46 begrenzt. Der Steuerraum 46 wird durch die erwähnte Ringfläche 42 des Übersetzerkolbens 24 und durch die Innenumfangsfläche der Steuerraumhülse 31 sowie die Zwischenscheibe 68 des Kraftstoffinjektors 10 begrenzt. Der den Kolben 44 umschließende Steuerraum 46 steht über einen Kanal, in welchem eine Drosselstelle 56 ausgebildet ist, mit einem Rückraum 54 in Verbindung. Innerhalb des Rückraumes 54 ist eine das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 48 beaufschlagende Schließfeder 52 aufgenommen. Die Schließfeder 52 stützt sich einerseits auf einer Stirnseite 50 des Einspritzventilgliedes 48 und andererseits an der Innenseite des Kolbens 44 ab. Über den Kanal mit Drosselstelle 56 stehen der Rückraum 54, in dem ein Druckniveau p₃ herrscht und der Steuerraum 46, in dem ein Druckniveau von p₂ herrscht, miteinander in hydraulischer Verbindung.

Im Kolben 44 ist das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 48 bewegbar aufge- nommen. Dazu befindet sich am Kolben 44 auf der dem Düsenraum 78 zuweisenden Seite eine Glocke 60, die an einer Verstemmung 58 mit dem Kolben 44 kraft- oder formschlüssig verbunden sein kann. Die Glocke 60 im unteren Bereich des Kolbens 44 umschließt einen als Hülse ausbildbaren Anschlag 62. Im Anschlag 62 ist das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 48 in axialer Richtung bewegbar geführt. Der als Hülse ausbildbare An- schlag 62 umfasst eine erste Seite 64 sowie eine der Glocke 60 zuweisende zweite Seite 66. Der Kolben 44 mit an dieser aufgenommener Glocke 60 sind im Düsenkörper 76 des Kraftstoffinjektors 10 in vertikaler Richtung beweglich geführt.

Vom Düsenraum 78 aus strömt Kraftstoff einer Spitze 80 des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 entgegen, welches in seiner geschlossenen Stellung in einen Sitz 82 am brennraumseitigen Ende gestellt ist. Dadurch werden in einem Brennraum 88 einer Verbrennungskraftmaschine mündende Einspritzöffnungen 86 verschlossen.

Mit Bezugszeichen 90 ist eine Führungsfläche zwischen dem Übersetzerkolben 24 und dem das Einspritzventilglied 48 umgebenden Kolben 44 bezeichnet.

Der Aktor 14, welcher die Stirnseite 26 des Übersetzerkolbens 24 beaufschlagt, wird invers angesteuert. Dies bedeutet, dass der Aktor 14 im geschlossenen Zustand des Einspritzventilgliedes 48 bestromt ist, hingegen zum Öffnen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritz- ventilgliedes 48 nicht bestromt ist.

Bei bestromtem Aktor 14 und demzufolge geschlossenem Einspritzventilglied 48 ist das Einspritzventilglied 48 in seinen die Einspritzöffnungen 86 verschließenden Sitz 82 gestellt. Die in Stapelform übereinander angeordneten Piezokristalle des Aktors 14 sind entgegen der Wirkung des als Rohrfeder ausbildbaren Federelementes 16 gelängt. Die Stirnseite 26 des Übersetzerkolbens 24 ist durch den Piezoaktor 14 beaufschlagt. Der Übersetzerkolben 24 hält somit im Übersetzerraum 36 einen Druck aufrecht und ist mit seiner Ringfläche 42 in den Steuerraum 46 eingefahren, so dass in diesem ebenfalls ein erhöhter Druck herrscht. Der im Steuerraum 46 herrschende erhöhte Druck liegt über den Kanal, welcher den Rück- räum 54 mit dem Steuerraum 46 hydraulisch verbindet, an. Aufgrund des im Übersetzerraumes 36 herrschenden Druckes und dem im Rückraum 54 herrschenden Druckes ist sowohl der Kolben 44 druckbeaufschlagt als auch die Stirnseite 50 des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48. Das über den Hochdruckzulauf 38, 74 im Düsenraum 78 anstehende Kraftstoffvolumen kann, da die Einspritzöffnungen 86 durch das Einspritzventilglied 48 verschlossen sind, nicht in den Brennraum 88 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. In der Schließstellung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 liegt dieses an der ersten Seite 64 des als Hülse ausbildbaren Anschlages 62 an. Der als Hülse ausbildbare Anschlag 62 wird darüber hinaus durch die Glocke 60 an seiner zweiten Seite 66 fixiert. Der Kolben 44 samt daran aufgenommener Glocke 60 ist aufgrund des im Übersetzerraum 36 herrschenden Druckes in den Düsenkörper 76 gestellt und befindet sich in seiner unteren Anschlagsposition.

Beim Öffnen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 erfolgt eine Auihe- bung der Bestromung des Aktors 14, so dass sich die Länge des Piezokristallstapels des Aktors 14 reduziert. Aufgrund der Wirkung des als Rohrfeder ausbildbaren Federelementes 16 wird der Übersetzerkolben 24 in den Hohlraum 12 gezogen. Damit einher geht sowohl eine Druckentlastung des Übersetzerraumes 36 durch Ausfahren des Fortsatzes 32 aus diesem, als auch eine Druckentlastung des Steuerraumes 46 durch Ausfahren der Ringfläche 42 des Übersetzerkolbens 24 aus diesem. Aufgrund der Druckentlastung im Steuerraum 46 erfolgt auch eine, wenn auch zeitverzögerte, Druckentlastung des Rückraumes 54 auf der Rückseite des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48. Bei einer Ausfahrbewegung des Übersetzerkolbens 24 erfolgt demnach eine gleichzeitige Druckentlastung des Übersetzerraumes 36 sowie des Steuerraumes 46. Der den Übersetzerraum 36 mit seiner Stirnseite begrenzende Kolben 44 fährt in den Übersetzerraum 36 ein. Die am Kolben 44 angeordnete, den Anschlag 62 umschließende Glocke 60 bewirkt, dass die Düsennadel 48 bei einer Auffahrbewegung des Kolbens 44 in den Übersetzerraum 36 untergriffen wird und demzufolge der vertikalen Aufwärtsbewegung des Kolbens 44 folgt. Da gleichzeitig aufgrund der Druckentlastung im Steuerraum 46 durch die aus diesem ausfahrende Ringfläche 42 des Übersetzerkolbens 24 auch eine Druckabsenkung im Rückraum 54 erfolgt, fährt die Stirnseite 50 des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 entgegen der Wirkung der Schließfeder 52 in den Rückraum 54 ein und hebt von der ersten Seite 64 des Anschlages 62 ab. Mithin erfolgt eine weitere Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes 48 in den Rückraum 54 hinein, die durch die Federkraft der Schließfeder 52 begrenzt wird. Der im Düsenraum 78 vorhandene Kraftstoff kann nunmehr über die freigegebenen Einspritzöffnungen 86 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 in den Brennraum 88 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. Der als Hülse ausbildbare Anschlag 62 ermöglicht einerseits bei Druckentlastung des Übersetzerraumes 36 eine Mitnahmebewegung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 bei Auffahrbewegung des Kolbens 44 in den Übersetzerraum 36; andererseits wird ein Abheben des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 von der ersten Seite 64 des Anschlages 62 bei Druckentlastung des Rückraumes 54 und Druckentlastung des Steuerraumes 46 ermöglicht. Die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes 48 bei stromlos geschaltetem Aktor 14 erfolgt demnach durch eine Überlagerung der Auffahrbewegung des Kolbens 44 in den Übersetzerraum 36 bei Druckentlastung desselben und bei parallel ablaufender Druckentlastung des Rückraumes 54 in den ebenfalls druckentlasteten Steuerraum 46, wodurch die Stirnseite 50 den Einspritzventilgliedes 48 weiter in den Rückraum 54 einfährt. Beim Schließen, das heißt bei einer Bestromung des Piezoaktors 14 hingegen, erfolgt eine Drucksteigerung im Übersetzerraum 36, wodurch der Kolben 44 nach unten in Richtung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffinjektors 10 im Düsenkörper gedrückt wird und eine Drucksteigerung im Rückraum 54, der über den Kanal mit Drossel- stelle 56 hydraulisch mit dem Steuerraum 46 in Verbindung steht, in dem ebenfalls aufgrund der Einfahrbewegung des Übersetzerkolbens 24 mit seiner Ringfläche 42 der Druck ansteigt. In vorteilhafter Weise ist die Steuerraumhülse 31 so ausgebildet, dass diese einerseits den Übersetzerraum 36 begrenzt und andererseits zusammen mit der Ringfläche 42 des Ü- bersetzerkolbens 24 und einem Flächenbereich einer ersten Planfläche 70 der Zwischen- Scheibe 68 den Steuerraum 46 bildet. Eine zweite Planfläche der Zwischenscheibe 68 ist mit Bezugszeichen 72 bezeichnet.

Aufgrund der Ineinanderschaltung des Übersetzerkolbens 24 und des in diesem geführten, mittels des inneren Federelementes 34 beaufschlagten Kolbens 44 kann ein besonders kom- pakter Aufbau eines eine direkten Ansteuerung des Einspritzventilgliedes 48 ermöglichenden Kraftstoffinjektors 10 bereitgestellt werden, in welchem in vorteilhafter Weise der Steuerraum 46 durch Einsatz einer relativ zum Übersetzerkolben 24 bewegbaren Steuerraumhülse 31 gebildet ist. Dies gestattet den Verzicht auf die Herstellung des Steuerraumes 46 im Injektorkörper. Durch die Steuerraumhülse 31 kann der Steuerraum 46 im Hohlraum 12 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildet werden. Die Befüllung des Übersetzerraumes 36 und des Steuerraumes 46 erfolgt über die sich fertigungsbedingt einstellenden Spalte an der Führungsfläche 90 zwischen dem Übersetzerkolben 24 und dem Kolben 44 beziehungsweise der ersten Planfläche 70 und der Beißkante 84 an der Unterseite der Steuerraumhülse 31. Anstelle der in der Figur dargestellten Verstemmung 58 zwischen der Glocke 60 und dem KoI- ben 44 kann auch eine andere Verbindungsart gewählt werden, um die Glocke 60 mit dem Kolben 44 zu verbinden. Bei Position 58 kann auch eine stoffschlüssige Verbindung in Gestalt einer Schweißnaht zwischen dem Kolben 44 und der Glocke 60 ausgebildet werden, wobei die stoffschlüssige Verbindung nach Einführen des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 und darauf folgender Montage des Anschlages 62 zwischen dem KoI- ben 44 und der Glocke 60 hergestellt wird. Je nach Dimensionierung der im Rückraum 54 aufgenommenen Schließfeder 52 kann der Hubweg des Einspritzventilgliedes 48 relativ zum Kolben 44 definiert werden.

Im Rückraum 54 innerhalb des Kolbens 44, der über den die Drosselstelle 56 enthaltenden Kanal mit dem Steuerraum 46 hydraulisch in Verbindung steht, stellt sich bei Druckentlastung des Steuerraumes 46 aufgrund der Dimensionierung der Drosselstelle 56 beim Öffnen, das heißt bei Aufhebung der Bestromung des Piezoaktors 14, ein dementsprechend verzögerter Druckaufbau ein, mit dem eine Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der in den Brennraum 88 über die Einspritzöffnungen 86 eingespritzten Kraftstoffvolumens herbeigeführt werden kann.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors.

In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist - analog zu Figur 1 - der Übersetzerkolben 24 durch den invers angesteuerten Aktor 14 direkt beaufschlagt. Der Übersetzerkolben 24 ist analog zur Darstellung gemäß Figur 1 von einem als Spiralfeder ausgebildeten Federelement 30 umschlossen, welches die Steuerraumhülse 31 gegen den Düsenkörper 76 anstellt. Der Steuerkolben 24 umschließt den Rückraum 54 des Einspritzventilgliedes 48, in welchem ein inneres Federelement 34 angeordnet ist, welches seinerseits die Stirnseite 50 des Einspritzventilgliedes 48 beaufschlagt. In dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors umfasst ein Druckübersetzer 100 lediglich zwei hydraulische Räume, nämlich den Rückraum 54 sowie den Steuerraum 46, während in der in Figur 1 dargstellten Ausführungsvariante der Druckübersetzer 100 den Übersetzerraum 36, den Steuerraum 46 sowie den Rückraum 54 umfasst.

Analog zur Darstellung in Figur 1 ist in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante der Aktor 14 in einem Hohlraum 12 aufgenommen, der durch die Zuleitung 20 mit unter Sys- temdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Vom Hohlraum 12 aus strömt der unter Systemdruck stehende Kraftstoff durch den Injektorkörper den Kanälen 74 zu, die in den Düsenraum 78 münden. Im Düsenraum 78 liegt eine Druckstufe 92, die am nadeiförmig ausbildbaren Einspritzventilglied 48 ausgebildet ist. In der in Figur 2 dargestellten Ausiüh- rungsvariante stehen der Rückraum 54 und der Steuerraum 46 über einen Kanal 94 mit Drosselstelle 56 in Verbindung. Das Einspritzventilglied 48 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 2 umfasst einen kolbenförmigen Ansatz 44, der von einer Ringfläche 98 des Übersetzerkolbens 24 umschlossen ist. In der Darstellung gemäß Figur 2 liegt der kolbenförmige Ansatz 44 des Einspritzventilgliedes 48 auf der Ringfläche 98 des Übersetzerkolbens 24 auf. Vom Düsenraum 78 aus erstreckt sich ein Ringspalt zum Sitz 82 des Einspritzventilgliedes 48. In der in Figur 2 dargestellten Schließstellung des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 48 sind die unterhalb des Sitzes 82 ausgebildeten, in den Brennraum 88 mündenden Einspritzörrhungen 86 geschlossen.

Zum Öffnen des Einspritzventilgliedes 48 erfolgt eine teilweise oder vollständige Aufhebung der Bestromung des Aktors 14. Dadurch wird der Übersetzerkolben 24 des Druckübersetzers 100 in den Hohlraum 12 gezogen. Der Druck im Steuerraum 46 sinkt ab, wodurch auch der Druck im Rückraum 54 sinkt, da diese beiden hydraulischen Räume 54, 46 über die Drossel 56 und den Kanal 94 hydraulisch miteinander in Verbindung stehen. Beim Zurückziehen des Übersetzerkolbens 24 in den Hohlraum 12 zieht die Ringfläche 98, welche den kolbenförmigen Ansatz 44 des Einspritzventilgliedes 48 untergreift, das Einspritzventilglied 48 auf. Da auch im Rückraum 54 der Druck abfällt, wenn im Steuerraum 46 der Druck durch Ausfahren des Übersetzerkolbens 54 absinkt, hebt der kolbenförmige Ansatz 44 des Einspritzventilgliedes 48 von der Ringfläche 98 ab und fährt, geführt in einer Kolbenführung 96 des Übersetzungskolbens 24, mit seiner Stirnseite 50 in den Rückraum 54 ein, wodurch das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 48 bei minimalem Hub des Aktors 14 schnell vollständig öffnet.

Zum Schließen des Einspritzventilgliedes 48 erfolgt eine Bestromung des Aktors 14, wodurch sich dessen Piezokristallstapel längt und der Übersetzerkolben 24 druckbeaufschlagt wird. Dessen Stirnseite 42 fährt in den Steuerraum 46 ein, in welchem in Folge dessen der Druck ansteigt. Aufgrund der hydraulischen Verbindung zwischen dem Steuerraum 46 und dem Rückraum 54 durch die Drosselstelle 56 mit Kanal 94 steigt auch im Rückraum 54 der Druck an. Der erhöhte Druck im Rückraum 54 wirkt auf die Stirnseite 50 am kolbenförmigen Ansatz 44 des Einspritzventilgliedes 48 und stellt dieses entgegen der im Düsenraum 78 an der dort ausgebildeten Druckstufe 92 angreifenden hydraulischen Kraft wieder in den Sitz 82, so dass die in den Brennraum 88 mündenden Einspritzöffnungen 86 wieder verschlossen werden.

Im Vergleich zur in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors um- fasst die in Figur 2 dargestellte Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors einen Druckübersetzer 100 mit zwei hydraulischen Räumen, nämlich dem Rückraum 54 und dem Steuerraum 46, die miteinander über ein Kanalsystem mit Drosselstelle 56 hydraulisch in Ver- bindung stehen.

Während die mechanische Kopplung zwischen dem Einspritzventilglied 48 und dem Kolben 44 über einen hülsenförmigen Anschlag 62 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 gebildet ist, umgreift in der Ausführungsvariante gemäß Figur 2 der Übersetzerkolben 42 den kol- benförmigen Ansatz 44 am Einspritzventilglied 48 mit einer Ringfläche 98. In beiden Ausführungsvarianten wird das bevorzugt als Düsennadel ausgebildete Einspritzventilglied 48 mittels des invers angesteuerten Aktors 14 bei teilweiser oder vollständiger Aufhebung der Bestromung desselben aufgezogen, wobei das weitere Öffnen des Einspritzventilgliedes 48 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 1 durch Einfahren in den Rückraum 54 und gemäß der Ausführungsvariante in Figur 2 durch Einfahren der Stirnseite 50 des kolbenförmigen Ansatzes 44 des Einspritzventilgliedes 48 in den Rückraum 54 ausgeführt wird, was ein schnelles Öffnen des bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes 48 zur Folge hat.

Bezugszeichenliste

10 Kraftstoffinjektor 80 Spitze Einspritzventilglied 48 12 Hohlraum 82 Sitz Einspritzventilglied 48 14 Aktor (Piezoaktor) 84 Beißkante 16 Feder 86 Einspritzöffnung 88 Brennraum

20 Zuleitung 90 Führungsfläche

22 Hochdruckquelle Übersetzerkolben 24 / Kolben 44

(Common-Rail) 92 Druckstufe

24 Übersetzerkolben 94 Kanal 26 Stirnseite 96 Kolbenführung 28 Ringfläche 98 Ringfläche 30 Federelement 100 Druckübersetzer 31 Steuerraumhülse 32 Fortsatz 34 inneres Federelement 36 Übersetzerraum (P₁) 38 Hochdruckzulauf 40 Innenumfangsfläche Übersetzerkolben 24 42 Ringfläche Übersetzerkolben 24 44 Kolben 46 Steuerraum (p₂) 48 Einspritzventilglied 50 Stirnseite Einspritzventilglied 48 52 Schließfeder Einspritzventilglied 48 54 Rückraum (p₃) 56 Kanal mit Drosselstelle 58 Verbindungsstelle 60 Glocke 62 hülsenförmiger Anschlag 64 erste Seite hülsenförmiger Anschlag 62 66 zweite Seite hülsenförmiger Anschlag 62 68 Zwischenscheibe 70 erste Planfläche 72 zweite Planfläche 74 Fortsetzung Hochdruckzulauf 76 Düsenkörper 78 Düsenraum

Claims

Patentansprüche

1. Kraftstoffinjektor (10) mit direkter Ansteuerung eines Einspritzventilgliedes (48) über einen Aktor (14), der in einem Hohlraum (12) aufgenommen ist, der über eine außer- halb des Kraftstoffinjektors (10) angeordnete Hochdruckquelle (22) mit unter hohem

Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, der Aktor (14) in Schließstellung des Einspritzventilgliedes (48) bestromt ist und in Öffnungsstellung des Einspritzventilgliedes (48) nicht bestromt ist, wobei der Aktor (14) auf einen einen Übersetzerraum (36) beaufschlagenden Übersetzerkolben (24) eines Druckübersetzers (100) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass am Übersetzerkolben (24) eine einen Steuerraum (46) begrenzende Steuerraumhülse (31) aufgenommen ist.

2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben (24) des Druckübersetzers (100) durch den Aktor (14) direkt beaufschlagt ist.

3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Übersetzerkolben (24) ein dessen Rückstellbewegung unterstützendes Federelement (16) zugeordnet ist.

4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben (24) den Übersetzerraum (36) und den Steuerraum (46) gleichzeitig druckbeaufschlagt oder druckentlastet.

5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (46) über einen eine Drosselstelle (56) enthaltenden Kanal mit einem Rückraum (54) des Einspritzventilgliedes (48) hydraulisch verbunden ist.

6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerraum (36) durch den Übersetzerkolben (24) und einen Kolben (44) begrenzt ist, in wel- chem das Einspritzventilglied (48) beweglich geführt ist.

7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückraum (54) und der Steuerraum (46) über eine eine Drosselstelle (56) enthaltene Leitung (94) hydraulisch miteinander gekoppelt sind.

8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (46) vom Düsenkörper (76), der Steuerraumhülse (31) und einer Ringfläche (42) des Übersetzerkolbens (24) begrenzt ist.

9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Übersetzerkolben (24) eine das Einspritzventilglied (48) umgreifende Ringfläche (98) ausgebildet ist.

10. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (44) ein Anschlag (62) angeordnet ist, auf dessen erster Seite (64) das Einspritzventilglied (48) aufliegt und dessen zweite Seite (66) vom Kolben (44) übergriffen ist.

11. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (62) von einer am Kolben (44) Stoff-, form- oder kraftschlüssig aufgenommenen GIo- cke (60) fixiert ist.

12. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schließzustand des Einspritzventilgliedes (48) und bei bestromtem Aktor (14) der Ü- bersetzerkolben (24) über den Übersetzerraum (36) den Kolben (44) unmittelbar und über den Steuerraum (46) den Rückraum (54) des Einspritzventilgliedes (48) mittelbar druckbeaufschlagt.

13. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aufhebung der Bestromung des Aktors (14) der Übersetzerraum (36) und der Steuer- räum (46) druckentlastet sind und zeitverzögert eine Druckentlastung des Rückraumes

(54) des Einspritzventilgliedes (48) erfolgt.

14. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Druckentlastung des Rückraumes (54) das Einspritzventilglied (48) vom Anschlag (62) abhebt.