DE102004005452A1

DE102004005452A1 - Düsenhalterkombination mit direktgesteuertem Einspritzventilglied

Info

Publication number: DE102004005452A1
Application number: DE200410005452
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: DE102004005452B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (1) für Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor (1) umfasst einen Injektorkörper (2) und einen ein Einspritzventilglied (25) aufnehmenden Düsenhalter (22). Diese sind über eine Düsenspannmutter (21) miteinander druckdicht verbunden. Ein Aktor (6) wirkt auf einen Übersetzerkolben (14) der einen Steuerraum (32, 42) druckbeaufschlagt oder druckentlastet. Der mittels des Aktors (6) betätigbare Übersetzerkolben (14) ist durch mindestens einen Steuerraum (32, 42) mit dem als zweiten Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilglied (25) direkt hydraulisch gekoppelt.

Description

Technisches Gebiet
Bei Verbrennungskraftmaschinen kommen heute Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) zum Einsatz, die eine drehzahl- und lastunabhängige Einstellung des Einspritzdruckes ermöglichen. Beim Common-Rail-System sind Druckerzeugung und Einspritzung zeitlich und örtlich voneinander entkoppelt. Der Einspritzdruck wird von einer separaten Hochdruckpumpe erzeugt. Diese muss nicht zwingend synchron zu den Einspritzungen angetrieben werden. Der Druck kann unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge eingestellt werden. An die Stelle der druckgesteuerten Einspritzventile treten hier elektrisch betätigte Injektoren, mit deren Ansteuerzeitpunkt und Ansteuerdauer der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge bestimmt werden. Bei diesem Einspritzsystem besteht eine große Freiheit hinsichtlich der Gestaltung von Mehrfach- oder geteilten Einspritzungen.
Zur exakten Steuerung bzw. Regelung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunktes sind geringe Streuungen zwischen den einzelnen Zylindern und eine lange Lebensdauer der hochpräzis gefertigten Komponenten mit engen Toleranzen unabdingbar.

Aus DE 197 01 879 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllbaren gemeinsamen Hochdrucksammelraum (Common-Rail), der über Einspritzleitungen mit in dem Brennraum der zur versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist. Die Öffnungs- und Schließbewegungen der Einspritzventile werden jeweils von einem elektrisch angesteuerten Steuerventil gesteuert. Das Steuerventil kann als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet sein, welches einen an einer Einspritzöffnung des Einspritzventiles mündenden Hochdruckkanal mit der Einspritzleitung oder einer Entlastungsleitung verbindet. Dabei ist am Steuerventilglied des Steuerventiles ein mit Kraftstoffhochdruck befüllbarer hydraulischer Arbeitsraum vorgesehen, der zur Verstellung der Einstellposition des Steuerventilgliedes des Steuerventils in einen Entlastungskanal aufgesteuert werden kann.

Aus DE 197 39 905 A 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein nach außen aus dem Ventilkörper austauchendes Ventilglied. An diesem sind wenigstens zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern vorgesehen.

Bei einem nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilgliedes sind diese nacheinander aufsteuerbar. Ferner ist ein den Öffnungshubweg des Ventilgliedes begrenzender zweistufiger hydraulischer Hubanschlag vorgesehen, der als hydraulischer Dämpfungsraum mit zusteuerbarer Entlastung ausgebildet ist. Diese Entlastung erfolgt über mindestens zwei Anschliffe am Ventilglied, die während der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes nacheinander zusteuerbar sind. Dabei ist wenigstens einer der Anschliffe über einen ein Ventil enthaltender Entlastungskanal mit einem Niederdruckraum verbindbar.

Bei den oben skizzierten Lösungen gemäß DE 197 01 879 A1 sowie DE 197 39 905 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen erfolgt eine indirekte Ansteuerung des Einspritzventilgliedes. Es sind eine Vielzahl von Komponenten erforderlich, um eine Hubbewegung eines Aktors an ein Einspritzventilglied zu übertragen, was einerseits eine Vielzahl von miteinander genauestens zu montierenden Teilen bedeutet und andererseits die Bauhöhe der aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzventile negativ beeinflusst. Die Tendenz bei der Konstruktion moderner Verbrennungskraftmaschinen verläuft dahingehend, dass im Zylinderkopfbereich zunehmend weniger Platz zum Einbau von Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung steht.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine konventionelle Düsenhalterkombination in vorteilhafter Weise als Kraftstoffinjektor für Speichereinspritzsysteme einsetzen, wobei die Düsenhalterkombination eine geringe Bauhöhe aufweist und einfach aufgebaut ist. Ein Steuerraum zur Betätigung eines Einspritzventilgliedes ist durch einen Übersetzerkolben sowie einer Stirnseite des zu betätigenden Einspritzventiles begrenzt. Der Übersetzerkolben wird unmittelbar durch einen Aktor wie zum Beispiel einen Piezoaktor angesteuert, der seinerseits in einem Systemdruck beaufschlagten Druckraum der Düsenhalterkombination angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Bauform können den Steuerraum mit Steuervolumen versorgende Zuleitungskanäle mit Zulaufdrosseln sowie den Steuerraumdruck entlastende Ablaufkanäle mit Ablaufdrosseln eingespart werden. Ferner kann ein Ventilschließglied entfallen, was gemäß bisherigen Ausführungsvarianten von Kraftstoffinjektoren zum Verschließen bzw. Freigeben des den Steuerraum druckentlastenden Ablaufkanales erforderlich war. Der Steuerraum wird durch eine den unteren Schaft des Übersetzerkolbens umgebende Steuerraumhülse begrenzt, welche über eine Druckfeder stets an eine Planfläche eines Düsenkörpers angestellt ist. Der Injektorkörper und der Düsenkörper werden durch eine Düsenspannmutter miteinander verbunden, wobei eine ringförmige Beißkante der Steuerraumhülse stets an eine obere Planfläche des Düsenkörpers angestellt bleibt.

Durch eine zwischen dem Übersetzerkolben und der Oberseite der an die Planfläche des Düsenkörpers angestellten Steuerraumhülse wird einerseits gewährleistet, dass der Übersetzerkolben mit seiner Stirnseite stets an den Aktor gestellt bleibt; andererseits wird durch die Druckfeder erreicht, dass die Beißkante der Steuerraumhülse stets gegen die Planfläche des Düsenkörpers angestellt bleibt, so dass eine Abdichtung des Steuerraumes gewährleistet ist. Die Befüllung des Steuerraumes mit Kraftstoffvolumen erfolgt über die Führungsleckage zwischen der Steuerraumhülse und dem unteren Schaft des Übersetzerkolbens. Der Schließzustand des Einspritzventilgliedes wird dadurch erreicht, dass der Piezoaktor bestromt wird, was zu einer Längenänderung der stapelförmig aufgenommenen Piezokristalle führt. Der Kristallstapel beaufschlagt den Übersetzerkolben, der seinerseits den das Einspritzventilglied beaufschlagenden Steuerraum begrenzt. Wird die Bestromung des Piezoaktors hingegen aufgehoben, fährt der Übersetzerkolben in vertikale Richtung aufwärts, was zu einer Druckentlastung im Steuerraum führt und ein Einfahren der Düsennadel in diesen ermöglicht. Bei einer vertikal gerichteten Einfahrbewegung der Düsennadel in den Steuerraum werden die am brennraumseitigen Ende der Düsennadel vorgesehenen Einspritzöffnungen freigegeben und es erfolgt eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens, kann durch eine Verwendung zweier Steuerraumhülsen eine einfache Abdichtung des Steuerraumes erreicht werden. Analog zur oben skizzierten Ausführungsvariante ist eine erste Steuerraumhülse derart angeordnet, dass diese einen durch einen Piezoaktor direkt betätigbaren Übersetzerkolben umgibt. Zwischen dem Übersetzerkolben und der Steuerraumhülse ist eine Druckfeder angeordnet. Gemäß der alternativen Ausführungsvariante ist zwischen dem Injektorkörper und einem Düsenkörper eine Zwischenscheibe vorgesehen. Die Zwischenscheibe umfasst Zulaufkanäle zu einem im Düsenkörper ausgebildeten Steuerraum. Ferner ist in der Zwischenscheibe ein Verbindungskanal zwischen dem Steuerraum ausgebildet, der von der ersten Steuerraumhülse begrenzt ist in einen zweiten Steuerraum, welcher durch eine zweite Steuerraumhülse begrenzt ist. Die zweite Steuerraumhülse stützt sich ebenfalls mit einer Druckfeder an einem am Einspritzventilglied aufgenommenen Ring ab.

Bei Bestromung des Aktors fährt der Übersetzerkolben in den von der ersten Steuerraumhülse begrenzten Steuerraum ein und beaufschlagt über den in der Zwischenscheibe ausgebildeten Verbindungskanal den zweiten Steuerraum, der seinerseits durch eine Stirnseite des als Übersetzerkolben wirkenden Einspritzventiles wirkt. Dadurch ist das als Übersetzerkolben wirkende Einspritzventilglied in seine Schließstellung gefahren.

Beide skizzierten Ausführungsvarianten zeichnen sich durch einen sehr kompakten Aufbau aus; ferner können durch den Einsatz von Steuerraumhülsen, die mit ihren Beißkanten an Planflächen der Zwischenscheibe bzw. des Düsenkörpers anliegen, auf einfache Weise Versätze von Düsenkörperzwischenscheibe und Injektorkörper zueinander ausgeglichen werden; ferner erleichtert die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung den Ausgleich von Planschlägen. [Frage an Herrn Boecking: Was bitte genau sind Planschläge? Diesen Terminus habe ich noch nicht gehört, bitte kurz erläutern was Sie darunter verstehen!]

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Düsenhalterkombination mit einer einen ersten Steuerraum begrenzenden Steuerraumhülse und
2 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Düsenhalterkombination mit einer zwischen einem ersten Steuerraum und einem zweiten Steuerraum eingelassenen Zwischenscheibe zwischen Düsenkörper und Injektorkörper der Düsenhalterkombination.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß 1 ist ein Kraftstoffinjektor 1 entnehmbar, dessen Injektorkörper 2 über eine Düsenspannmutter 21 mit einem Düsenhalter 22 verbunden ist. Das Innengewinde der Düsenspannmutter 21 wird auf ein Außengewinde 20 im unteren Bereich des Injektorkörpers 2 aufgeschraubt.
Im Injektorkörper 2 ist ein Druckraum 4 ausgebildet, der über einen Hochdruckzulauf 3 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff befüllt wird. Der Hochdruckzulauf 3 steht andererseits mit einem in 1 nicht dargestellten Hochdruckspeichervolumen (Common-Rail) in Verbindung, in welchem mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Hochdruckpumpe Systemdruck aufgebaut wird. Der Systemdruck bei Speichereinspritzsystemen liegt in der Größenordnung zwischen 1400 bar und 1600 bar.
Im Druckraum 4 ist Kraftstoff 5 aufgenommen, der unter Systemdruck steht. Zur Abdichtung des Druckraumes 5, in welchem ein Aktor 6, so zum Beispiel ein Piezoaktor aufgenommen ist, ist im Bereich eines Aktorfußes 7 ein Dichtsitz 9 ausgebildet. Der Dichtsitz 9 wird durch eine im Fußbereich 7 des Aktors 6 ausgebildete Dichtkante 8 und eine am Injektorkörper 2 vorgesehene konische Dichtfläche gebildet. An dem dem Dichtsitz 9 gegenüberliegenden Ende des Aktors 6 ist eine plane Stirnfläche 11 ausgebildet, die an der Oberseite eines ersten Übersetzerkolbens 14 anliegt. Der Piezoaktor 6 umfasst eine Anzahl von Piezokristallen 12, die in Stapelform zwischen dem Dichtsitz 9 und der Stirnfläche 11 angeordnet sind. Die Bestromung des Piezokristallstapels 12 erfolgt über elektrische Anschlüsse 13, die im Bereich des Aktorfußes 7 vorgesehen sind. Innerhalb des mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoffes beaufschlagten Druckraumes 4 befindet sich der erste Übersetzerkolben 14. Der erste Übersetzerkolben ist über eine Druckfeder 15 beaufschlagt, die sich an einer ersten Steuerraumhülse 17 abstützt. Die Druckfeder 15 ist zwischen einer Ringfläche 30 der ersten Steuerraumhülse 17 und einer Ringfläche 16 des ersten Übersetzerkolbens 14 angeordnet. Über die Druckfeder 15 wird die erste Steuerraumhülse 17 mit ihrer Beißkante 18 an eine plane Stirnseite des Düsenhalters 22 angestellt, so dass ein erster Steuerraum 32 durch die Innenseite der Steuerraumhülse, den ersten Übersetzerkolben 14 und eine Stirnfläche 29 eines als zweiter Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 begrenzt ist.
Entlang der äußeren Mantelfläche der ersten Steuerraumhülse 17 strömt unter Systemdruck stehender Kraftstoff aus dem Druckraum 4 einem Düsenraumzulauf 23 zu. Der Düsenraumzulauf 23 mündet in einen Düsenraum 24 im Düsenhalter 22. Der Düsenraum 24 umgibt das als zweiter Übersetzerkolben fungierende Einspritzventilglied 25 im Bereich einer Druckstufe 26. An den Düsenraum 24 schließt sich ein Ringspalt an, der zum brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 1 gemäß der Darstellung in 1 führt. Das als zweiter Übersetzerkolben dienende Einspritzventilglied 25 ist in einen Düsensitz 27 gestellt; demzufolge sind die in einen in 1 nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 28 verschlossen.
Der erste Steuerraum 32 gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors umfasst eine in diesem aufgenommene Dichtfeder 19. Die Dichtfeder 19 wirkt als Druckfeder und stützt sich auf der Stirnseite 29 des als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 und in einer Ausnehmung des ersten Übersetzerkolbens 14 ab.
Das als zweiter Übersetzerkolben fungierende Einspritzventilglied 25 ist innerhalb einer Führung 31 im Düsenhalter 22 bewegbar aufgenommen. Die Führung 31 stellt eine weitere Begrenzung des ersten Steuerraumes 32 dar. Bei Bestromung des Piezokristallstapels 12 des Aktors 6, der von unter Systemdruck stehenden Kraftstoff 5 umgeben ist, erfolgt eine Längenänderung der einzelnen Piezokristalle des Piezokristallstapels 12. Demzufolge ist der erste Übersetzerkolben 14 mit seiner dem ersten Steuerraum 32 zuweisenden Stirnseite in den ersten Steuerraum 32 eingefahren, wodurch dieser druckbeaufschlagt bleibt. Die durch die Beißkante 18 an der Planseite des Düsenhalters 22 ausgebildete Abdichtung bewirkt, dass der im ersten Steuerraum 32 anstehende Druck an die Stirnseite 29 des als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 direkt übertragen wird und dieses demzufolge in seinen Düsensitz 27 gestellt ist. Bei bestromtem Aktor 6 sind demzufolge die am brennraumseitigen Ende des Düsenhalters 22 ausgebildeten Einspritzöffnungen 28 verschlossen.
Wird die Bestromung des Piezokristallstapels 12 des Aktors 6 aufgehoben, so erfolgt eine Rücknahme der Längenänderung der Einzelkristalle des Piezokristallstapels 12. Unterstützt durch die Druckfeder 15 fährt der erste Übersetzerkolben 14 bei Aufhebung der Bestromung des Aktors 6 nach oben, wodurch der erste Steuerraum 32 druckentlastet wird. Die Druckentlastung des ersten Steuerraumes 32 bewirkt ein Einfahren der Stirnfläche 29 des als zweiter Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 in diesen. Der im Düsenraum 24 entstehende Kraftstoff unter Systemdruck strömt über den sich an den Düsenraum 24 anschließenden Ringspalt im geöffneten Dichtsitz 27 zu und wird über die am brennraumseitigen Ende des Düsenhalters 22 vorgesehenen Einspritzöffnungen 28 in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
Die in 1 dargestellte erste Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe, einen einfachen Aubau sowie durch einen im Injektorkörper 2 liegenden Druckraum 4 aus. Dieser dient als Zusatzvolumen zur Dämpfung eventuell über den Hochdruckzulauf 3 übertragener Druckwellen, so dass am brennraumseitigen Ende im Bereich des Düsensitzes 27 Druckpulsationen weitestgehend abgebaut sind. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsvariante ermöglicht eine direkte Ansteuerung des Einspritzventilgliedes durch den Aktor 6, ohne dass Übertragungselemente – abgesehen vom ersten Übersetzerkolben 14 – benötigt werden. Aufgrund des Wegfalls von Übertragungselementen wie beispielsweise Magnetanker, Einstellscheiben zur Einstellung des Ankerhubes, Ventilschließkörper, sowie des Wegfalls toleranzempfindlicher Zulauf- und Ablaufdrosseln, lässt sich der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor wesentlich einfacher montieren.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors hervor.
Analog zur Darstellung gemäß 1 umfasst der Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 einen Druckraum 4, der über den Hochdruckzulauf 3 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff von einem in 2 nicht dargestellten Hochdruckspeichervolumen beaufschlagt wird. Im Druckraum 4, der mit unter Systemdruck stehende Kraftstoff 5 befüllt ist, befindet sich der Aktor 6, der einen Piezokristallstapel 12 aufweist. Der Druckraum 4 ist im Bereich des Aktorfußes 7 über einen Dichtsitz 9 nach außen abgedichtet; die Dichtkante ist mit Bezugszeichen 8 identifiziert. Im Bereich des Aktorfußes 7 sind elektrische Anschlüsse 13 seitlich aus dem Injektorkörper 2 herausgeführt. Die Stirnseite 11 des Aktors 6 liegt an der Oberseite des ersten Übersetzerkolbens 14 an. Der erste Übersetzerkolben 14 ist über die Druckfeder 15, die sich an die erste Steuerraumhülse 17 anschließt (vergleiche Ringfläche 30), stets gegen die Stirnseite 11 des Aktors 6 angestellt. Der erste Steuerraum 32 enthält im Gegensatz zur in 1 dargestellten Ausführungsvariante keine Dichtfeder. Der erste Steuerraum 32 wird durch die Innenseite der ersten Steuerraumhülse 17, die dem ersten Steuerraum 32 zuweisende untere Stirnfläche des ersten Übersetzerkolbens 14 sowie durch eine erste Planfläche 41 einer Zwischenscheibe 40 begrenzt. Die Beißkante 18 der ersten Steuerraumhülse 17 wird durch die Druckfeder 15 an die erste Planfläche 41 der Zwischenscheibe 40 angepresst, so dass der erste Steuerraum 32 gegenüber dem Druckraum 4, in welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff 5 anliegt, wirksam abgedichtet ist.
Unterhalb des Injektorkörpers 2 ist der in 2 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 1 die Zwischenscheibe 40 eingesetzt. Die Zwischenscheibe 40 enthält Düsenraumzuläufe 23 sowie eine Durchgangsbohrung, mit welcher der erste Steuerraum 32 mit einem weiteren, zweiten Steuerraum 42 hydraulisch verbunden ist.
Der zweite Steuerraum 42 seinerseits wird durch eine zweite Steuerraumhülse 43 gebildet. Die zweite Steuerraumhülse 43 wird über eine zweite Druckfeder 44 an eine zweite Planfläche 48 der Zwischenscheibe 40 angestellt. Über die in der Zwischenscheibe 40 ausgebildete Durchgangsbohrung zwischen dem ersten Steuerraum 32 und dem zweiten Steuerraum 42, stehen die Steuerräume hydraulisch direkt in Verbindung.
Die zweite Steuerraumhülse 43, die am Schaft des Einspritzventilgliedes 25 aufgenommen ist, ist durch die zweite Druckfeder 44 beaufschlagt. Die zweite Druckfeder 44 stützt sich an einem ringförmigen Anschlag 45, des als zweiten Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 ab. Unterhalb des ringförmigen Anschlags 45 erstrecken sich am Umfang innerhalb eines Führungsabschnittes 31 Anschliffe, die Strömungsfreiflächen 46 darstellen. Über diese vermag der Kraftstoff aus dem Düsenraum 24 einem unterhalb der Strömungsfreiflächen 46 liegenden Ringspalt zuzuströmen. In der Darstellung gemäß 2 ist das als zweiter Übersetzerkolben dienende Einspritzventilglied 25 in seinen Düsensitz 27 gestellt, so dass die in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 28 verschlossen sind.
Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors umfasst neben dem Injektorkörper 2 und dem Düsenhalter 22 die Zwischenscheibe 40. Sämtliche genannten Komponenten werden mittels einer Düsenspannmutter 21 miteinander verbunden, deren Innengewindeabschnitt in ein Außengewinde 20 im unteren Bereich des Injektorkörpers 2 eingreift. Dadurch werden eine erste Stoßfuge 33 zwischen der unteren Stirnseite des Injektorkörpers 2 und der ersten Planfläche 41 der Zwischenscheibe 40 sowie eine zweite Stoßfuge 47 zwischen der zweiten Planfläche 48 der Zwischenscheibe und der Stirnseite der Düsenhalterkombination 22 gegen Kraftstoffleckagen nach außen abgedichtet.
Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass der erste Steuerraum 32 sowie der zweite Steuerraum 42 sehr wirksam durch die mit den Planflächen 41, 47 der Zwischenscheibe 40 zusammenwirkenden Beißkanten 18 der Steuerraumhülsen 17, 43 abgedichtet werden kann. Beide Steuerraumhülsen 17, 43 werden über Druckfedern 15, 44 beaufschlagt, welche die Steuerraumhülsen 17, 43 jeweils an die gegenüberliegenden Planflächen anstellen. Die Druckfedern 15, 44 sind so dimensioniert, dass auch bei einer Vertikalbewegung des ersten Übersetzerkolbens 14 und des als zweiten Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 stets eine Abdichtung der Steuerräume 32, 42 entweder gegen den Druckraum 4 oder gegen den Düsenraum 24, in welchen jeweils Systemdruck ansteht, gewährleistet bleibt.
Im in 2 dargestellten, in den Düsensitz 25 gestellten Einspritzventilglied 25, sind die in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 28 verschlossen. Im geschlossenen Zustand des Einspritzventilgliedes 25 ist der Aktor 6 bestromt, wodurch die Einzelpiezokristalle des Piezokristallstapels 12 eine Längenänderung erfahren, welche an der Aktorstirnseite 11 unmittelbar an den ersten Übersetzerkolben 14 übertragen wird. der Druck im ersten Steuerraum 32 ist höher als der Systemdruck und wird über den in der Zwischenscheibe 40 ausgebildeten Verbindungskanal unmittelbar in den zweiten Steuerraum 42 übertragen, der die Stirnfläche 29 des als zweiten Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 beaufschlagt. Aufgrund des hohen Druckes in dem ersten und zweiten Steuerraum 32, 42 ist das als zweiter Übersetzerkolben dienende Einspritzventilglied 25 in seinen Dichtsitz 27 gestellt. Bei Aufhebung der Bestromung des Piezokristallstapels 12 des Aktors 6 nehmen die in Stapelform angeordneten Piezokristalle wieder ihre Ausgangsgröße an, d. h. Piezokristallstapel 12 zieht sich bei Aufhebung der Bestromung zusammen. Da der erste Übersetzerkolben 14 ab seiner Ringfläche 16 durch die Druckfeder 15 beaufschlagt ist, fährt der erste Übersetzerkolben 14 bei Aufhebung der Bestromung des Piezokristallstapels 12 in vertikale Richtung nach oben. Aufgrund der damit verbundenen Druckentlastung im ersten Steuerraum 32 sinkt auch der Druck im zweiten Steuerraum 42, welcher mit dem ersten Steuerraum 32 über den in der Zwischenscheibe 40 ausgebildeten Durchgangskanal verbunden ist. Der auf die Stirnfläche 29 des als zweiten Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 wirkende Druck nimmt ab und das Einspritzventilglied öffnet und Kraftstoff kann vom Düsenraum 24 über die an der Umfangsfläche des Einspritzventilgliedes ausgebildeten Anschliffe 46 im geöffneten Düsensitz 27 zuströmen und über die Einspritzöffnungen 28 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden.
Durch den Einsatz zweier gegengleich angeordneter und mit der Zwischenscheibe 40 zusammenwirkender Steuerraumhülsen 17, 43 kann eine wirksame Abdichtung des Steuerraumdruckniveaus gegen das in dem Druckraum 4 bzw. im Düsenraum 24 herrschende Systemdruckniveau mit einfachen Mitteln erreicht werden. Durch die Druckfedern 15 bzw. 44 ist sichergestellt, dass die jeweiligen Beißkanten 18 der Steuerraumhülsen 17 und 43 an die Planflächen 41, 47 dauerhaft dichtend angestellt sind. Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante zeichnet sich wie die in 1 dargestellte Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens vor allem dadurch aus, dass Planschläge [Frage an Herrn Boecking: Worum handelt es sich dabei genau? Bitte kurze klarstellende Erläuterungen dazu!] sowie Versatze bei der Montage des Kraftstoffinjektors 1 ausgeglichen werden können, ohne dass eine zusätzliche Führung der die Steuerräume 32, 42 begrenzenden Steuerraumhülsen 17, 43 erforderlich wäre.
Auch die in 2 beschriebene Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zeichnet sich durch einen sehr kompakten Aufbau aus. Auch hier fungiert der mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff 5 beaufschlagte Druckraum 4 als zusätzliches Dämpfungsvolumen, so dass über die Düsenraumzuläufe 23, die in der Zwischenscheibe 40 ausgebildet sind, keine Druckpulsationen, die zu hohen Druckspitzen am brennraumseitigen Ende des Injektors führen könnten, in den Düsenraum 24 im Düsenhalter 22 übertragen werden können. Die Anzahl der Strömungsfreiflächen 46 darstellenden Anschliffe am Umfang des als zweiten Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 kann beliebig gewählt werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsvarianten gemäß der 1 und 2 ermöglichen eine direkte Ansteuerung des jeweils als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25. Die Ausführungsvarianten gemäß der 1 und 2 unterscheiden sich lediglich dadurch, dass in der Ausführungsvariante gemäß 1 ein Steuer raum 32 eine direkte hydraulische Kopplung zwischen dem Piezoaktor 6 und dem als zweiten Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 geschaffen ist, während in der in 2 dargestellten Ausführungsvariante eine direkte hydraulische Kopplung des ersten Übersetzerkolbens 14 und des als zweiten Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilgliedes 25 über zwei miteinander gekoppelte Steuerräume 32 bzw. 42 erreicht wird. Der Einsatz von Steuerraumhülsen 17 bzw. 43 gestattet eine Abdichtung der Steuerräume nach außen gegen den Systemdruck, so dass aufgrund der Beeinflussung des Druckniveaus ein genaues Öffnen bzw. Schließen des als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes 25 herbeigeführt werden kann. Dies ist zur Reproduzierbarkeit genauester Einspritzvorgänge insbesondere bei hohen Drehzahlen einer Verbrennungskraftmaschine von ausschlaggebender Bedeutung hinsichtlich sich einstellender Emissionen sowie hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann zur Realisierung eines Kraftstoffinjektors 1 zum Einsatz von Hochdruckspeichersystemen (Common-Rail) auf einfache Standardbauteile, wie Steuerraumhülsen und nadelförmige Einspritzventilglieder zurückgegriffen werden.

1: Kraftstoffinjektor
2: Injektorkörper
3: Hochdruckzulauf
4: Druckraum
5: Kraftstoff (Systemdruck)
6: Aktor
7: Aktorfuß
8: Dichtkante
9: Dichtsitz
11: Aktorstirnseite
12: Piezokristallstapel
13: elektrischer Anschluss
14: erster Übersetzerkolben
15: erste Druckfeder
16: Ringfläche erster Übersetzerkolben
17: erste Steuerraumhülse
18: Beißkante
19: Dichtfeder
20: Außengewinde
21: Düsenspannmutter
22: Düsenhalter
23: Düsenraumzulauf
24: Düsenraum
25: Einspritzventilglied (zweiter Übersetzerkolben)
26: Druckstufe
27: Düsensitz
28: Einspritzöffnung
29: Stirnfläche Einspritzventilglied
30: Ringfläche erste Steuerraumhülse 14
31: Führungsabschnitt
32: erster Steuerraum
33: erste Stoßfuge
40: Zwischenscheibe
41: erste Planfläche der
: Zwischenscheibe 40
42: zweiter Steuerraum
43: zweite Steuerraumhülse
44: zweite Druckfeder
45: Ring
46: Strömungsfreiflächen
: (Anschliffe)
47: zweite Stoßfuge
48: zweite Planfläche der
: Zwischenscheibe 40

Claims

Kraftstoffinjektor für Speichereinspritzsysteme zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Injektorkörper (2) und einem ein Einspritzventilglied (25) aufnehmenden Düsenhalter (22), die über eine Düsenspannmutter (21) miteinander verbunden sind, sowie einem Aktor (6), der auf einen Übersetzerkolben (14) wirkt, der seinerseits einen Steuerraum (32, 42) druckbeaufschlagt oder druckentlastet, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels des Aktors (6) betätigbarer erster Übersetzerkolben (14) durch mindestens einen Steuerraum (32, 42) mit dem als zweiten Übersetzerkolben fungierenden Einspritzventilglied (25) direkt hydraulisch gekoppelt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Steuerraum (32) durch eine am ersten Übersetzerkolben (14) aufgenommene, federbeaufschlagte erste Steuerraumhülse (17) abgedichtet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerraumhülse (17) mit einer Dichtkante (18) an einer Stirnseite des Düsenkörpers (22) angesteuert ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerraumhülse (17) den ersten Steuerraum (32) gegen einen mit Systemdruck beaufschlagten Druckraum (4) im Injektorkörper (2) abdichtet.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerraumhülse (17) an eine erste Planfläche (41) einer Zwischenscheibe (40) angestellt ist, die zwischen dem Injektorkörper (2) und dem Düsenhalter (22) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Steuerraum (42) mit dem ersten Steuerraum (32) über einen in der Zwischenscheibe (40) ausgebildeten Kanal hydraulisch verbunden ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (4) und der Düsenraum (24) über in der Zwischenscheibe (40) ausgebildete Zuläufe (23) hydraulisch miteinander verbunden sind.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem zweiten Steuerraum (42) abdichtende zweite Steuerraumhülse (43) gegen eine zweite Planfläche (48) der Zwischenscheibe angestellt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (29) des als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes (25) über den vom ersten Übersetzerkolben (14) beaufschlagten ersten Steuerraum (32) druckbeaufschlagt oder druckentlastet wird.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (29) des als zweiter Übersetzerkolben dienenden Einspritzventilgliedes (25) über den ersten Steuerraum (32) und einen zweiten Steuerraum (42) druckbeaufschlagt oder druckentlastet wird, die hydraulisch miteinander gekoppelt sind.