DE102005045892A1

DE102005045892A1 - Direktbetriebener, außenöffnender Injektor

Info

Publication number: DE102005045892A1
Application number: DE102005045892A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Gottlieb; Andreas Dr. Kappel; Tim Dr. Schwebel; Carsten Wallenhauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, zum Dosieren eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, mit einem Niederdruckbereich (N), in welchem ein Festkörperaktor (60) vorgesehen ist, und einem Hochdruckbereich (H), in welchem eine außenöffnende Düsennadel (30) verschieblich vorgesehen ist, die vom Festkörperaktor (60) mechanisch direkt betätigbar ist, wobei im Betrieb des Injektors (3) die Düsennadel (30) in einer engen Spielpassung (54) des Injektors (1) geführt ist, die den Hochdruckbereich (H) vom Niederdruckbereich (N) des Injektors (1) fluidisch gedrosselt trennt, wobei ein überwiegender Anteil eines Hochdrucks (p¶H¶) bezüglich einer drucklosen (p¶ INFINITY ¶) Umgebung abfällt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, zum Dosieren eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs. Ferner betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem für Dieselmotoren, mit einem entsprechenden Injektor.

Zur Erzielung einer schadstoffarmen und energieeffizienten Kraftstoffverbrennung bei Dieselmotoren bei gleichzeitig gutem Fahrkomfort (Minimierung der Verbrennungsgeräusche, Verbesserung der Laufruhe, etc.) werden immer höhere Anforderungen an eine Gemischaufbereitung und damit an die Kraftstoffinjektoren gestellt. Diese Anforderungen bestehen hinsichtlich des Kraftstoffdruckniveaus, der Schaltdynamik und der Zumessgenauigkeit kleinster Mengen durch den Injektor. Der Trend zur Kraftstoffzumessung bei immer höheren Einspritzdrücken von derzeit ca. 1.800bar mit einer Steigerung auf Drücke von weit über 2.000bar zur besseren Kraftstoffzerstäubung und Gemischaufbereitung hält immer noch an, da einerseits die Hochdruckpumpenleistung im Kraftfahrzeug ansteigt und andererseits der Nachteil einer Leistungsminderung des Motors auf Grund der höheren Pumpenleistung durch eine effizientere und schadstoffärmere Verbrennung mehr als kompensiert werden kann.

Derzeit wird der Kraftstoff für einen Brennvorgang mittels servohydraulischer Injektoren in mehrere individuell einstellbare Teilmengen mit unterschiedlichem zeitlichem Abstand eingespritzt und verbrannt. Die Gestaltung der zeitlichen Abfolge und der Größe der (Teil-)Kraftstoffmengen ist für jeden Betriebszustand des Motors optimiert. Bis zu fünf individuelle Einspritzungen sind heute üblich und bis über sieben in der Planung. Zweck einer solchen Fragmentierung der Einspritzmengen ist es, einen für den jeweiligen Betriebszustand des Motors idealen Einspritzratenverlauf mittels gestaffelter Teileinspritzmengen möglichst gut diskret zu approximieren. Bei den servohydraulischen Injektoren gemäß dem Stand der Technik wird der Bewegungsverlauf der Düsennadel (Geschwindigkeit und Beschleunigung) im Wesentlichen durch die Eigenschaften der Servohydraulik (Dimensionierung der Zu- und Ablaufdrosseln) festgelegt. Der Bewegungsverlauf der Düsennadel ist nur in einem geringen Umfang durch das Servoventil beeinflussbar und im Wesentlichen auf das Öffnen des Servoventils zur Initiierung des Einspritzvorgangs und auf das Schließen des Servoventils zur Beendigung des Einspritzvorgangs beschränkt.

Zum Realisieren moderner Brennverfahren sind nur Injektoren geeignet, die Kraftstoff mit einer hohen Bandbreite an Einspritzraten in den Brennraum einbringen können. Dies ist u. a. dadurch bedingt, dass je nach Betriebszustand des Fahrzeugs der Kraftstoffdruck zur Verbesserung der Gesamtleistungsbilanz und des Gesamtwirkungsgrads variiert wird. Die Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe ist druckproportional und beträgt ca. 10-15kW. Ferner muss beispielsweise eine typische Volllastmenge von ca. 60mm³ bei einem maximalen Druck von ca. 2.000bar innerhalb von ca. 1-2ms zumessbar sein, wodurch der effektive Strömungsquerschnitt der Spritzlöcher vorgegeben ist. Gleichzeitig muss ebenfalls bei einem maximalen Druck beim gleichen Einspritzvorgang eine Kleinstmenge (Voreinspritzmenge) von ca. 0,75-1,5mm³ innerhalb eines Zeitraums von weniger als ca. 1ms zumessbar sein.

Ein prinzipielles Problem aller Hochdruck-Kraftstoffinjektoren mit innenöffnender Düse ist die geringe Druckdifferenz über den Spritzlöchern bei einer Kleinstmengeneinspritzung. Bei Volllast ist der Düsennadelsitz des Injektors nahezu vollständig entdrosselt, wodurch sich bei einem Kraftstoffdruck von p = 2.000bar und einem typischen Zylindergegendruck von ca. 60bar eine Druckdifferenz über den Spritzlöchern von ca. 1.940bar einstellt. Diese Druckdifferenz über den Spritzlöchern sinkt bei einer Kleinstmengeneinspritzung auf ca. 75-80bar, da der Düsennadelsitz nicht mehr vollständig entdrosselt ist. Aufgrund der geringen Druckdifferenz über den Spritzlöchern bei einer Kleinstmengeneinspritzung bleibt die Zerstäubungsgüte weit hinter dem Maß zurück, welche bei einem hohen Raildruckniveau zu erwarten wäre. Darüber hinaus befindet sich der überwiegende Anteil der Betriebszustände, die von einem Fahrzeug mit Common-Rail-Dieselmotor im Laufe der Fahrzeuglebensdauer durchlaufen werden in Teillastbereichen, bei denen keine vollständige Düsennadelsitzentdrosselung im Injektor vorliegt. Hierdurch können die Vorteile des hohen Kraftstoffdrucks nur unzureichend genutzt werden. Ferner verschärft der Bedarf einer Diskkretisierung zu immer mehr kleineren Teileinspritzmengen diese ungünstigste Situation bei innenöffnenden Kraftstoffinjektoren.

In der DE 102 469 74 A1 wird dem Problem der vergleichsweise geringen Druckdifferenz über den Spritzlöchern bei Klein- und Kleinstmengeneinspritzungen dadurch begegnet, dass ein Doppeldichtsitz (s. DE 103 158 20 A1 , DE 103 158 21 A1 ) mit zwei koaxialen Düsennadeln eingeführt wird, die zum Öffnen und Schließen einer zweiten Reihe von Spritzlöchern dienen. Zur Einspritzung kleiner und kleinster Mengen wird nur eine einzige Spritzlochreihe durch das Abheben nur einer einzigen Düsennadel freigegeben. Zur Einspritzung bei höheren Einspritzraten wird die zweite Düsennadel zusätzlich oder alternativ geöffnet.

Problematisch hierbei ist die deutlich gesteigerte mechanische Komplexität der Düsensektion und des zum Schalten der Düsennadel erforderlichen Nadelantriebs, was aufgrund einer Vielzahl von erforderlichen hochpräzisen Injektorkomponenten zu einem enormen Fertigungsaufwand führt. Ferner ist das Konzept mit zwei koaxial liegenden Düsennadeln inkompatibel zu einem präzisen und schnellen Direktantrieb der Düsennadel, welcher den Wünschen der Brennverfahrensentwickler nach einer vollvariablen Einspritzratenverlaufsformung wesentlich näher kommt.

Einen Ansatz zur kontinuierlichen Einspritzratenverlaufsformung verfolgt die EP 1 174 615 A2 . Hierbei wird ein piezoelektrischer Multilayer-Aktor nicht mehr zur Ansteuerung eines Servoventils einer Servohydraulik eingesetzt, sondern mittels eines zwischen einer innenöffnenden Düsennadel und dem Aktor zwischengeschalteten, hydraulischen Hubverstärkers (Übersetzer) wird die Düsennadel direkter durch den Aktor angetrieben, als es bei servohydraulischen Kraftstoffinjektoren möglich ist.

Hierbei taucht ebenfalls das Problem eines zu geringen Differenzdrucks an den Spritzlöchern auf, da in den Teillastbereichen der Düsennadelsitz nicht entdrosselt ist.

Ferner ist bei Injektoren gemäß dem Stand der Technik problematisch, dass die jeweiligen Einspritzmengen bei ein und demselben Injektor und auch bei verschiedenen Injektoren untereinander, kurz- und langfristig variieren. Dies wird u. a. durch Alterung, unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile, insbesondere der Piezoaktoren, und Bauteiltoleranzen hervorgerufen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Injektor zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll ein Injektor mit Potential zur freien Einspritzratenverlaufsformung bereitgestellt werden, an dessen Düse immer ein voller Kraftstoffdruck zur Erzielung bestmöglicher Gemischaufbereitung ansteht. Ferner soll der Injektor in einer Ausführungsform einen Ausgleich technisch und alterungsbedingter Längendifferenzen aufweisen, um so definierte Düsennadelhübe und exakt reproduzierbare Einspritzmengen zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Injektors, insbesondere eines Kraftstoffinjektors für Dieselmotoren gelöst, wobei eine nach außen öffnende Düsennadel von einem Festkörperaktor, bevorzugt einem piezoelektrischen Multilayer-Aktor, direkt betätigt wird. Hierbei wird die Düsennadel innerhalb des Injektors in einer Spielpassung geführt, die einen Hoch druckbereich mit einem Niederdruckbereich des Injektors fluidisch gedrosselt verbindet. Bevorzugt ist hierbei die Spielpassung als ein enger und langer Ringdichtspalt zwischen der Düsennadel und einer Innenwand in einem Düsenkörper oder in einem Zwischenstück ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Düsennadel durch eine hochdruckseitige Schulter, z. B. einer auf ihr sitzenden Führungshülse, die eine Innenwand für die Spielpassung bereitstellen kann, druckausgeglichen. Hierdurch ist die Düsennadel nahezu kräftefrei bewegbar und kann mit höchster Stellwegpräzision angetrieben werden. Erfindungsgemäß wird die Schaltgeschwindigkeit und die Stellpräzision des Festkörperaktors unmittelbar auf die Düsennadel übertragen, wodurch sich eine Teihubfähigkeit des Injektors ergibt und Potential zur Einspritzratenverlaufsformung zur Verfügung gestellt wird.

Durch das außenöffnende Konzept des Injektors fällt immer der volle Kraftstoffdruck an der Düse ab, wodurch sich – bei vorgegebenem Raildruck – jederzeit eine bestmögliche Zerstäubung des Kraftstoffs ergibt. Dies ist insbesondere bei voreinzuspritzenden Klein- und Kleinstmengen in Teillastbereichen von großem Vorteil (s. o.). Die bevorzugt lange und enge Spielpassung ist die einzige Dauerleckagestelle des Injektors, wobei aufgrund eines hohen Druckabfalls auf ca. 20bar bis ca. 100bar stromabwärts der Spielpassung, die Dauerleckage immer geringer ist, als eine Schaltleckage bei vergleichbaren Servoinjektoren. Ferner überlagern sich durch die direkt angetriebene Düsennadel während des Betriebs des Injektors elektrische Spannungen innerhalb des Festkörperaktors, welche im Vergleich zum Stand der Technik besser und eindeutiger detektierbar sind. Hierdurch erreicht man durch eine Nutzung sensorischer Effekte des Festkörperaktors eine wesentlich verbesserte Stellpräzision des Injektors und daher auch eine verbesserte Kraftstoffzumessung. Durch die Direktbetätigung einer nach außen öffnenden Düsennadel kommt man dem Wunsch der Brennverfahrensentwickler nach einer vollvariablen Einspritzratenverlaufsformung wesentlich näher.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, stützt sich der Festkörperantrieb gehäuseseitig über ein als Spielausgleichselement dienendes hydraulisches Lager (im Folgenden auch Kompensationseinrichtung genannt) und antriebsseitig direkt an der außenöffnenden Düsennadel ab. Das Spielausgleichselement dient zum Ausgleich von im Vergleich zu den Injektorschaltgeschwindigkeiten langsamen, relativen Längenänderungen zwischen Düsennadelantrieb und Injektorgehäuse. Diese sind z. B. durch aufgebrachte Kräfte bei der Montage des Injektors und/oder beim Injektoreinbau in einen Motor, durch Kraftstoffdruckänderungen, thermische Dehnungen und/oder Materialalterung bedingt. Der erfindungsgemäße hydraulische Spielausgleich besteht aus wenigstens einer, bevorzugt zwei, Hydraulikkammern, die über eine Fluidkommunikation durch Drosselbohrungen oder durch enge Spielpassungen hindurch in ihrem Volumen veränderlich sind. Eine einzelne Hydraulikkammer kann dynamisch über eine Zeitspanne von ca. 1-10ms als vollständig abgedichtet betrachtet werden; aber über Zeiträume, die mindestens eine Größenordnung darüber liegen (0,1s bis über 100s) ist eine solche Hydraulikkammer undicht und lässt Ausgleichsbewegungen von angeschlossenen Elementen ungehindert zu.

Der hydraulische Spielausgleich ist sehr einfach aufgebaut und besteht aus wenigstens zwei gegeneinander verschiebbaren Platten innerhalb eines Gehäuses, zwischen welchen eine erfindungsgemäße Hydraulikkammer ausgebildet ist, die bevorzugt ausschließlich über Fluiddrosseln mit Hydraulikfluid befüll- und entleerbar ist. Durch ein solches hydraulisches Lager werden alle alterungs-, herstellungs-, montage-, druck- und temperaturbedingten Längenänderungen des Injektorantriebs vollständig und selbsttätig ausgeglichen. Hierbei ist von Vorteil, dass das hydraulische Lager mit Leckagekraftstoff betreibbar ist, wodurch sich ein konstruktiv einfacher und kostengünstig herzustellender Aufbau (rationell herzustellen de Drehteile) ergibt, der darüber hinaus auch selbstentlüftend ausgelegt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der hydraulischen Kompensationseinrichtung, weist diese zwei, zwischen drei Scheiben ausgebildete, Hydraulikkammern auf, wobei die beiden in Längsrichtung äußeren Scheiben gegenüber der zwischen ihnen beiden eingeschlossenen Scheibe gemeinsam bewegbar sind, die ihrerseits in einem Gehäuse festgelegt ist. Im Betrieb des Injektors bzw. der Kompensationseinrichtung ist immer eine der beiden Hydraulikkammern bei Zug- oder Druckbeanspruchung im Kompressionsmodus (Druckanstieg bei Belastung), wodurch sich zu jedem Zeitpunkt eine sichere Funktion des hydraulischen Spielausgleichs einstellt, da nicht in beiden Kammern gleichzeitig Kavitation oder ein Ausgasen gelöster Gase stattfinden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Düsennadel im Bereich der Spielpassung eine Führungshülse auf, mittels welcher eine resultierende hydrostatische Druckkraft auf die Düsennadel einstellbar ist. Das Vorsehen der Führungshülse ermöglicht es die Düsennadel an unterschiedliche Gegebenheiten im Injektor schnell anzupassen, die Spielpassung präzise zu fertigen und einen Einbau der Düsennadel im Injektor zu vereinfachen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur, die einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Injektors zeigt, näher erläutert.

Die folgenden Ausführungen betreffen einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor für Dieselmotoren. Die Erfindung soll jedoch nicht auf solche Injektoren beschränkt sein, sondern sämtli che Injektoren, z. B. Benzin- und Pumpe-Düse-Injektoren, mit umfassen.

Unter einer optionalen Berücksichtigung:

• Der Beachtung einer genauen Abstimmung von Druckdehnungen, Kräften und druckwirksamen Querschnitten eines Injektors, insbesondere einer Düsennadel, gemäß der DE 198 54 508 C1 ;
• der Möglichkeit einen piezoelektrischen Multilayer-Aktor vorteilhaft mittels einer geschlossenen hohlzylindrischen Feder mit glatter oder gewellter Wandung gemäß der DE 199 08 471 A1 mechanisch und/oder hydrostatisch durch ein umgebendes druckbeaufschlagtes Fluid unter eine Druckvorspannung zu setzen, als auch der Möglichkeit, den piezoelektrischen Multilayer-Aktor gleichzeitig vor schädigenden Medien, insbesondere Kraftstoff, zu schützen;
• der Möglichkeit einer gezielten Einstellung einer gewünschten Druckkräftebilanz auf die Düsennadel und gleichzeitig einer dauerhaltbaren, hermetischen, metallischen Hochdruckabdichtung mit Verdrehschutz gemäß der US 6 311 950 B1 ;
• eines aufgrund einer Verdrehsicherung der Düsennadel bei Bedarf düsennah vorsehbaren zweiten Düsennadelanschlags für deren Offenposition, nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip gemäß der DE 199 58 705 C2 ; und
• der Entdeckung einer kavitationsfreien Kegelstrahldüsengeometrie gemäß der US 6 173 912 B1 , ohne die jede außenöffnende Hochdruckdüse für Flüssigkeiten binnen kürzester Zeit durch die Wirkung der Kavitation zerstört wird,

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 1 weist im Wesentlichen einen Injektorkörper 10, in welchem – abgesehen von einer mit Hochdruck p_H beaufschlagten Hochdruckbohrung 12 – ein Niederdruck p_N (bevorzugt ca. 20-100bar) herrscht, und eine untere (in Bezug auf die Figur) Düsensektion (20, 50) auf, in welcher ein Hochdruck p_H (bevorzugt ca. 1.700-2.000bar) herrscht. Düsensektion und Injektorkörper 10 sind mittels einer als Überwurfmutter konzipierten Düsenspannmutter 40 gegeneinander fest und fluiddicht verspannt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Düsensektion in einen Düsenkörper 20 und ein Zwischenstück 50 aufgeteilt, wobei die Düsenspannmuter 40 diese beiden Bauteile (mit dem Injektorkörper) ebenfalls gegenseitig fluiddichtend verspannt.
Am Düsenkörper 20 ist an dessen zylinderseitigem Ende (in der Figur unten) ein Düsensitz 29 ausgebildet, der zu einem Düsennadelsitz 36 korrespondiert, der an einem zylinderseitigen Ende einer nach außen öffnenden Düsennadel 30 vorgesehen ist. Düsensitz 29 und Düsennadelsitz 36 bilden gemäß den in der US 6,173,912 B1 vorgestellten Prinzipien zur Vermeidung schädlicher Kavitation ein Kegelstrahlventil 29, 36. Hierbei ist die Geometrie des Kegelstrahlventils 29, 36 derart gewählt, dass sich ein in Längsrichtung L des Injektors 1 offener Austrittsspalt in Fluidaustrittsrichtung verjüngt.
Die Düsennadel 30 ist in Injektorlängsrichtung L verschiebbar, aber in dazu senkrechter Richtung hochpräzise durch eine obere Nadelführung 38, 52 und eine optionale untere Nadelführung 32, 28 geführt. Die optionale untere Nadelführung 32, 28 ist durch ein Zusammenwirken eines präzise geschliffenen Führungsabschnitts 32 der Düsennadel 30 und eines genau dazu gepassten (Passungstoleranz ca. 1-5μm) und ebenfalls hochpräzise geschliffenen Bohrungsabschnitts 28 des Düsenkörpers 20 gebildet. Der Führungsabschnitt 32 ist mit einer Facettierung 34 versehen, damit bei geöffneter Düsennadel 30 Kraftstoff ungedrosselt von einem Bereich stromaufwärts der unteren Nadelführung 32, 28 zu einem Bereich stromabwärts der unteren Nadelführung 32, 28 entlang eines Zwischenraums 26 gelangt, der durch die Düsennadel 30 nach innen und den Düsenkörper 20 nach außen begrenzt ist. Vom unteren Abschnitt des Zwischenraums 26 strömt der Kraftstoff in einer Offenposition der Düsennadel 30 zum Kegelstrahlventil 29, 36, um dann in einen Zylinder eines Motors auszutreten. Die obere Nadelführung 38, 52 wird durch das Zusammenwirken einer Führungshülse 38 (bzw. der Düsennadel 30), die eine präzise äußere Zylinderoberfläche aufweist, mit einer dazu gepassten Bohrung 52 im Zwischenstück 50 in Form einer engen (Passungsmaß bevorzugt ca. 1-5μm) langen (Länge bevorzugt ca. 10-20mm) Spielpassung gebildet. Die Führungshülse 38 ist hermetisch dichtend mit dem antriebsseitigen Ende (oben in Bezug auf die Figur) der Düsennadel 30 z. B. durch eine Schweiß- und/oder Pressverbindung verbunden. Die Düsennadel 30 kann mit der Führungshülse 38 auch stofflich einstückig ausgebildet sein. Es ist bei vorstehendem Injektor jedoch aus montagetechnischen Gründen vorteilhafter, die Düsennadel 30 und Führungshülse 38 getrennt voneinander fertigen.
Die Führungshülse 38 (oder die Düsennadel 30) wird bevorzugt gemäß den in der DE 199 56 830 C2 erläuterten Prinzipien zur Minimierung einer druckbedingten Passungsaufweitung und damit der Minimierung einer Hochdruckleckage, entlang der Spielpassung 54 ausgebildet. Dies kann z. B. durch eine zumindest teilweise mit Kraftstoffhochdruck p_H beaufschlagte Innenoberfläche der Führungshülse 38 (oder der Düsennadel 30) in Kombination (optional) mit einer Wandstärkenmodulation in Längsrichtung, z. B. einer zumindest teilweise hohlkegelförmigen Innenwand, realisiert sein. Darüber hinaus ist es zur Kompensation von Druckdehnungen zwischen Führungshülse 38 (Düsennadel 30) und Zwischenstück 50 möglich, die Führungshülse 38 (Düsennadel 30) mit Übermaß im Zwischenstück 50 bei der Montage vorzusehen. Im Betrieb des Injektors reduziert sich dieses Übermaß derart, dass sich eine enge Spielpassung mit wenig Leckage ergibt.
Im Folgenden ist nur noch von der Führungshülse 38 die Rede. Die folgenden Ausführungen sollen jedoch auch eine entsprechende, stofflich mit der Führungshülse 38 einstückig ausgebildete Düsennadel 30 betreffen.
Unten an der Führungshülse 38 bzw. der Spielpassung 54 steht im Betrieb des Injektors 1 der volle Raildruck p_H an, der entlang der Spielpassung 54 auf den Niederdruck p_N abfällt. Dies ist mit dem Kasten rechts neben der Figur schematisch verdeutlicht. Die Spielpassung 54 ist die einzige Stelle im Injektor 1 an der sich der Hochdruck p_H auf den Niederdruck p_N entspannt. Der Druckabfall über die Spielpassung 54 beträgt je nach Ausführungsform des Injektors 1 wenigstens 800bar und kann bis über 2.000bar betragen.
Zur Einstellung einer durch einen Kraftstoffhochdruck p_H (und auch Kraftstoffniederdruck p_N) auf die Düsennadel 30 ausgeübten, resultierenden hydrostatischen Kraft, wird ein Außendurchmesser D der Führungshülse 38 auf einen dichtenden Durchmesser d (ca. 3-6mm) der Kegelstrahldüse 29, 36 abgestimmt. Hierbei kann mit D = d bzw. D ≈ d eine hydrostatisch vollständig bzw. nahezu vollständig kraftkompensierte Auslegung der Düsennadel 30 erreicht werden. Mit D > d kann eine in Schließrichtung der Düsennadel 30 mit dem Druck ansteigende hydrostatische Kraft eingestellt werden, was z. B. zur Gewährleistung einer hohen Dichtheit des Kegelstrahlventils 29, 36 bei hohen Kraftstoffdrücken dienlich ist. Das enge Passmaß, der geringe Außendurchmesser und die Länge der Spielpassung 54, bevorzugt in Kombination mit obigen Maßnahmen zur Leckagereduzierung, führen sogar bei höchsten Kraftstoffdrücken (p_H > 2.000bar) zu einem Dauerleckagestrom, der selbst unter ungünstigsten Bedingungen geringer ausfällt, als ein mittlerer Leckagestrom eines Injektors mit Servoantrieb. Mittels einer solchen Kegelstrahldüse 29, 36, die einen dichten Durchmesser von ca. 3-6mm und einen typischen Ventilhub von ca. 20-40μm aufweist, können die notwendigen Einspritzvolumenströme problemlos bereitgestellt werden.
Ein Rückstellelement 24 – bevorzugt eine druckvorgespannte Rückstellfeder 24, die insbesondere als Schraubenfeder mit einer Federvorspannkraft von ca. 100-300N ausgebildet ist – stützt sich mit seinem oberen Ende an der Führungshülse 38 und mit seinem unteren Ende, optional über eine Einstell scheibe 22, am Düsenkörper 20 ab. Das Rückstellelement 24 drückt die Düsennadel 30 mit ihrem Düsennadelsitz 36 in den Düsensitz 29 und hält somit das Kegelstrahlventil 29, 36 im Ruhezustand des Injektors 1 sicher geschlossen.
Das Zwischenstück 50 weist noch eine Hochdruckbohrung 12 auf, durch die ein einzuspritzender Kraftstoff in den Zwischenraum 26 im Düsenkörper 20 gelangen kann. Hierbei gelangt der Kraftstoff durch die Hochdruckbohrung 12 im Gehäuse 10 in Längsrichtung L entlang des Injektors 1 nach unten zum Zwischenstück 50, von dort in einen zwischen Düsenkörper 20 und Zwischenstück 50 ausgebildeten Ringraum 21 und von dort in den Zwischenraum 26. Der Ringraum 21 wird nach oben von der Führungshülse 38 begrenzt.
In einem aus Gründen einer Bauraumersparnis außeraxial in das Gehäuse 10, bevorzugt als Durchgangsbohrung, längs eingebrachten Antriebsraum 70 ist ein Injektorantrieb untergebracht. Unter Verzicht auf die Bauraumersparnis kann der Injektorantrieb auch axial im Gehäuse 10 vorgesehen sein und dadurch auch axial auf die Düsennadel 30 wirken. Darüber hinaus ist es möglich auch die Düsennadel 30 außeraxial im Injektor 1 vorzusehen, sodass ein außeraxialer Injektorantrieb axial auf eine außeraxiale Düsennadel 30 wirken kann.
Der Injektorantrieb weist einen Festkörperaktor 60, bevorzugt einen piezoelektrischen Vielschichtaktor in Niedervolttechnik auf, der unter einer Druckvorspannung zwischen einer Bodenplatte 64 und einer Endplatte 102 in eine hermetisch gegen den Antriebsraum 70 abgedichtete Zylinder- oder Rohrfeder 62 eingeschweißt ist, die gemäß der DE 199 08 471 A1 als Hülse oder gewelltes Rohr (Metallbalg) ausgeführt ist. Die Endplatte 102 weist Bohrungen und einen rohrförmigen Fortsatz 110 auf, die zusammen elektrische Anschlussdrähte 80 zum oberen Ende des Injektors 1 führen. Bohrungen und Fortsatz 110 gewährleisten, dass im Innenraum der Zylinderfeder 62 Umgebungsdruck p_∞ herrscht. Optional kann der Innenraum der Zylinderfeder 62 zur verbesserten Abfuhr von Verlustwärme des Festkörperaktors 60 nach außen, mit einem inerten, elektrisch isolierenden, aber bei Umgebungsdruck besser als Luft wärmeleitenden Medium mit vernachlässigbarer Schersteifigkeit ausgefüllt sein. Dies kann z. B. ein Silikonöl, ein Silikongel mit/ohne Füllstoffen, etc. sein.
Ferner weist der erfindungsgemäße Injektorantrieb eine hydraulische Kompensationseinrichtung 100 auf, die eine erste Hydraulikkammer 104 umfasst, welche von einer oberen Stirnfläche der längsverschieblichen Endplatte 102 (im Folgenden auch Innenscheibe 102 genannt) und einer unteren Stirnfläche einer durchbohrten Scheibe 106 (im Folgenden auch Außenscheibe 106 genannt) begrenzt ist. Die Scheibe 106 ist steif und dichtend mit einer Innenwand des Gehäuses 10 vorzugsweise durch Einpressen verbunden. Abgedichtet ist die erste Hydraulikkammer 104 gegenüber einem oberen Teil des Antriebsraums 70 über eine lange enge Spielpassung 126 (Fluiddrossel), die zwischen der zylindrischen Innenwand des Injektorgehäuses 10 und einer zylindrischen Außenwand der Endplatte 102 ausgebildet ist. Darüber hinaus weist der Injektorantrieb eine zweite Hydraulikkammer 108 auf, die über eine lange enge Spielpassung 126 (Fluiddrossel) in Fluidkommunikation mit der ersten Hydraulikkammer 104 steht, wobei die Fluiddrossel 126 zwischen einer Innenwand der Bohrung der Scheibe 106 und einer Außenwand des rohrförmigen Fortsatzes 110 der Endplatte 102 ausgebildet ist. Die zweite Hydraulikkammer 108 ist nach oben durch eine untere Stirnfläche eines längsverschieblichen Federtellers 112 (im Folgenden auch Innenscheibe 112 genannt) und nach unten durch eine obere Stirnfläche der Scheibe 106 begrenzt. Der Federteller 112 ist steif und dichtend mit dem Fortsatz 110 bevorzugt durch Verpressen verbunden. Die zweite Hydraulikkammer 108 ist gegenüber einem Ablaufraum 124 des Injektors 1 über eine lange enge Spielpassung 126 (Fluiddrossel) abgedichtet, die von einer zylindrischen Außenwand des Federtellers 112 in Zusammenwirken mit einem zylindrischen Abschnitt der Innenwand des Injektorgehäuses 10 gebildet ist.
Ein Rückstellelement 128 der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100, bevorzugt eine druckvorgespannte Schraubenfeder 128, stützt sich mit einem oberen Ende über einen Ring 132 am Gehäuse 10 ab. Hierbei ist der Ring 132 bevorzugt mit dem Gehäuse 10 verschweißt oder verpresst. Mit einem unteren Ende stützt sich das Rückstellelement 128 am Federteller 112 oder dem Fortsatz 110 ab. Das Rückstellelement 128 drückt den gesamten Injektorantrieb nach unten und hält die Bodenplatte 64 des Festkörperaktors 60 auf Anlage mit der Führungshülse 38. Eine axial weiche aber hinreichend druckstabile (bevorzugt ca. 20-100bar) Dichtung, z. B. ein Metallbalg 130, dichtet den Ablaufraum 124 gegen einen Injektoraußenraum ab. Der Metallbalg 130 ist mit seinem unteren Ende am Federteller 112 oder dem Fortsatz 110 und mit seinem oberen Ende am Ring 132 dichtend angeschweißt.
Die beiden innerhalb des Injektorgehäuses 10 beweglichen Innenscheiben 102, 112 und die mit dem Gehäuse 10 fest verbundene Außenscheibe 106 bilden zwischen sich die beiden Hydraulikkammern 104, 108 aus, die ausschließlich über Fluiddrosseln 126 durch eine Relativbewegung gegeneinander mit Leckagekraftstoff befüll- und/oder entleerbar sind. Hierdurch wird die hydraulische Kompensationseinrichtung 100 zur Verfügung gestellt, an welcher sich der Festkörperaktor 60 dynamisch über kurze Zeitspannen hinweg steif abstützen kann, da bei kurzen Zeitspannen (bevorzugt ca. 1-10ms) die Fluiddrosseln 126 als „fluiddicht" angesehen werden können. Über längere Zeitspannen (bevorzugt ≥ 0,1s) hinweg ist es den Hydraulikkammern 104, 108 möglich, über die Fluiddrosseln 126 befüllt und entleert zu werden, wodurch sich ein „statischer" Längenausgleich ergibt.
Die Fluiddrosseln 126 können auch durch Drosselbohrungen innerhalb der Scheiben 102, 106, 112 und sogar dem Gehäuse 10 ersetzt werden, wobei es notwendig ist, die innerhalb des Gehäuses 10 beweglichen Scheiben 102, 112 dichtend, oder nahezu dichtend im Gehäuse 10 zu führen, was z. B. mittels O-Ringen geschehen kann. Vorteilhaft beim Einsatz von Drosselbohrungen ist, dass die Drosselwirkung überwiegend durch Turbulenzen im Leckagefluid erzeugt wird, wodurch die Drosselfunktion weitgehend unabhängig von einer Viskosität des Leckagefluids und somit auch von der Temperatur ist.
Als Hydraulikfluid wird der Leckagekraftstoff genutzt, der aus der oberen Nadelführung 38, 52 nach oben in den Antriebsraum 70 austritt, in dem der Piezoaktor 60 vorgesehen ist. Das Leckagefluid kann mittels eines oder mehrerer Rückstauventile 114, 116 auf einem konstanten bzw. mehreren konstanten Druckniveaus p₁₁₄, p₁₁₆ im Antriebsraum 70 und/oder dem Ablaufraum 124 gestaut werden, bevor es durch einen bevorzugt drucklosen (mit Umgebungsdruck p_∞ beaufschlagten) Rücklauf 118 den Kraftstoffinjektor 1 bzw. das Einspritzsystem verlässt.
Die Figur zeigt die beiden Rückstauventile 114, 116 schematisch. Hierbei sind die beiden Rückstauventile 114, 116 durch eine Fluidleitung 123 in Reihe geschaltet, wobei die stromabwärtige Seite des ersten Rückstauventils 114 in den Rücklauf 118, z. B. einen Kraftstofftank oder eine Ansaugseite einer Pumpe, mündet. Der Ablaufraum 124 steht durch eine Fluidableitung 122 mit der Fluidleitung 123 in ungedrosselter Fluidkommunikation und ist durch das erste Rückstauventil 114 mit dem Rücklauf 118 verbunden. Der Arbeitsraum 70 steht durch eine Fluidableitung 120 mit dem zweiten Rückstauventil 116 in Fluidkommunikation (bei geöffnetem zweiten Rückstauventil 116 ist diese Verbindung ungedrosselt), wobei der Arbeitsraum 70 durch die beiden Rückstauventile 114, 116 hindurch entleerbar ist. Andere Verschaltungen und das Vorsehen nur eines Rückstauventils 114 oder 116 sind natürlich möglich (s. u.).
Mittels des mindestens einen Rückstauventils 114, 116, das sich in einer Leckageleitung befindet, wird ein zum Betrieb der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 erforderlicher Grunddruck im Leckagefluid bereitgestellt. Die Rückstauventile 114, 116 stauen den Leckagekraftstoff mit einem konstanten Staudruck p₁₁₄, p₁₁₆ von ca. 20bar bis ca. 100bar und sind in der Lage, den Staudruck p₁₁₄, p₁₁₆ über längere Zeiträume (Tage bis über mehrere Monate) im Injektor 1 aufrechtzuerhalten. Die Rückstauventile 114, 116 müssen nicht innerhalb des Injektors 1 vorgesehen sein, sondern es kann alternativ mindestens ein Rückstauventil 114, 116 außerhalb des Injektors 1 vorgesehen werden, z. B. in den Anschluss einer Leckageleitung (nicht dargestellt) an den Injektor 1. Ferner kann mindestens ein Rückstauventil 114, 116 fluidisch einer Zusammenführung aller Leckageleitungen der Injektoren 1 eines Motors nachgeschaltet sein, sodass wenigstens ein Rückstauventil 114, 116 Staudruck für sämtliche Injektoren 1 des Motors bereitstellt.
Hinsichtlich der Verschaltung der Fluidleitungen 120, 122 mit den Rückstauventilen 114, 116 ergeben sich die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung:
Es existiert nur das zweite Rückstauventil 116, das den Antriebsraum 70 durch die Fluidleitung 120 gestaut mit dem Rücklauf 118 verbindet. Die Fluidleitung 122 und das erste Rückstauventil 114 entfallen. Über einen geringfügigen Austausch des Leckagekraftstoffs durch die Fluiddrosseln 126 stellt sich in den Hydraulikkammern 104, 108 ein Staudruck p₁₁₆ des Rückstauventils 116 als zeitlicher Mitteldruck p_104,108 ein. Im Ablaufraum 124 herrscht der durch das zweite Rückstauventil 116 erzeugte und konstant gehaltene Staudruck p₁₂₄ = p₁₁₆. Die hydraulische Kompensationseinrichtung 100 wird hierbei nicht vom Leckagekraftstoff durchströmt, sondern es findet ein Fluidaustausch zwischen Kompensationseinrichtung 100 und dem Antriebsraum 70 statt.
In einer zweiten Ausführungsform existiert nur das erste Rückstauventil 114, das den Ablaufraum 124 durch die Fluidleitung 122 gestaut mit dem Rücklauf 118 verbindet. Die Fluidleitungen 120, 123 und das zweite Rückstauventil 116 entfallen. Der Leckagekraftstoff gelangt durch die Fluiddrosseln 126 der Kompensationseinrichtung 100 vom Antriebsraum 70 in den Ablaufraum 124, in dem der durch das Rückstauventil 114 erzeugte und konstant gehaltene Staudruck p₁₁₄ herrscht. In den Hydraulikkammern 104, 108 und dem Antriebsraum 70 stellen sich entsprechend der Drosselwirkung der entsprechenden Fluiddrosseln 126 unterschiedlich hohe Mitteldrücke ein. Hierbei gilt: p₇₀ > p₁₀₄ > p₁₀₈ > p₁₂₄ = p₁₁₄. Die hydraulische Kompensationseinrichtung 100 wird hierbei vom Leckagekraftstoff durchströmt. Durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung des Ablaufraums 124 und der Fluidleitung 122 werden mit dem Leckagekraftstoff mitgeführte Gasblasen, die sich im Ablaufraum 124 und in den Hydraulikkammern 104, 108 kumulieren könnten, gleich wieder aus dem Injektor 1 in den Rücklauf 118 transportiert. Hierdurch ist eine effiziente Selbstentlüftung der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 realisiert, wodurch die Injektorfunktion auch bei mit Gasblasen behaftetem Leckagefluid realisiert ist.
In einer dritten Ausführungsform existiert nur das erste Rückstauventil 114, das den Ablaufraum 124 durch die Fluidleitung 122 und den Antriebsraum 70 durch die Fluidleitungen 120, 123 gestaut mit dem Rücklauf 118 verbindet. Das zweite Rückstauventil 116 entfällt. Der Leckagekraftstoff gelangt durch die Fluiddrosseln 126 der Kompensationseinrichtung 100 und durch die Fluidleitungen 120, 123, 122 vom Antriebsraum 70 in den Ablaufraum 124. Im Antriebsraum 70, im Ablaufraum 124 und in den Hydraulikkammern 104, 108 (Mitteldruck) stellt sich als Druck p₇₀ = p₁₂₄ = p_104,108 der Staudruck p₁₁₄ des ersten Rückstauventils 114 ein. Hierbei wird die Kompensationseinrichtung 100 nicht vom Leckagekraftstoff durchströmt. Es ist jedoch ein Fluidaustausch zwischen Antriebsraum 70 und hydraulischer Kompensationseinrichtung 100 durch die Fluiddrossel 126 sowie eingeschränkt durch die Fluidleitung 122 möglich. Durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung des Ablaufraums 124 und der Fluidleitung 122 kann ebenfalls eine Selbstentlüftung der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform existieren das erste Rückstauventil 114, das den Ablaufraum 124 durch die Fluidleitung 122 gestaut mit dem Rücklauf 118 verbindet, und das zweite Rückstauventil 116, das den Antriebsraum 70 durch die Fluidleitungen 120, 123 gestaut mit dem Ablaufraum 124 verbindet. Die beiden Rückstauventile 114, 116 sind über die Fluidleitung 123 in Reihe geschaltet. Das zweite Rückstauventil 116 hält eine konstante Druckdifferenz p₇₀-p₁₂₄ zwischen dem Antriebsraum 70 und dem Ablaufraum 124 aufrecht. Eine Teilmenge des Leckagekraftstoffs strömt getrieben durch den Staudruck p₁₁₄ des Rückstauventils 114 durch die Fluiddrosseln 126 der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 in den Ablaufraum 124 und von dort durch das erste Rückstauventil 114 in den Rücklauf 118. Die andere Teilmenge des Leckagekraftstoffs strömt durch die Fluidleitungen 120, 123, 122 vom Antriebsraum 70 in den Ablaufraum 124 oder durch die Fluidleitung 122 und das erste Rückstauventil 114 in den Rücklauf 118. Im Antriebs- 70 und Ablaufraum 124 unterscheiden sich die Druckniveaus durch den konstanten Staudruck p₁₁₆ des Rückstauventils 116. In den Hydraulikkammern 104, 108 stellen sich entsprechend der Drosselwirkung der Fluiddrosseln 126 Druckniveaus dazwischen ein. Es gilt: p_114+116 = p₇₀ > p₁₀₄ > p₁₀₈ > p₁₂₄ = p₁₁₄. Bei dieser Ausführungsform wird die Kompensationseinrichtung 100 mit einer durch den Staudruck p₁₁₆ des zweiten Rückstauventils 116 vorgebbaren Rate vom Leckagekraftstoff durchströmt. Durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung des Ablaufraums 124 und der Fluidleitung 122 sowie dem vorgebbaren Leckagestrom wird eine effiziente Selbstentlüftung der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 erreicht.
Für die dargestellten Ausführungsformen gilt gleichermaßen, dass durch unterschiedliche Mitteldrücke in den Hydraulikkammern 104, 108 und im Antriebs- 70 und Ablaufraum 124, zusammen mit den entsprechenden druckwirksamen Flächen (insbesondere der hydraulische Querschnitt des Metallbalgs 130 ist von großer Bedeutung) eine resultierende hydrostatische Kraft nach oben in den Injektorantrieb eingeleitet wird. Diese Kraft muss in geeigneter Weise durch das Rückstellelement 128 (s. o.) überkompensiert werden, um über alle Betriebszustände (Betriebsdrücke) des Injektors 1 eine hinreichend große und konstante resultierende Antriebsrückstellkraft bereitzustellen, die im betriebsbereiten Grundzustand des Injektors 1 als eine Andruckkraft zwischen der Bodenplatte 64 des Piezoaktors 60 und der Führungshülse 38 in Erscheinung tritt. Die Andruckkraft wirkt gegen die Kraft des Rückstellelements 24 und die hydrostatische Kraft, die raildruckabhängig durch den Außendurchmesser D der Führungshülse 38 und den dichtenden Durchmesser d des Kegelstrahlventils 29, 36 einstellbar ist, und reduziert daher die Kraft zwischen Düsennadelsitz 36 und Düsensitz 29 (= Ventilsitzkraft). Sie wirkt also unmittelbar auf das Kegelstrahlventil 29, 36 und damit auf die Einspritzrate.
In Bezug auf die Andruckkraft der Bodenplatte 64 auf die Düsennadel 30 ist die oben letztgenannte Ausführungsform am besten abstimmbar, da mittels der beiden Rückstauventile 114, 116 entscheidende Druckniveaus p₁₁₄, p₁₁₆ mit hinreichender Präzision eingestellt werden können. Für alle Ausführungsformen gilt gleichermaßen, dass die Druckvorspannung für den Festkörperaktor 60 zumindest teilweise vorteilhaft durch den Staudruck im Leckagekraftstoff im Zusammenwirken mit der Zylinder- oder Rohrfeder 62, der Boden- 64 und der Endplatte 102 bewirkt wird, wodurch sich die Anforderung hinsichtlich einer Mindestvorspannkraft der Feder 62 abschwächt.
Die oben beschriebenen vier Ausführungsformen unterteilen sich in jeweils zwei Klassen, wobei entweder die Bodenplatte 64 auf Anlage mit der Führungshülse 38 ist (keine festgelegte Verbindung) oder die Bodenplatte 64 mit der Führungshülse 38 fest und bevorzugt steif verbunden ist.
Bei letztgenannter Klasse können über die feste Verbindung zwischen Bodenplatte 64 und Düsennadel 30 Zugkräfte übertragen werden, wodurch der Injektorantrieb die Düsennadel 30 zusätzlich zu einer bereitgestellten Düsennadelschließkraft aktiv durch die Antriebskräfte zurückziehen kann. Ferner wird durch diese festgelegte Verbindung ein effektiver Rückstellmechanismus für die hydraulische Kompensationseinrichtung 100 zur Verfügung gestellt, sodass das Rückstellelement 128 obsolet sein kann. Durch den Anschlag des Düsennadelsitzes 36 am Düsensitz 29, vermittelt durch die hierfür wesentlichen Federsteifigkeiten der Düsennadel 30 und des Injektorantriebs, wird zusätzlich zur vorhandenen Antriebsrückstellkraft zwischen Bodenplatte 64 und Führungshülse 38 eine zusätzliche Rückstellkraft bereitgestellt.
Hinsichtlich eines montagetechnischen Aufwands ist eine nur auf Anlage mit der Führungshülse 38 (bzw. der Düsennadel 30) liegende Bodenplatte 64 günstiger.
Die oben beschriebenen Klassen unterteilen sich jeweils in zwei Gruppen, wobei der Injektorantrieb entweder koaxial zur Düsennadel 30, oder die Achse des Injektorantriebs parallel verschoben zur Längsachse L der Düsennadel 30 liegt.
Ein Injektorantrieb, der koaxial zur Düsennadel 30 liegt, erreicht eine optimale Zylindersymmetrie eines austretenden Kegelstrahls aus dem Kegelstrahlventil 29, 36. Durch eine koaxiale Einleitung der Antriebskraft vom Injektorantrieb in die Düsennadel 30 (bzw. die Führungshülse 38) kann eine Entstehung von Biegemomenten im Injektorantrieb und in der Düsennadel 30 effektiv vermieden werden. Ein zur Längsachse L der Düsennadel 30 parallel verschobener Injektorantrieb benötigt in Bezug auf einen Außendurchmesser des Injektors 1 weniger Bauraumbedarf als ein koaxial zur Düsennadel 30 liegender Injektorantrieb.
Die oben beschriebenen Gruppen unterteilen sich jeweils in zwei Gattungen, wobei für die Düsennadel 30 entweder ein zweiter, bevorzugt düsennaher, Anschlag zur Ventilhubbegrenzung oder kein zweiter Anschlag zur Ventilhubbegrenzung vorgesehen ist.
Eine solche Ventilhubbegrenzung ist bevorzugt gemäß der DE 199 58 705 C2 ausgebildet, wobei die Düsennadel 30 in der Nähe ihres Düsennadelsitzes 36 einen teilweise umlaufenden Vorsprung aufweist, welcher in einer Offenposition der Düsennadel 30 mit einem nach innen weisenden Vorsprung an einem Bohrungsabschnitt 28 des Düsenkörpers 20 auf Anlage liegt. Ein Injektor 1 mit Ventilhubbegrenzung weist bei einer Einspritzmengensteuerung eine sehr hohe Präzision auf. Durch eine solche Ventilhubbegrenzung ist ein maximaler Ventilhub und damit eine maximal erreichbare Einspritzrate nach oben hin begrenzt. Ferner lässt sich mit einer Ventilhubbegrenzung mittels der sensorischen Eigenschaften des Piezoaktors 60 während der Ansteuerung und der damit eingeleiteten Injektoröffnung sowohl der Moment des Abhebens des Düsennadelsitzes 36 vom Düsensitz 29, als auch der Moment des Aufsetzens der Düsennadel 30 an ihrem zweiten Anschlag mit höchster Präzision detektieren. Dies kann z. B. lediglich durch Auswerten des elektrischen Ansteuersignals geschehen, dem durch den Abhebe- und Aufsetzvorgang der Düsennadel 30 elektrische Signaturen überlagert sind. Der Anschlag für die Ventilhubbegrenzung wird bezüglich des Düsennadelsitzes 36 mit hoher Präzision gefertigt und ist bevorzugt für jeden einzelnen Injektor 1 sehr genau (im sub-μm Bereich) bekannt. Hierbei kann der Injektor 1 durch Interpolation zwischen dem Abhebevorgang der Düsennadel 30 vom Düsensitz 29 und dem in verschiedenen Betriebszuständen immer wieder angefahrenen zweiten Anschlag elektronisch neu kalibriert werden, sodass auch Zwischenpositionen (Teilhübe der Düsennadel 30) sehr präzise gesteuert angefahren werden können.
Um den Einspritzvorgang zu beginnen, wird der Festkörperaktor 60 des betriebsbereiten Injektors 1 (Kraftstoffhochdruck p_H liegt am Düsennadelsitz 36 an) über die elektrischen Anschlussdrähte 80 mittels einer geeigneten elektrischen Ansteuereinheit ca. 100-300μs auf seine Betriebspannung von maximal ca. 150-250V aufgeladen. Der Festkörperaktor 60 dehnt sich dabei in etwa proportional zur Ansteuerspannung um maximal ca. 1,2-1,5‰ seiner Längsdimension (ca. 25-70μm) aus. Er stützt sich dabei an den „dynamisch dichten" Hydraulikkammern 104, 108 ab, wobei in Kammer 104 der Druck ansteigt und der Druck in Kammer 108 abfällt. Die Druckänderung in den Hydraulikkammern 104, 108 erfolgt in dem Maß in dem die Ventilsitzkraft vom Piezoaktor 60 übernommen wird. Dabei verrichtet der Piezoaktor 60 mechanische Arbeit gegen die Antriebssteifigkeit (die sich im Wesentlichen aus einer Reihenschaltung der Steifigkeit des Piezoaktors 60 und der Steifigkeit der Düsennadel 30 zusammensetzt) und die Rückstellfeder 24, bis die Düsennadel 30 abhebt. Ab diesem Moment beginnt der Austritt von hochkomprimiertem Kraftstoff aus dem Injektor 1.
Der Kraftstoff tritt am oberen Ende des Injektors 1 in die (Gehäuse-)Bohrung 52 ein, strömt darin nach unten in die (Zwischenstück-)Bohrung 52 und wird von dort aus in den Zwischenraum 26 geleitet, der den Kraftstoff weiter zum Kegelstrahlventil 29, 36 leitet. Das Kegelstrahlventil 29, 36 formt entsprechend dem eingeschliffenen Sitzwinkel einen Kegelstrahl mit einem Kegelwinkel aus, der in etwa dem Sitzwinkel entspricht. Da der Fluidweg vom Injektoreintritt bis zum Kegelstrahlventil 29, 36 ungedrosselt erfolgt, steht ab dem ersten Moment der Injektoröffnung der volle Kraftstoffdruck zur Kraftstoffzerstäubung zur Verfügung. Zudem wird, bedingt durch den kegelmantelförmigen Austritt des Kraftstoffs, dem Kraftstoff die Bildung einer sehr großen Kraftstofffilmoberfläche (Filmdicke nur ca. 10-40μm) aufgezwungen, die den Strahlzerfall in sehr kleine Tröpfchen begünstigt, wodurch eine sehr hohe Zerstäubungsgüte, insbesondere bei einer Kleinstmengeneinspritzung erreicht wird (Filmdicke nur ca. 5-15μm).
Ab dem Moment, der durch das Abheben des Düsennadelsitzes 36 vom Düsensitz 29 gekennzeichnet ist, verrichtet der Piezoaktor 60 nur noch Arbeit gegen die konstante Ventilschließkraft (und nicht mehr gegen Steifigkeiten (Kraft proportional zur Auslenkung)). Der Piezoaktor 60 quittiert die Änderung der Lastcharakteristik mit einer Änderung seiner elektrischen Charakteristik, die sich zum Detektieren des Abhebereignisses eignet. Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor 60 entladen, wodurch sich der Piezoaktor 60 auf seine ursprüngliche Länge verkürzt. Die Düsennadel 30 setzt mit ihrem Sitz 36 auf dem Düsensitz 29 auf, wodurch der Kraftstoffaustritt durch das Kegelstrahlventil 29, 36 beendet ist. Hierbei wird die Antriebssteifigkeit entlastet (die Änderung der Lastcharakteristik beim Aufsitzen ist ebenfalls elektronisch präzise detektierbar) und der Injektor 1 kehrt in seinen geschlossenen Ausgangszustand zurück.
Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, zwei Hydraulikkammern 104, 108 vorzusehen, sondern es ist möglich, nur eine einzige Hydraulikkammer 104 bzw. 108, oder mehrere, z.B. drei oder vier, Hydraulikkammern vorzusehen. Je mehr Hydraulikkammern vorgesehen ist, desto steifer ist die als hydraulisches Lager wirkende Kompensationseinrichtung 100. Zum Vorsehen einer dritten Hydraulikkammer muss lediglich nach oben hin eine weitere Außenscheibe 106 vorgesehen sein. Hierbei wirkt dann das Rückstellelement 128 auf den durch diese Außenscheibe 106 hindurchgehenden Fortsatz 110, an welchem dann auch der Metallbalg 130 vorgesehen ist. Durch eine weitere Innenscheibe am Fortsatz 110 lässt sich eine vierte Hydraulikkammer innerhalb der hydraulischen Kompensationseinrichtung 100 vorsehen, wobei ein solcher Injektor ähnlich dem in der Figur dargestellten Injektor 1 aufgebaut ist, nur dass zwei zusätzliche Scheiben (Innenscheibe, Außenscheibe) vorgesehen sind. Analog ist es möglich, nur eine einzige Hydraulikkammer 104 vorzusehen, wobei der in der Figur dargestellte Federteller 112 weggelassen wird und sich das Rückstellelement 128 und der Metallbalg 130 am Fortsatz 110 der Endplatte 102 abstützen.
Ferner ist es möglich, die Endplatte 102 (und auch den Federteller 112) innerhalb des Injektorgehäuses 10 ungedrosselt verschieblich vorzusehen und die hydraulische Kompensationseinrichtung 100 daran anschließend (bzw. dazu vorgeschaltet) vorzusehen. Die Kräfte werden bei einer solchen Ausführungsform vollständig über den Fortsatz 110 übertragen.

Claims

Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor, zum Dosieren eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, mit einem Niederdruckbereich (N), in welchem ein Festkörperaktor (60) vorgesehen ist, und einem Hochdruckbereich (H), in welchem eine außenöffnende Düsennadel (30) verschieblich vorgesehen ist, die vom Festkörperaktor (60) mechanisch direkt betätigbar ist, wobei die Düsennadel (30) in einer Spielpassung (54) im Injektor (1) geführt ist, die im Betrieb des Injektors (3) den Hochdruckbereich (H) vom Niederdruckbereich (N) fluidisch gedrosselt trennt, wobei ein überwiegender Anteil eines Hochdrucks (p_H) auf einen Niederdruck (p_N) abfällt.
Injektor gemäß Anspruch 1, wobei die Spielpassung (54) die einzige fluidische Verbindung zwischen Hochdruckbereich (H) und Niederdruckbereich (N) des Injektors (1) ist, und die Spielpassung (54) bevorzugt lang und eng ausgeführt ist.
Injektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Länge der Spielpassung (54) ca. 1/6, bevorzugt ca. 1/4, insbesondere ca. 1/3, insbesondere bevorzugt ca. 1/2 und insbesondere besonders bevorzugt ca. 2/3 der gesamten Länge der Düsennadel (30) beträgt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spielpassung (54) zwischen einer Wand einer Bohrung (52) in einem Düsenkörper (20) oder einem sich direkt an den Düsenkörper (20) anschließenden Zwischenstück (50) und der Düsennadel (30) ausgebildet ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spielpassung (54) an einem Düsennadelsitz (36) der Düsennadel (30) gegenüberliegenden Ende der Düsennadel (30) vorgesehen ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Düsennadel (30) eine mit ihr fest verbundene Führungshülse (38) aufweist, die zusammen mit der Wand der Passungsbohrung (52) im Zwischenstück (50) die Spielpassung (54) ausbildet.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zur Minimierung einer druckbedingten Passungsaufweitung, die Führungshülse (38) oder die Düsennadel (30) eine wenigstens teilweise mit Fluiddruck beaufschlagbare Innenoberfläche aufweist, und/oder die Führungshülse (38) oder die Düsennadel (30) im Nichtbetriebszustand des Injektors (1) mit Übermaß in der Passungsbohrung (52) angeordnet ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Düsennadel (30) in einem Bereich der Spielpassung (54) einen zentralen Hohlraum aufweist, der über Durchgangsbohrungen, bevorzugt zu einem Ringraum (21) des Düsenkörpers (20), mit Fluidhochdruck (p_H) beaufschlagbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Führungshülse (38) wenigstens am antriebsseitigen Ende mit der Düsennadel (30) hermetisch dichtend verbunden ist, was bevorzugt mittels einer Schweiß- und/oder Pressverbindung geschieht.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Führungshülse (38) eine Wandstärkenmodulation aufweist, die der Führungshülse (38) bevorzugt eine im Wesentlichen hohlkegel- oder tonnenförmige Innenwandkontur verleiht, die mit Fluiddruck (p_H, p_H/N) beaufschlagbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei zur Einstellung einer resultierenden hydrostatischen Druckkraft auf die Düsennadel (30) ein Außendurchmesser (D) der Führungshülse (38) auf einen dichtenden Durchmesser (d) des Düsennadelsitzes (36) an einem Düsensitz (29) des Düsenkörpers (20) abgestimmt ist, wobei mit D ≈ d eine vollständig kraftkompensierte Auslegung der Düsennadel (30) erreichbar ist, oder mit D > d eine in Schließrichtung der Düsennadel (30) wirkende Kraft der Düsennadel (30) aufprägbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei an der Düsennadel (30) ein Rückstellelement (24), bevorzugt eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder (24) vorgesehen ist, das die Düsennadel (30) in ihre Schließrichtung drückt, wobei sich das Rückstellelement (24) einerseits an der Führungshülse (38) abstützt.
Injektor gemäß Anspruch 12, wobei sich das Rückstellelement (24) andererseits am Düsenkörper (20), bevorzugt an einer dort vorgesehenen Einstellscheibe (22), abstützt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Düsennadel (30) eine untere Nadelführung (32) im Düsenkörper (20) aufweist, die bevorzugt facettiert (34) ist und dadurch ein ungedrosselter Fluidzulauf zu einem mit dem Düsennadelsitz (36) korrespondierenden Düsensitz (29) des Düsenkörpers (20) gewährleistet ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Düsennadelsitz (36) der Düsennadel (30) und der Düsensitz (29) des Düsenkörpers (20) ein Kegelstrahlventil (29, 36) bilden, das in einer Offenposition der Düsennadel (30) einen in Strömungsrichtung des Fluids enger werdenden Querschnitt in Längsrichtung (L) des Injektors (1) freigibt, um eine Kavitationsbildung im Kegelstrahlventil (29, 36) zu vermeiden.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei sich der Festkörperaktor (60) direkt an einem Injektorgehäuse (10) oder zum Ausgleich technisch und alterungsbedingter Längendifferenzen an einer hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) abstützt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Festkörperaktor (60), bevorzugt ein piezoelektrischer Vielschichtaktor (60) in Niedervolttechnik ist, der unter einer Druckvorspannung zwischen einer Bodenplatte (64) und einer Endplatte (102) in eine hermetisch gedichtete Zylinder- (62) oder Rohrfeder (62) eingebracht ist.
Injektor gemäß Anspruch 17, wobei ein Zwischenraum zwischen Piezoschichten des Vielschichtaktors (60) und der Zylinder- (62) oder Rohrfeder (62), zur verbesserten Abfuhr von Verlustwärme mit einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitendem Medium mit vernachlässigbarer Schersteifigkeit, wie z. B. Silikonöl oder Silikon-Gel mit/ohne Füllstoffen, gefüllt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Festkörperaktor (60) in einem niederdruckseitigen (N) Antriebsraum (70) vorgesehen ist und mit seiner Bodenplatte (64) direkt auf die Düsennadel (30) oder die Führungshülse (38) der Düsennadel (30) wirkt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) wenigstens eine innerhalb des Injektorgehäuses (10) festgelegte Außenscheibe (106) aufweist, die mit wenigstens einer innerhalb des Injektorgehäuses (10) verschieblich geführten Innenscheibe (102, 112) wenigstens eine in ihrem Volumen veränderliche Hydraulikkammer (104, 108) begrenzt, wobei die Hydraulikkammer (104, 108) durch eine Bewegung von der Innenscheibe (102, 112) gegenüber der Außenscheibe (106) durch wenigstens eine Fluiddrossel (126) hindurch mit einem Hydraulikfluid befüll- und/oder entleerbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Endplatte (102) des Festkörperaktors (60) eine gegenüber dem Injektorgehäuse (10) verschiebliche Innenscheibe (102) der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei eine Innenscheibe (102, 112), bevorzugt die Endplatte (102) des Festkörperaktors (60), wenigstens einen Fortsatz (110) aufweist, der gegenüber einer Außenscheibe (106) verschieblich ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei am Fortsatz (110) wenigstens eine zusätzliche Innenscheibe, z. B. ein Federteller (112), festgelegt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei zwischen einer Innenscheibe (102, 112) und dem Injektorgehäuse (10) und/oder zwischen einer Außenscheibe (106) und dem Fortsatz (110) einer Innenscheibe (102, 112) eine Fluiddrossel (126), bevorzugt als eine Spaltdrossel mit enger Spielpassung der beteiligten Bauteile (10; 102, 112-110; 106), ausgebildet ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei eine Fluiddrossel (126) der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) als eine Drosselbohrung in einer Innenscheibe (102, 112) und/oder in einer Außenscheibe (106) und/oder im Injektorgehäuse (10) ausgebildet ist.
Injektor gemäß Anspruch 25, wobei eine Innenscheibe (102, 112) gegenüber dem Injektorgehäuse (10) und/oder der Fortsatz (110) gegenüber einer Außenscheibe (106), bevorzugt mittels eines O-Rings, gedichtet geführt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei eine erste Hydraulikkammer (104) zwischen der Endplatte (102) und einer dazu direkt benachbarten Außenscheibe (106) ausgebildet ist, wobei die Hydraulikkammer (104) durch wenigstens eine, insbesondere durch zwei Fluiddrosseln (126) hindurch befüll- und entleerbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei eine erste (104) oder eine zweite Hydraulikkammer (108) zwischen der zur Endplatte (102) direkt benachbarten Außenscheibe (106) und einer zu letzteren direkt benachbarten Innenscheibe, bevorzugt dem Federteller (112), ausgebildet ist, wobei die Hydraulikkammer (104, 108) durch wenigstens eine, insbesondere durch zwei Fluiddrosseln (126) hindurch befüll- und entleerbar ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 28, wobei jeweils zwischen einer zusätzlichen Innenscheibe und einer zusätzlichen Außenscheibe zusätzliche, bevorzugt durch zwei Fluiddrosseln (126) hindurch befüll- und entleerbare Hydraulikkammern vorgesehen sind, die die mechanische Steifigkeit der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) erhöhen.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) der Arbeitsraum (70) stromaufwärts vorgeschaltet ist, der mit einer Fluidleitung, bevorzugt einer Fluiddrossel (126), zu der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) in Fluidkommunikation steht.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 30, wobei der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) ein Ablaufraum (124) stromabwärts nachgeschaltet ist, der mit einer Fluidableitung, bevorzugt einer Fluiddrossel (126), der hydraulischen Kompensationseinrichtung (100) in Fluidkommunikation steht.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 31, wobei der Ablaufraum (124) durch ein Rückstauventil (114) hindurch, mit einem, bevorzugt drucklosen, Rücklauf (118) in Fluidkommunikation steht, wodurch die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) von einem Injektorfluid durchströmt ist und dem Ablaufraum (124) ein mittels des Rückstauventils (114) vorgebbarer Fluiddruck (p₇₀ ≥ p₁₀₄ > p₁₀₈ ≥ p₁₂₄ = p₁₁₄) aufgeprägt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 31, wobei der Ablaufraum (124) und der Arbeitsraum (70) durch das Rückstauventil (114) hindurch, mit dem, bevorzugt drucklosen, Rücklauf (118) in Fluidkommunikation stehen, wodurch die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) vom Injektorfluid teilweise durchströmbar ist und dem Ablaufraum (124) und dem Arbeitsraum (70) mittels des Rückstauventils (114) ein vorgebbarer Fluiddruck (p₁₁₄ = p₇₀ = p₁₂₄ = p_104,108) aufgeprägt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 31, wobei der Arbeitsraum (70) durch ein Rückstauventil (116) hindurch, mit dem, bevorzugt drucklosen, Rücklauf (118) in Fluidkommunikation steht, wodurch die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) vom Injektorfluid teilweise durchströmbar ist und dem Arbeitsraum (70) mittels des Rückstauventils (116) ein vorgebbarer Fluiddruck (p₇₀ = p₁₁₆ = p_104,106,124) aufgeprägt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 16 bis 31, wobei der Ablaufraum (124) durch ein erstes Rückstauventil (114) hindurch und der Arbeitsraum (70) durch ein zweites Rückstauventil (116) hindurch, mit dem, bevorzugt drucklosen, Rücklauf (118) in Fluidkommunikation stehen, wodurch die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) vom Injektorfluid durchströmt ist und dem Ablaufraum (124) mittels des ersten Rückstauventils (114) und dem Arbeitsraum (70) mittels des zweiten Rückstauventils (116) jeweils ein vorgebbarer Fluiddruck (p₁₁₄ = p₁₂₄, p₁₁₆ = p₇₀, p_114,116 = p_104,108) aufgeprägt ist.
Injektor gemäß Anspruch 35, wobei das zweite Rückstauventil (116) für sich einen größeren Staudruck realisiert als das erste Rückstauventil (114).
Injektor gemäß Anspruch 35 oder 36, wobei das erste Rückstauventil (114) in Reihe mit dem zweiten Rückstauventil (116) geschaltet ist, wobei die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) vom Injektorfluid durchströmt ist und dem Arbeitsraum (70) und dem Ablaufraum (124) mittels der beiden Rückstauventile (114, 116) ein vorgebbarer Fluiddruck (p₁₁₄ + p₁₁₆ = p₇₀ ≥ p₁₀₄ > p₁₀₈ ≥ p₁₂₄ = p₁₁₄) aufgeprägt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei ein Rückstellelement (128) vorgesehen ist, das sich an einer Innenscheibe (102, 112) oder dem Fortsatz (110) abstützt, und die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) auf Anlage mit dem Festkörperaktor (60) hält.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38, wobei das Rückstellelement (128) den Festkörperaktor (60) auf Anlage mit der Düsennadel (30) oder der Führungshülse (38) hält.
Injektor gemäß Anspruch 38 oder 39, wobei das Rückstellelement (128) bevorzugt eine Druckfeder (128) ist, die sich einerseits am Federteller (112) oder dem Fortsatz (110) und andererseits am Injektorgehäuse (10), bevorzugt an einem im Injektorgehäuse (10) festlegbaren Ring (132), abstützt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei das Rückstellelement (128) im Ablaufraum (124) vorgesehen ist, der, bevorzugt zusätzlich, mittels insbesondere eines Metallbalgs (130) fluidgedichtet ist, der einerseits am Federteller (112) oder am Fortsatz (110) und andererseits am Ring (132) festgelegt ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 41, wobei der Fortsatz (110) mit einer zentralen Durchgangsbohrung versehen ist, die einer elektrischen Versorgung (80) des Festkörperaktors (60) dient.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei die Innenscheiben (102, 112) und/oder die Außenscheiben (106) Drehteile sind, die bevorzugt mittels eines Presssitzes und/oder einer Schweißnaht auf dem Fortsatz (110) bzw. im Injektorgehäuse (10) festgelegt sind.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 43, wobei in einer Innenscheibe (102, 112) und/oder in einer Außenscheibe (106) wenigstens eine Durchgangsbohrung mit einem daran angeordneten, bevorzugt als Flappervalve ausgebildeten, Rückschlagventil vorgesehen ist, das ein ungedrosseltes Befüllen bzw. Entleeren der betreffenden Hydraulikkammer (104, 108, n) ermöglicht.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 44, wobei die hydraulische Kompensationseinrichtung (100) für einen hydraulischen Längen- und/oder Spielausgleich keinen zusätzlichen Druckspeicher und/oder kein Ausgleichsvolumen für das Injektorfluid und/oder kein zweites Fluid als Hydraulikfluid benötigt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 35 bis 39, wobei das erste Rückstauventil (114) und/oder das zweite Rückstauventil (116) innerhalb des Injektors (1) vorgesehen ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 46, wobei die Bodenplatte (64) des Festkörperaktors (60) an der Führungshülse (38) bzw. der Düsennadel (30) ansitzt oder mit der Führungshülse (38) bzw. der Düsennadel (30) fest verbunden ist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei der Festkörperaktor (60) koaxial oder parallel verschoben zu einer Längsachse (L) der Düsennadel (30) auf die Düsennadel (30) einwirkt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei zur Ventilhubbegrenzung ein zweiter, bevorzugt düsennaher, Anschlag im Injektor (1) vorgesehen ist, der mit einem An schlagelement an der Düsennadel (30) in der Offenposition des Injektors (1) zusammenwirkt.
Injektor gemäß Anspruch 49, wobei der Anschlag im Injektor (1) und das Anschlagselement an der Düsennadel (30) bei der Montage gegeneinander um die Längsrichtung (L) verdreht werden und wie ein Schlüssel und ein Schloss aufeinander abgestimmt sind.
Injektor gemäß Anspruch 49 oder 50, wobei die Düsennadel (30) oder die Führungshülse (38) eine Verdrehsicherung mit dem Düsenkörper (20) bzw. dem Zwischenstück (50) aufweist.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 51, wobei zur Steuerung des Injektors (1) sensorische Effekte des Festkörperaktors (60) beim Öffnen, beim Anschlagen der Düsennadel (30) am Anschlag und/oder beim Schließen genutzt werden.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 52, wobei ein Druckabfall (p_H-p_N) zwischen Hochdruck- (H) und Niederdruckseite (N) durch die Spielpassung (54) hindurch ca. 800 bis 1.000bar, bevorzugt ca. 1.100 bis 1.300bar, insbesondere ca. 1.400 bis 1.600bar, insbesondere bevorzugt ca. 1.700 bis 1.900bar und insbesondere besonders bevorzugt ca. 2.000 bis 2.200bar beträgt.
Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 52, wobei die Passungstoleranzen der Spielpassung (54) und/oder der unteren Nadelführung (32) 0,5 bis 1μm ± 0,5μm, bevorzugt 2 bis 3μm ± 0,5μm und insbesondere 4 bis 5μm ± 0,5μm betragen.
Einspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem für Dieselmotoren, mit einem Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 54.
Einspritzsystem gemäß Anspruch 55, wobei wenigstens ein Rückstauventil (114, 116) für wenigstens zwei Injektoren (1) des Einspritzsystems gemeinsam vorgesehen ist.
Einspritzsystem gemäß Anspruch 55 oder 56, wobei das erste Rückstauventil (114) und/oder das zweite Rückstauventil (116) für alle Injektoren (1) des Einspritzsystems gemeinsam vorgesehen ist.