-
Stand der Technik
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit direkter
Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Die
vorliegende Erfindung wird eingesetzt in Verbrennungskraftmaschinen,
bei welchen Kraftstoffinjektoren zum dosierten Einspritzen des zu
verbrennenden Kraftstoffs verwendet werden.
-
Aus
der
DE 103 33 427
B3 ist ein gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor
bekannt. Dieser umfasst ein Einspritzventil, welches eine Ventilnadel
zum Öffnen
und Schließen
von distalen Einspritzöffnungen aufweist.
Es ist eine kraftstoffzuführende
Leitung vorgesehen sowie ein Aktor und eine hydraulische Kopplereinheit,
die zwei über
eine Kopplung zusammenwirkende, linear hintereinander angeordnete Kolben
gleichen Durchmessers aufweist. Das Kopplervolumen der Kopplereinheit
wird über
Führungsspalten
hintereinander angeordneter Kolben durch unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff gebildet. An den dem Aktor abgewandten Enden der Kolben
ist je ein Füllraum
angeordnet, die mit einer Leitung verbunden sind, wobei einer der
Kolben mit einer ersten Querschnittsfläche mit dem Aktor über eine
Stange und der andere Kolben mit der Ventilnadel verbunden ist.
Die beiden anderen Enden der Kolben greifen in zugeordnete Übersetzerräume ein,
die über
einen Kanal miteinander hydraulisch in Verbindung stehen.
-
Nachteilig
an der bekannten Lösung
ist, dass diese relativ komplex aufgebaut ist und aufgrund der zwei
Kolben sowie deren hydraulischer Verbindung recht großbauend
ausfällt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor
mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip, insbesondere
für eine
Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher einen
einfachen Aufbau aufweist und in dem Gesamtdurchmesser kleiner baut,
wobei die Steuerräume
entsprechend ausgebildet sind, um eine optimale Düsennadelbetätigung zu
gewährleisten.
-
Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
-
Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass die Kopplereinheit unter Bildung
zweier hydraulisch verbundener Steuerräume zwei Druckstufen aufweist,
um mittels der zwei Steuerräume über einen
hydraulisch mit dem zweiten Steuerraum gekoppelten dritten Steuerraum
die Düsennadel
zu bewegen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass durch die zweistufige Ausbildung des Kopplerkolbens
und damit verbunden den zusätzlich
gebildeten Steuerraum kleinere Durchmesser des Kraftstoffinjektors
realisiert werden können.
Insbesondere lassen sich so Kraftstoffinjektoren realisieren, die
besonders schlank sind, und Durchmesser, die kleiner sind als 19
mm und besonders bevorzugt etwa 17 mm sind, ermöglichen.
-
Weiter
bevorzugt ist, dass die Kopplereinheit einen ersten, aktorseitig
angeordneten Kopfteil und einen düsennadelseitigen Schaftteil
kleineren Durchmessers aufweist. Auf diese Weise lässt sich
einfach eine zweistufige Kopplereinheit realisieren. Die Kopplereinheit
kann einteilig als Drehteil hergestellt sein, oder mittels Verbinden
von mehreren Teilen gefertigt werden.
-
Zudem
ist es bevorzugt, dass der Kopfteil eine größere Außenabmessung aufweist, als
der Schaftteil, um so einen Absatz an dem Übergang von Schaftteil zu Kopfteil
zu bilden. Bevorzugt sind Kopfteil und Schaftteil im Querschnitt
kreisförmig
ausgebildet.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass der erste Steuerraum durch den Injektorkörper und
die Kopplereinheit begrenzt ist. Genauer gesagt, ist der erste Steuerraum
durch das Kopfteil, das Schaftteil und den Injektorkörper begrenzt.
Somit wird der erste Steuerraum bzw. dessen Größe im Wesentlichen durch den
Absatz bzw. die Durchmesserunterschiede von Schaftteil und Kopfteil
mitbestimmt. Dadurch, dass ein zusätzlicher Steuerraum vorgesehen
ist, kann der Durchmesser des Kopfteils kleiner ausgebildet sein,
als der entsprechende Durchmesser der Kopplereinheit bei bekannten Kraftstoffinjektoren.
-
Weiterhin
ist bevorzugt, dass der zweite Steuerraum aktorseitig axial von
einer Stirnfläche des
Schaftteils begrenzt ist. Durch die axiale Begrenzung über die
Stirnfläche
lässt sich
der Steuerraum entsprechend klein ausbilden, so dass sich der Bauraum
optimal nutzen lässt.
-
Auch
bevorzugt ist es, dass der zweite Steuerraum über einen durch die Kopplereinheit
verlaufenden Kanal mit dem ersten Steuerraum hydraulisch verbunden
ist. Der Kanal für
die hydraulische Verbindung verläuft
bevorzugt durch die Kopplereinheit und nicht durch den Injektorkörper, so
dass die Wandung des Injektorkörpers
entsprechend dünn
ausgebildet werden kann, da diese den Kanal nicht aufnehmen muss.
Somit lässt
sich ein extrem schlanker Kraftstoffinjektor realisieren.
-
Eine
andere bevorzugte Ausführungsform sieht
vor, dass der zweite Steuerraum mittels einer Drosselplatte von
dem dritten Steuerraum axial getrennt ist. Über diese Drosselplatte wird
die Druckübertragung
zwischen zweitem Steuerraum und drittem Steuerraum gedrosselt. Hierdurch
verzögert
sich die Druckübertragung,
wodurch der Schließvorgang der
Düsennadel
letztendlich beschleunigt wird.
-
Der
zweite Steuerraum ist vorzugsweise mittels der Drosselplatte und
einer nadelseitigen Stirnfläche
des Schaftteils axial und mittels einer ersten Hülse radial begrenzt. Auf diese
Weise lässt
sich der zweite Steuerraum durch einfache konstruktive Maßnahmen
bilden.
-
Bevorzugt
ist auch, dass der dritte Steuerraum mittels der Drosselplatte und
einer aktorseitigen Stirnfläche
der Düsennadel
axial und mittels einer zweiten Hülse radial begrenzt ist. Somit
lässt sich auch
der dritte Steuerraum einfach ausbilden und durch die Geometrien
der angrenzenden Bauteile leicht festsetzen. Die beiden Hülsen, die
des zweiten Steuerraums und die des dritten Steuerraums, lassen
sich im Wesentlichen gleich ausgestalten, so dass die gleichen Bauteile
sowohl zur Festlegung des zweiten Steuerraums als auch des ersten
Steuerraums verwendbar ist.
-
Auch
bevorzugt ist, dass Vorspannelemente benachbart zu und in Kontakt
stehend mit den Hülsen angeordnet
sind. Die Vorspannelemente können
als Federn und speziell als Druckfedern ausgebildet sein. Eine besonders
bevorzugte Ausführungsform sieht
vor, dass die Vorspannelemente als spiralförmige Druckfedern ausgebildet
sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figur näher
dargestellt. Die Figur zeigt:
einen Längsschnitt durch einen schematisch
dargestellten Kraftstoffinjektor.
-
Der
Kraftstoffinjektor 1 gemäß Figur funktioniert mit direkter
Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst
einen Injektorkörper 2 und
einen Düsenkörper 3.
Injektorkörper 2 und
Düsenkörper 3 sind
entlang einer gemeinsamen Achse miteinander verbunden. In dem Düsenkörper 3 sind Öffnungen
zum Einspritzen eines Fluids in einem Brennraum ausgebildet. In
dem Injektorkörper 2 ist
ein Aktor 4 aufgenommen, der sich zur Betätigung im
stromlosen Zustand zusammenzieht, und im bestromten Zustand ausgelenkt
ist. In dem Düsenkörper 3 ist
eine Düsennadel 5 zum Öffnen und
Verschließen
der Öffnungen
aufgenommen. Zwischen dem Aktor 4 und der Düsennadel 5 ist
an dem Aktor 4 eine Kopplereinheit 6 angeordnet.
Diese Kopplereinheit 6, welche bei Betätigung des Aktors 4 ein
Anheben der Düsennadel 5 bewirkt,
ist zweistufig, das heißt
mit einem Absatz versehen ausgebildet. Hierzu weist die Kopplereinheit 6 ein
Kopfteil 6a mit Durchmesser d1 und ein Schaftteil 6b mit
Durchmesser d2 auf. Die Kopplereinheit 6 bildet zusammen
mit dem Injektorkörper 2 im
Bereich dieses Absatzes einen ersten Steuerraum 7. Dabei
wird die Größe des ersten
Steuerraums 7 von den Außenabmaßen des Kopfteils 6a und
des Schaftteils 6b bestimmt. Die Kopplereinheit 6 und
somit das Kopfteil 6a und das Schaftteil 6b sind
bolzenartig ausgebildet. Das heißt, das Kopfteil 6a und
das Schaftteil 6b sind etwa zylindrisch ausgebildet und
weisen somit jeweils einen Außendurchmesser
auf. Der Durchmesser d1 des Kopfteils 6a ist dabei größer als
der Durchmesser d2 des Schaftteils 6b. Über diesen Unterschied der Durchmesser
d1 und d2 ist die Größe des ersten Steuerraums 7 bestimmt.
Ein zweiter Steuerraum 8 ist axial von der nadelseitigen
Stirnseite des Schaftteils 6b der Kopplereinheit 6 angeordnet.
Dessen Größe ist im
Wesentlichen durch den Durchmesser d2 des Schaftteils 6b bestimmt.
Die beiden Steuerräume 7 und 8 sind
hydraulisch über
einen Kanal 9 verbunden. Der Kanal 9 verläuft durch
die Kopplereinheit 6 und genauer durch das Schaftteil 6b.
Der zweite Steuerraum 8 wird weiter durch eine erste Hülse 10 und
eine Drosselplatte 11 begrenzt. Die Drosselplatte 11 liegt
zwischen dem zweiten Steuerraum 8 und einem dritten Steuerraum 12.
Dabei sind der zweite und der dritte Steuerraum 8, 12 über eine Durchgangsöffnung in
der Drosselplatte 11 hydraulisch verbunden. Der dritte
Steuerraum 12 ist weiterhin durch die Düsennadel 5 und seitlich
bzw. radial durch eine zweite Hülse 13 begrenzt.
Die Düsennadel 5 hat
dabei etwa den gleichen Durchmesser in dem Bereich, mit dem diese
den dritten Steuerraum 12 begrenzt, wie das Schaftteil 6b.
-
Der
Kraftstoffinjektor 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, die insbesondere
an einem Fahrzeug angeordnet sein kann. Dabei ist jedem Zylinder
der Brennkraftmaschine ein separater Kraftstoffinjektor 1 zugeordnet.
Bei sogenannten „Common-Rail-System" ist für mehrere,
insbesondere für sämtliche
Kraftstoffinjektoren 1 der Brennkraftmaschine eine gemeinsame
Kraftstoffversorgung vorgesehen, welche den einzudüsenden Kraftstoff
auf dem relativ hohen Niveau des Einspritzdruck bereitstellt.
-
Der
erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 1 arbeitet
wie folgt:
In einem Ausgangszustand ist die Düsennadel 5 geschlossen,
d.h. die Düsennadel 5 sitzt
in einem Nadelsitz an den Öffnungen
und sperrt somit die Verbindung der Kraftstoffversorgung zu der
wenigstens einen Öffnung.
In diesem Ausgangszustand ist der Aktor 4 bestromt und
befindet sich in einem ausgelenkten Zustand. Bei Betätigung des
Kraftstoffinjektors 1 wird die Stromzufuhr zu dem Aktor 4 unterbrochen und
der Aktor 4 fährt
zusammen, das heißt
er verkürzt
sich in axiale Richtung weg von der Düsennadel 5. Die an
den Aktor 4 festgekoppelte Kopplereinheit 6 vollzieht
die gleiche Bewegung. Hierdurch wird das Volumen des ersten Steuerraums 7 vergrößert und der
dort herrschende Druck nimmt ab. Durch die hydraulische Verbindung
mit dem zweiten Steuerraum 8 nimmt auch dort der Druck
entsprechend ab. Da der zweite Steuterraum 8 auch hydraulisch über eine Drosselplatte
mit dem dritten Steuerraum 12 gekoppelt ist, nimmt auch
dort, in dem dritten Steuerraum 12 der Druck ab. Hierdurch
wird die Düsennadel 5 in Richtung
des Aktors 4 angezogen und die bislang durch die Düsennadel 5 verschlossenen Öffnungen werden
freigegeben.
-
Umgekehrt
wird zum Schließen
der Öffnungen
der Aktor 4 bestromt, wodurch dieser sich auslenkt und
die Kopplereinheit 6 das Volumen des ersten Steuerraums 7 verkleinert.
Hierdurch steigt der Druck in dem ersten Steuerraum 7. Über die
hydraulische Verbindung steigt auch der Druck in dem zweiten Steuerraum 8. Über die
Drosselplatte wird die Druckerhöhung
an den dritten Steuerraum 12 weitergeleitet, wodurch sich
der Druck dort erhöht.
Die Druckerhöhung
bewirkt, dass die Düsennadel 5 sich
in Richtung der Öffnung
bewegt und diese verschließt.