DE102006049831A1

DE102006049831A1 - Kraftstoffinjektor mit Piezoaktor

Info

Publication number: DE102006049831A1
Application number: DE200610049831
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking; Stefan Kampmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-04-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (10) mit einem mindestens einen Aktor (16) zur Betätigung eines Schaltventils (36) aufnehmenden Injektorgehäuse (12) und mit einem über einen Ablaufkanal (70) druckentlastbaren Steuerraum (32). Dieser ist über einen Hochdruckzulauf (80) mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Der Aktor (16) ist in dem Injektorgehäuse (12) an einem temperaturbedingte Dehnungen des Aktors (60) kompensierenden Bauteil (62, 100; 28, 202) abgestützt.

Description

Stand der Technik
Aus EP 1 612 403 A1 ist ein Kraftstoffinjektor für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, der entweder mittels eines Magnetventiles oder mittels eines Piezoaktors betätigbar ist. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein äußeres Gehäuse, welches in eine Einspritzdüse ausläuft, über die Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Düse wird über ein in eine Schließ- und eine Öffnungsposition bewegbares Einspritzventil freigegeben oder verschlossen. Das Einspritzventilglied wird über eine Druckstange, die im Gehäuse des Kraftstoffinjektors aufgenommen ist und in axiale Richtung verschiebbar ist, gesteuert. Im Gehäuse befindet sich darüber hinaus ein Servosteuerventil. Das Servosteuerventil umfasst eine Betätigungseinrichtung sowie einen Steuerraum, welcher mit einem Kraftstoffeinlass- und mit einem Kraftstoffauslassabschnitt in Verbindung steht. Der Kraftstoffauslassabschnitt umfasst einen kalibrierten Abschnitt, wobei der Druck innerhalb des Steuerraums die Axialverschiebung der Druckstange steuert. Entlang einer Längsachse ist ein Ventilelement bewegbar, welches über die Betätigungseinrichtung bewegt wird. Das Ventilelement ist zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher es den Kraftstoffauslassabschnitt verschließt und einer vollständig geöffneten Position, in welcher es den Kraftstoffauslassabschnitt öffnet, bewegbar, so dass der Druck innerhalb des Steuerraums, zum Schließen und zum Öffnen der Düse variiert werden kann. Das Steuerventil umfasst des weiteren einen stationären gegenüber dem Gehäuse fixierten Kolben. Der Kraftstoffauslassabschnitt mündet in einer äußeren seitlichen Oberfläche des stationären Kolbens. Das Ventilelement ist so gestaltet, dass es in Axialrichtung verschiebbar ist und ein seiner vollständig geschlossenen Position den Kraftstoffauslassabschnitt verschließt, derart, dass die vom Kraftstoffdruck erzeugte resultierende Axialkraft gleich null ist.
Der aus EP 1 612 403 A1 bekannte Kraftstoffinjektor kann in einer Ausführungsvariante entweder mittels eines Magnetventiles oder in einer weiteren Ausführungsvariante mittels eines Piezoaktors betätigt werden. Die Betätigung eines Kraftstoffinjektors mittels eines Magnetventils führt aufgrund von Ankerkleben an der Magnetspule des Magnetventils häufig zu fehlerhaften Kraftstoffeinspritzmengen. Der in EP 1 612 403 A1 dargestellte Piezoaktor stellt ein relativ groß bauendes Bauteil dar, welches die Baugröße eines Kraftstoffinjektors negativ beeinflusst.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor vorgeschlagen, der mittels eines in zumindest zwei Segmente aufgeteilten Aktors, insbesondere eines in zwei Segmente aufgeteilten Piezoaktors betätigt wird. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der mindestens zwei Segmente des Piezoaktors kommt in vorteilhafter Weise eine geschlitzt ausgebildete Hülse zum Einsatz. In diese geschlitzt ausgebildete Hülse können zumindest zwei extrem schmal bauende Piezoaktoren eingebaut werden. Die geschlitzte Hülse verleiht dem den Piezoaktor darstellenden Piezokristallstapel die erforderliche mechanische Stabilität. Die vom mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor erzeugte Betätigungskraft wird an ein Ventilelement eines bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventils übertragen. Zum Ausgleich temperaturbedingter Längenänderungen ist der mindestens zweiteilig ausgeführte Piezoaktor auf einem Ringelement gelagert, welches seinerseits von einem hydraulischen Polster aufgenommen ist. In den das hydraulische Polster bildenden Fluidvorrat können auch das Ringelement abstützende Vorspannfedern eingelassen sein.
Das hülsenförmig ausgebildete, mit einem Ringansatz versehene Ventilelement des Schaltventils ist über eine sich am Deckel des Injektorkörpers abstützende Ventilfeder vorgespannt. Im Deckel ist darüber hinaus eine Umfangsnut ausgebildet, über welche an einer der Planseite des Ventilelements gegenüberliegenden Innenseite des Deckels ein Anschlagring gebildet wird, über den der Ventilhub des Ventilelementes des Kraftstoffinjektors von außen eingestellt werden kann. Bevorzugt ist der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor von einer Isolierung umschlossen und durch diese gegen den Kraftstoff isoliert. Die Kraftausgeglichenheit des Schaltventils wird dadurch erreicht, dass das in einem stationär Injektorkörper aufgenommene im wesentlichen hülsenförmig ausgebildete Ventilelement im Bereich des Sitzes des Schaltventils einen Sitzdurchmesser aufweist, der dem Führungsdurchmesser des Ventilelementes am stationär im Injektorkörper des Kraftstoffkörpers angeordneten Kolben entspricht.
In einer weiteren Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ist in den Injektorkörper ein Gehäuseteil eingelassen, welches bevorzugt aus einem Material wie Invar gefertigt wird. Bei Verwendung dieses im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Gehäuseteiles kann das Ringelement sowie das hydraulische Polster entfallen, da der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor auf einer Ringfläche im Bodenbereich des im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Gehäuseteiles aus Invar abgestützt ist. Durch das bevorzugt aus Invar gefertigte, topfförmig ausgebildete Gehäuseteil können temperaturbedingte Dehnungen kompensiert werden. Ein eventuell sich einstellender Restfehler aufgrund unterschiedlicher temperaturbedingter Dehnungen des Gehäuseteiles und des den mindestens zweiteiligen Piezoaktor umschließenden, hülsenförmig ausgebildeten Trägers kann über einen Vorhub ausgeglichen werden. Die Ausgleichsmöglichkeit über einen zu überwindenden Vorhubweg wird dadurch geschaffen, dass zwischen dem ringförmigen Ansatz unterhalb der Planseite des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes und der Oberseite des den mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor umschließenden Trägers ein Abstand verbleibt.
In einer weiteren Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ist der Piezoaktor in das Schaltventil des Kraftstoffinjektors integriert. In dieser Ausführungsvariante ist der Piezoaktor derart beschaffen, dass wenige Lagen eines Piezomateriales als konzentrische Ringe am Umfang des Trägers, der dem Piezoaktor die notwendige mechanische Stabilität verleiht, aufgenommen sind. Gemäß dieser Ausführungsvariante sind die Piezoschichten konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Träger z.B. geschlitzt ausgebildet werden kann und eine relativ niedrige Steifigkeit hat. Dazu sind an einer Mantelfläche des Trägers Radialschlitze, -wellungen oder dergleichen ausgeführt. Der ebenfalls im wesentlichen topfförmig gestaltete Träger stützt sich innerhalb eines Niederdruckbereiches des Kraftstoffinjektor auf einer Einstellscheibe ab. Der im wesentlich topfförmig ausgebildete Träger ist über eine Tellerfeder, um ein Beispiel zu nennen, mittels einer Spannmutter vorgespannt.
Auch gemäß dieser Ausführungsvariante ist ein Vorhubweg dadurch realisiert, dass in dieser Ausführungsvariante zwischen der unteren Stirnseite des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes des Schaltventils und einer Ringfläche des im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Trägers ein Abstand verbleibt, welcher den zu überwindenden Vorhubweg definiert. Bevorzugt wird die den im wesentlich topfförmig ausgebildeten Träger abstützende Hülse aus einem Material wie Invar gefertigt. Damit lässt sich eine temperaturbedingte Dehnung des von Hülse und Träger innerhalb eines ringförmigen Hohlraumes aufgenommenen Piezoaktors kompensieren. Über den zwischen dem im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelement und der Ringfläche des Trägers ausgebildeten Vorhub, der in der Größenordnung von wenigen μm liegt, können eventuell verbleibende
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit einem mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor, abgestützt auf einem hydraulischen Polster,
2 eine weitere Ausführungsvariante des in 1 dargestellten Kraftstoffinjektors, wobei der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor auf einem Gehäuseteil im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors abgestützt ist und
3 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgesehiagenen Kraftstoffinjektors, bei dem ein den Piezoaktor mechanisch stabilisierender Träger auf einer Hülse abgestützt ist.
Ausführungsvarianten
Aus der Darstellung gemäß 1 geht ein Kraftstoffinjektor hervor, der mittels eines mindestens zweiteiligen Piezoaktors betätigt wird, wobei der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor auf einem hydraulischen Polster abgestützt ist.
Ein Kraftstoffinjektor 10 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante umfasst einen Injektorkörper 12, der durch einen Deckel 14 verschlossen ist. Im Injektorkörper 12 befindet sich ein Piezoaktor 16, der in der 1 dargestellten Ausführungsvariante in ein erstes Aktorsegment 18 und ein zweites Aktorsegment 20 geteilt ist. Das erste Aktorsegment 18 und das zweite Aktorsegment 20 werden über elektrische Anschlüsse 22 elektrisch kontaktiert, wobei die elektrischen Anschlüsse 22 an einer Aktorkontaktierung 24 mit den Segmenten 18 und 20 des Piezoaktors 16 elektrisch verbunden sind. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 in der 1 dargestellten Ausführungsvariante ist dieser von einem Träger 28 umschlossen. In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante ist der Träger 28 ringförmig, so z.B. als geschlitzte Hülse ausgebildet und nimmt das schmal bauende erste Aktorsegment 18 und das diesem gegenüberliegend angeordnete zweite Aktorsegment 20 des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 auf. Optional können die Aktorsegmente 18 und 20 von einer Isolation 26 umschlossen sein, um diese gegen den im Niederdruckbe reich 34 herrschenden Druck des Kraftstoffes, der wesentlich unterhalb des Systemdrucks liegt, abzuschirmen. Der in 1 ringförmig ausgebildete Träger 28, in dessen Trägerhohlraum 32 die Aktorsegmente 18 und 20 aufgenommen sind, weist mindestens eine Schwächungszone 30 auf. Die Schwächungszone 30 kann durch radial verlaufende Schlitzungen, die einander gegenüberliegend oder versetzt zueinander am Träger 28 ausgebildet sind, dargestellt werden. Durch die mindestens eine Schwächungszone 30 wird die Axialsteifigkeit des ringförmig bauenden Trägers 28 herabgesetzt, so dass eine bei Bestromung des mindestens zweiteilig aufgebauten Piezoaktors 16 erfolgende Längsdehnung der Piezokristallstapel der mindestens 2 Aktorsegmente 18 und 20 an den ringförmig ausgebildeten Träger 28 übertragen werden kann und in eine, ein Ventilelement 38 betätigende Hubbewegung umgesetzt wird.
Der in 1 dargestellte, mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16, stabilisiert durch den ringförmig ausgebildeten Träger 28, umschließt das Ventilelement 38 eines kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventils 36. Das kraftausgeglichene Schaltventil 36 umfasst neben dem Ventilelement 38 einen stationären Kolben 68, der im Injektorgehäuse 12 mittels einer Spannschraube 74 befestigt ist. Die Kraftausgeglichenheit des Schaltventiles 36 wird dadurch erreicht, dass ein Sitz 40 im Ventilelement 38 im Bereich einer Ausnehmung 39 einen Sitzdurchmesser 42 aufweist, der identisch zum Führungsdurchmesser 44 des Ventilelementes 38 am stationären Kolben 68 ist.
Das kraftausgeglichene Schaltventil 36 umfasst ein im wesentlichen hülsenförmig ausgebildetes Ventilelement 38, dessen Planseite durch Bezugszeichen 46 identifiziert ist. Die Planseite 46 des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes 38 wird von einer Ventilfeder 48 beaufschlagt, die sich in einer Ausnehmung im Deckel 14 an dessen Innenseite 58 abstützt.
Zur Einstellung des Ventilhubes kann von außen in den Deckel 14 eine Umlaufnut 56 eingebracht werden, die an der Innenseite 58 des Deckels 14 einen Anschlagring 60 ausbildet, welcher der Planseite 46 des über dem Piezoaktor 16 betätigbaren Ventilelementes 38 gegenüber liegt.
Darüber hinaus ist zentrisch im Deckel 14 ein Leckölablauf 50 vorgesehen, aus welchem der in den Niederdruckbereich 34 abströmende Kraftstoff einem in 1 nicht dargstellten Kraftstoffreservoir zuzuströmen vermag. Zwischen dem Deckel 14 und dem Injektorkörper 12 befindet sich eine mit Bezugszeichen 54 identifizierte Einstellscheibe, die beim Anziehen einer Spannmutter 52 zur Befestigung des Deckels 14 am Injektorkörper 12 gespannt wird. Über die Dimensionierung der Einstellscheibe 54 zwischen Deckel 14 und Injektorkörper 12 ist der Hubweg des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes 38 einstellbar.
Zum Ausgleich temperaturbedingter Dehnungen des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 gemäß der Ausführungsvariante in 1 stützt sich der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 bzw. der diesen umschließende ringförmig ausgebildete Träger 28 auf einem Ring 62 ab. Der Ring 62 seinerseits ist in einem im stationären Kolben 68 bevorrateten hydraulischen Polster 64 gelagert, in das auch, in 1 durch Bezugszeichen 66 angedeutet, Ausgleichsfedern 66 eingelassen sein können, die den Ring 62 abstützen.
Bei Bestromung des in 1 dargestellten, mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 über die elektrischen Anschlüsse 22 dehnen sich die Aktorsegmente 18 und 20 in vertikale Richtung aus, so dass der die mindestens zwei Aktorsegmente 18 und 20 umschließende ringförmige Träger 28 ebenfalls in axiale Richtung gedehnt wird, was aufgrund der mindestens einen Schwächungszone 30 und der dadurch herabgesetzten Steifigkeit in axiale Richtung des ringförmig ausgebildeten Trägers 28 möglich ist. Bei einer in vertikale Richtung gerichteten Axialausdehnung der mindestens zwei Aktorsegmente 18 und 20, wird das Ventilelement 38 an einem ringförmigen Überstand kontaktiert und aus seinem Sitz 40 entgegen der Wirkung der Ventilfeder 48 gehoben. Bei geöffnetem Sitz 40 erfolgt ein Abströmen einer Steuermenge aus einem Steuerraum 78 innerhalb eines Ventilstückes 76. Das Ventilstück 76 ist über einen Dichtring 86 gegen den Injektorkörper 12 abgedichtet. Der Steuerraum 78 wird über einen Hochdruckzulauf 80 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Der Hochdruckzulauf 80 ist mit einem Hochdruckspeicherraum (Common Rail) eines Kraftstoffeinspitzsystems verbunden. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff wird über den Hochdruckzulauf 80 und eine Zulaufdrossel 82 dem Steuerraum 78 zugeleitet. Steht der Sitz 40 offen, wird der Steuerraum 78 über den Ablaufkanal 70 druckentlastet, der eine Ablaufdrossel 72 umfasst, die unmittelbar hinter dem Steuerraum 78 im Ventilstück 76 ausgebildet ist. Die abgesteuerte Steuermenge strömt über den Ablaufkanal 70 und Mündungen 71 innerhalb des Ventilelementes 38 in eine ringförmige gewölbte Ausnehmung 39 und von dort über den geöffneten Sitz 40 in den Niederdruckbereich 34 des Injektorkörpers 12 ab. Von dort strömt die Steuermenge über den in Deckel 14 ausgebildeten Leckölablauf 50 ab. Wird die Bestromung des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 unterbrochen, so schließt die die Planseite 46 des Ventilelementes 38 beaufschlagende Ventilfeder 48 das Ventilelement 38 und stellt dieses in seinen Sitz 40. Damit ist das weitere Abströmen von Steuermenge aus dem mit Systemdruck beaufschlagten Steuerraum 78 unterbunden, da die Mündungen 71 des Ablaufkanales 70 unterhalb des nun geschlossenen Sitzes 40 verschlossen sind. Im Steuer raum 78 baut sich wieder Systemdruck auf, so dass ein Einspritzventilglied oder eine das Einspritzventilglied beaufschlagende Druckstange 88 wieder zuvor freigegebene Einspritzöffnungen am brennraumseitigen gegen Ende des Kraftstoffinjektors 10 verschließen, an denen über den vom Hochdruckzulauf 80 abzweigenden Düsenzulauf 84 ebenfalls unter Systemdruck stehender Kraftstoff ansteht.
Der Darstellung gemäß 2 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen, bei dem der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 an einem Gehäuseteil abgestützt ist.
Im der in 2 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 sind das in 1 dargestellte Druckpolster 64, die Ausgleichsfedern 66 sowie das in 1 den mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor 16 abstützende Ringelement 62 entfallen.
Stattdessen ist der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 – das erste Aktorsegment 18 und das zweite Aktorsegment 20 umfassend – von einem Träger 28 zur mechanischen Stabilisierung umschlossen, auf einer Ringfläche 104 eines Gehäuseteiles 100 abgestützt. Das Gehäuseteil 100 ist im wesentlich topfförmig konfiguriert und wird bevorzugt aus einem temperaturbedingte Wärmedehnungen kompensierenden Material wie Invar gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 entspricht. Das Gehäuseteil 100 aus Invar ist in der Darstellung gemäß 2 an einer Einspannstelle 102 zwischen dem Deckel 14 und der Oberseite des Injektorkörpers 12 mittels der Spannmutter 52 eingespannt. Das Gehäuseteil 100 aus Invar befindet sich im wesentlichen innerhalb des Niederdruckbereiches 34 des Kraftstoffinjektors 10. Auf der Ringfläche 104 des Gehäuseteiles 100 aus Invar sind das erste Aktorsegment 18 sowie das zweite Aktorsegment 20 des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 aufgenommen. Der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 ist von dem hülsenförmig ausgebildeten Träger 28 umschlossen, an dem mindestens eine Schwächungszone 30 z.B. als Radialschlitzung ausgeführt, vorgesehen ist. Der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 ist von einem ringförmigen Ansatz an der Planseite 46 des Ventilelementes 38 beabstanded, so dass sich ein Vorhubweg h_v ergibt. Über den Vorhub h_v kann ein ggf. verbleibender Restfehler aufgrund unterschiedlicher temperaturbedingter Längendehnungen zwischen dem Ventilelement 38 des kraftausgeglichenen Schaltventiles 36 und dem mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor 16 kompensiert werden.
Anstelle der in den Ausführungsvarianten gemäß der 1 und 2 dargestellten Aktorsegmente 18 und 20, kann der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 auch mehr als zwei schmal bauende Aktorsegmente aufweisen, die Piezoschichten aufweisen, die in horizontaler Abfolge übereinander geschichtet sind.
Die Funktion der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 entspricht im wesentlichen der im Zusammenhang mit der in 1 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10. Auch in der in 2 dargstellten zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 ist das Schaltventil 36 bevorzugt als ein kraftausgeglichenes Schaltventil ausgebildet, dessen Ventilelement 38 an dem stationären Kolben 68, der über die Spannschraube 74 im Injektorgehäuse 12 befestigt ist, verschieblich geführt ist.
Der Darstellung gemäß 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 zu entnehmen, bei welchem der den Piezoaktor mechanisch stabilisierende Träger gleichzeitig ein temperaturbedingte Dehnung ausgleichendes Bauteil darstellt.
Aus der in 3 dargstellten Ausführungsvariante geht hervor, dass der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 in dieser Ausführungsvariante wenige Lagen von konzentrisch zueinander angeordneten Piezoschichten aufweist. Diese sind im Unterschied zu den in 1 und 2 dargestellten Aktorsegmenten 18 und 20 des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 nicht in horizontaler Richtung übereinander geschichtet, sondern verlaufen im wesentlichen in vertikale Richtung, d.h. parallel zur Symmetrieachse des Kraftstoffinjektors 10. Darüber hinaus ist der in der Ausführungsvariante gemäß 3 dargestellte, mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 in einen Hohlraum des in dieser Ausführungsvariante im wesentlichen topfförmig konfigurierten Trägers 28 eingebettet, wobei dieser Hohlraum von einer Stützhülse 202, die bevorzugt aus einem Material wie Invar gefertigt wird, begrenzt ist. In den sich zwischen dem topfförmig ausgebildeten Träger 28 gemäß 3 und der diesen abstützenden Stützhülse 202 ergebenden Hohlraum ist der mindestens zweiteilig ausgebildete Piezoaktor 16 integriert. Der Hohlraum zwischen der Stützhülse 202 und der Außenumfangsfläche des im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Trägers 28 ist mit der Isolation 26 ausgeschäumt, um den mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor 16 gegen den im Niederdruckbereich 34 des Kraftstoffinjektors herrschenden Kraftstoffdruck abzuschirmen. Das in der Ausführungsvariante in 2 dargestellte Gehäuseteil 100 aus Invar und das hülsenförmig ausgebildete, den mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor 16 umschließende Trägerbauteil 28 sind in der Ausführungsvariante gemäß 3 zu einem gemeinsamen Bauteil verschmolzen. Der Träger 28 weist mindestens eine Schwächungszone 30 auf, die z.B. als Abfolge von axial zueinander versetzten Radialschlitzen ausgebildet sein kann. Der Träger 28 gemäß der Ausführungsvariante in 3 stützt sich auf der Stützhülse 202 ab, die ihrerseits auf einer Einstellscheibe 206 aufliegt, die sich wiederum auf der Oberseite der Spannschraube 74 zur Fixierung des stationären Kolbens 68 im Injektorkörper 12 abstützt. Der Träger 28 ist durch ein Spannelement 204 und eine Anstellfeder 200 an die Stptzhülse 202 angestellt, die ihrerseits auf der Einstellscheibe 206 ruht.
Bei dem in der Ausführungsvariante gemäß 3 dargestellten Schaltventil 36 handelt es sich bevorzugt um ein solches, welches kraftausgeglichen ist. Die Kraftausgeglichenheit des in 3 dargestellten Schaltventiles 36 wird dadurch erzielt, dass im Bereich des Sitzes 40 dessen Sitzdurchmesser 42 dem Führungsdurchmesser 44 am stationären Kolben 68 entspricht.
Die sich bei einer Bestromung des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 einstellende Längenänderung, d.h, die Kontraktion des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16, führt zu einer Längenreduzierung des mit mindestens einer Schwächungszone 30 versehenen Trägers 28. Dessen Ringfläche 208 untergreift eine untere Stirnseite des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes 38 des Schaltventiles 36 unter Ausbildung des Vorhubes h_v. Sobald der Vorhub h_v überwunden ist, kontaktiert die Ringfläche 208 des im wesentliche topfförmig konfigurierten Trägers 28 die untere Stirnseite des Ventilelementes 38 und hebt damit das Ventilelement 38 aus dem Sitz 40. Bei geöffnetem Sitz 40, d.h. bei bestromten, kontrahierten, mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktor 16 strömt über den offen stehenden Sitz 40 über die Mündungen 71 des Ablaufkanales 70 eine Steuermenge aus dem Steuerraum 78 im Ventilstück 76 in den Niederdruckbereich 34 des Kraftstoffinjektors 10 und von dort in die Leckölleitung 50. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 78 unter Systemdruck abgesenkt, so dass eine ein Einspritzventilglied betätigende Druckstange 88 oder das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 88 unmittelbar betätigt werden, d.h. in den Steuerraum 78 einfahren. Bei der in vertikale Richtung gerichteten Einfahrbewegung der Druckstange bzw. des nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 88 in den Steuerraum 78 werden in – in 3 nicht dargestellte – am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 vorgesehene Einspritzöffnungen geschlossen, so dass über einen vom Hochdruckzulauf 80 abzweigenden Düsenzulauf 84 an den Einspritzöffnungen anstehende, unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Bei der Aufhebung der Bestromung des mindestens zweiteilig ausgebildeten Piezoaktors 16 wird das Ventilelement 38 des kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventiles 36 durch die Wirkung der Ventilfeder 48, die sich an der Innenseite 58 des Deckels 14 abstützt, in seinen Sitz 40 gestellt. Dadurch wird die Druckentlastung des Steuerraumes 78 aufgehoben, da der Sitz 40 geschlossen ist und die Mündungen 71 des Ablaufkanales 70 durch das Ventilelement 38 verschlossen sind. Aufgrund dessen steigt der Druck im Steuerraum 78 wieder auf Systemdruckniveau an, da dieser über den Hochdruckzulauf 80 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff befüllt wird, der über die Zulaufdrossel 82 in den Steuerraum 78 eintritt. Der Druckanstieg innerhalb des Steuerraums 78 auf Systemsdruckniveau führt dazu, dass entweder eine Druckstange 88, die ein Einspritzventilglied beaufschlagt oder ein unmittelbar betätigtes, bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied die am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektor 10 ausgebildeten Einspritzöffnungen wieder verschließt, so dass die Einspritzung von unter Systemdruck stehenden Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine unterbunden wird.

Claims

Kraftstoffinjektor (10) mit mindestens einem Aktor (16) zur Betätigung eines Schaltventiles (36), welches in einem Injektorkörper (12) aufgenommen ist, mit einem über einen Ablaufkanal (70) druckentlastbaren Steuerraum (78), der über einen Hochdruckzulauf (80) mit unter einem Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) in dem Injektorkörper (12) an einem temperaturbedingte Dehnungen des Aktors (16) kompensierenden Bauteil (62, 100; 28, 202) abgestützt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) in einen Träger (28) integriert ist, der mindestens eine Schwächungszone (30) aufweist, die die Steifigkeit des Trägers (28) in Axialrichtung reduziert.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) ein Ventilelement (38) eines Schaltventiles (36) umschließt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) mindestens ein erstes Aktorsegment (18) und ein zweites Aktorsegment (20) aufweist, die in den Träger (28) integriert sind.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (38) im wesentlichen hülsenförmig und mit einem ringförmigen Ansatz ausgeführt ist, der in einem einen Vorhub h_v definierenden Abstand zu einer Stirnseite des Aktors (16) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Planseite (46) des Ventilelementes (38) und einem Anschlag (62) am Deckel (14) oder zwischen einer Ringfläche (208) des Trägers (28) und einer unteren Stirnseite des Ventilelementes (38) ein Vorhubweg h_v eingestellt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) des Aktors (16) geschlitzt ausgeführt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbedingte Dehnungen des Aktors (16) kompensierende Bauteil (62) ringförmig ausgeführt ist und von einem hydraulischen Polster (64) beaufschlagt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbedingte Dehnungen des Aktors (16) kompensierende Gehäuseteil (100) topfförmig ausgeführt ist, eine Ringfläche (104) zur Abstützung des vom Träger (28) umschlossenen Aktors (16) aufweist und an einer Einspannstelle (102) im Injektorkörper (12) befestigt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbedingte Dehnungen des Aktors (16) kompensierende Gehäuseteil (100) den Träger (28) des Aktors (16) darstellt und im Injektorkörper (12) durch eine Stützhülse (202) abgestützt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (36) ein an einem stationären Kolben (68) verschiebbares Ventilelement (38) aufweist, dessen Sitzdurchmesser (42) seinen Führungsdurchmesser (44) am stationären Kolben (68) entspricht.