-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Common-Rail-Injektor
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die
DE 103 53 169 A1 zeigt
einen piezo-gesteuerten Common-Rail-Injektor mit einem mittels eines
Piezoaktors betätigbaren, als 3/2-Wegeventil ausgebildeten
Steuerventil. Bei geöffnetem Steuerventil ist eine von
einer Stirnseite eines Ventilelementes begrenzte Steuerkammer hydraulisch
mit einem Niederdruckbereich des Injektors verbunden, so dass aus
der Steuerkammer, die über eine Zulaufdrossel mit unter
Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird, ein Nettoabfluss in
den Niederdruckbereich resultiert. In der Folge sinkt der Druck
in der Steuerkammer, was wiederum eine Öffnungsbewegung
de Ventilelementes und damit die Freigabe einer Düsenlochanordnung
zur Folge hat. Der Piezoaktor wirkt nicht unmittelbar auf einen
Ventilkolben des Steuerventils, sondern nur indirekt über
einen Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers, insbesondere um
temperaturbedingte Längenschwankungen des Piezoaktors auszugleichen.
Der Ventilkolben ist in axialer Richtung verstellbar in einer Ventilkammer
angeordnet, die in einer Axialrichtung von einer Drosselplatte begrenzt
ist. Zum Verstellen des Ventilkolbens müssen von dem Piezoaktor
große Verstellkräfte aufgewendet werden, da der
Ventilkolben von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff in Richtung seines
oberen Ventilsitzes druckbeaufschlagt ist. Aufgrund der großen
aufzubringenden Öffnungskraft sind die Anforderungen an
die Leistungsfähigkeit und die Stabilität des
Piezoaktors sowie der gesamten Schaltkette hoch.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen piezo-gesteuerten
Injektor vorzuschlagen, bei dem die von dem Piezoaktor aufzubringende Öffnungskraft
reduziert ist.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen
aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Ventilkolben nicht axial
verschieblich in einer Ventilkammer anzuordnen, sondern die Ventilkammer
am Ventilkolben auszubilden, insbesondere derart, dass die Ventilkammer,
zumindest teilweise, beim Verstellen des Ventilkolbens in axialer
Richtung mitverstellt wird. Anders ausgedrückt, ist die
Ventilkammer zumindest bereichsweise am Außenumfang des
Ventilkolbens angeordnet, derart, dass der Ventilkolben die Ventilkammer
zu jeder Zeit in zwei entgegengesetzte Axialrichtungen begrenzt,
also von dem Ventilkolben zwei in entgegengesetzte Axialrichtungen
wirksame Druckangriffsflächen bereitgestellt werden. Über
die Wahl der Größe der wirksamen Druckangriffsflächen
kann die Größe der in einer Axialrichtung wirkenden
resultierenden Druckkraft bestimmt werden, die auf die Druckaufschlagung
der in die entgegengesetzten Axialrichtungen wirkenden, Druckangriffsflächen
des Ventilkolbens durch den in der Ventilkammer befindlichen, unter
Hochdruck stehenden Kraftstoff zurückzuführen
ist. Mittels der Erfindung lässt sich die von dem Piezoaktor
aufzubringende Öffnungskraft reduzieren, wodurch Piezoaktoren
mit geringerer Leistung und damit mit geringerem Bauvolumen und
niedrigerer Leistungsaufnahme eingesetzt werden können.
Zudem werden die Stabilitätsanforderungen an die gesamte
Schaltkette reduziert.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
in entgegensetzte Axialrichtungen wirkenden wirksamen Druckangriffsflächen
(Projektionsflächen) zumindest näherungsweise,
vorzugsweise genau gleich groß sind. Hierdurch heben sich
die Druckkraftkomponenten in die entgegengesetzten Axialrichtungen
auf, wodurch von dem in der Ventilkammer befindlichen Kraftstoff
keine von dem Piezoaktor zu überwindende Schließkraft
auf den Ventilkolben wirkt. Anders ausgedrückt, handelt
es sich in diesem Fall bei dem Steuerventil um ein in axialer Richtung
druckausgeglichenes Ventil. Die Ausbildung gleich großer
Druckangriffsflächen kann auf einfache Weise dadurch realisiert
werden, dass der Ventilkolbendichtdurchmesser, also der Durchmesser
des Ventilkolbens, mit dem der Ventilkolben an seinem Ventilkolbensitz
anliegt und der Ventilkolbenführungsdurchmesser, also der
Durchmesser des Ventilkolbens in seinem an die Ventilkammer angrenzenden
Führungsabschnitt, zumindest näherungsweise, vorzugsweise
exakt gleich groß sind. Falls das Steuerventil als Schieberventil
ausgebildet werden soll, sind die beiden mit Axialabstand an die
Ventilkammer angrenzenden Führungsdurchmesser des Ventilkolbens
mit Vorteil gleich groß zu wählen.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Ventilkolben
von einem Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers gebildet ist.
Mit anderen Worten kann auf einen separaten Ventilkolben bzw. einen
separaten Kopplerkolben verzichtet werden, wodurch sich die Konstruktion
des Injektors wesentlich vereinfacht und auf mindestens ein Bauteil verzichtet
werden kann. Bevorzugt wirkt der Kopplerkolben unmittelbar oder
mit einem weiteren, insbesondere fest mit dem Piezoaktor verbundenen
Kopplerkolben in einem Kopplerkörper kraftübertragend zusammen.
-
Die
gleichzeitige zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständige
Begrenzung der Ventilkammer durch den Ventilkolben in die einander
entgegengesetzten Axialrichtungen und die damit einhergehende Minimierung
der von dem Piezoaktor aufzubringenden Öffnungskraft ermöglicht
eine Ausgestaltung des hydraulischen Kopplers mit einem Übersetzungsverhältnis
von 1. Ein derartiger Koppler ist vergleichsweise einfach realisierbar,
beispielsweise indem der fest mit dem Piezoaktor verbundene Kopplerkolben
als einseitig geschlossene Hülse ausgebildet ist, in der
weitere Kopplerkolben, insbesondere der Ventilkolben geführt
ist.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Ventilkammer von einem durchmesserreduzierten Abschnitt des Ventilkolbens begrenzt
ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Bauform,
bei der die den Ventilkolben aufnehmende Führungsbohrung,
zumindest im Bereich der Ven tilkammer als einfache Zylinderbohrung
ausgeführt sein kann.
-
Bevorzugt
wird der Ventilkolbendichtdurchmesser von einer sich radial nach
innen verjüngenden Kegelfläche (Konusfläche)
gebildet, die mit einem Ventilkolbensitz an einem den Ventilkolben
aufnehmenden Führungsteil dichtend zusammenwirkt. Alternativ
ist es denkbar, das Steuerventil als Schieberventil auszubilden,
wobei in diesem Fall der Ventilkolbendichtdurchmesser von einem
Führungsabschnitt des Ventilkolbens gebildet ist.
-
Bei
geöffnetem Steuerventil ist die Ventilkammer bevorzugt
mit einem Absteuerraum verbunden, in den ein freies Ende des Ventilkolbens
hineinragt. Der Absteuerraum ist wiederum mit dem Injektorrücklauf
verbunden, insbesondere über einen auf Niederdruck liegenden
Piezoaktorraum, der den Piezoaktor aufnimmt.
-
Da
von dem Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer keine Schließkraft
auf den Ventilkolben wirkt, ist in Weiterbildung der Erfindung mindestens eine
Schließfeder vorgesehen, mit der der Ventilkolben in Richtung
seines Ventilkolbensitzes federkraftbeaufschlagt ist.
-
Insbesondere
um den Einsatz von Schließfedern mit einem geringen Durchmesser
zu ermöglichen, greift die Schließfeder in eine
stirnseitige Sacklochbohrung des Ventilkolbens ein.
-
Fertigungstechnisch
ist es von Vorteil, wenn ein dem Ventilkolbensitz gegenüberliegender
Axialanschlag für die Ventilkolben von einer Drosselplatte gebildet
ist, in der be vorzugt die Ablaufdrossel der Steuerkammer und/oder
die Zulaufdrossel zu der Steuerkammer integriert ist.
-
Um
den Bauraum des Injektors in axialer Richtung zu minimieren, ist
eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die den Ventilkolben
mit einer Schließkraft beaufschlagende Schließfeder
nicht (vollständig) mit Axialabstand zu dem den Piezoaktor und/oder
den Koppler federkraftbeaufschlagenden Federelement angeordnet ist,
sondern bei der das Federelement und die Schließfeder (zumindest
abschnittsweise) in radialer Richtung ineinander geschachtelt, d.
h. radial ineinander angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei eine Anordnung
des Federelementes und der Schließfeder, bei der die Schließfeder das
Federelement nicht in axialer Richtung überragt. Dies kann
beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich das Federelement
und die Schließfeder an einer gemeinsamen Abstützebene
in axialer Richtung abstützen. Daneben ist auch eine Ausführungsform
realisierbar, bei der die Schließfeder das Federelement
in axialer Richtung überragt, insbesondere dann, wenn die
Abstützfläche für die Schließfeder axial
zu der Abstützfläche für das Federelement
beabstandet ist. Ebenso ist eine Ausführungsform realisierbar,
bei der das Federelement die Schließfeder in zwei Axialrichtungen überragt.
Durch eine zumindest abschnittsweise radiale Verschachtelung des
Federelementes und der Schließfeder wird die Bauraumlänge
in axialer Richtung optimiert, da nicht zwei in axialer Richtung
beabstandete Federräume zur Aufnahme der Schließfeder
und des Federelementes vorgesehen werden müssen.
-
Um
den Ventilkolben in Schließrichtung mit einer Federkraft
beaufschlagen zu können, ist eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der sich die Schließfeder entweder an
einem einstückig mit dem Ventilkolben ausgebildeten Umfangsbund
oder an einem an dem Ventilkolben festgelegten Sicherungsring in
axialer Richtung abstützt. Bevorzugt ist zum Festlegen
des Sicherungsrings, der vorzugsweise als Wellensicherungsring ausgebildet
ist, eine Umfangsnut in den Ventilkolben eingebracht.
-
Zur
maximalen Bauraumreduzierung in axialer Richtung ist es von Vorteil,
wenn die Schließfeder vollständig radial innerhalb
des Federelementes für den Piezoaktor und/oder den hydraulischen
Koppler angeordnet ist, die Schließfeder das Federelement also
nicht in axialer Richtung überragt. Dabei stützen sich
die Schließfeder und das Federelement gemeinsam an einem
den Ventilkolben aufnehmenden Führungsteil in axialer Richtung
ab.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, eine äußere
Begrenzung des ein Kopplervolumen aufnehmenden Kopplerraums nicht
einteilig, sondern mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig auszuführen.
Dabei umfasst die Begrenzung des Kopplerraums als radial äußere,
umlaufende Begrenzung vorzugsweise ein Hülsenteil auf,
das mit einem von dem Hülsenteil separaten Deckelteil dichtend
zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform kann auf einen
bei einer einteiligen Ausbildung der Begrenzung des Kopplerraums
notwendigen Schleifauslauf am axialen Ende einer Sacklochbohrung
verzichtet werden, wodurch das Kopplerraumvolumen minimiert und
dadurch die Steifigkeit des hydraulischen Kopplers erhöht
wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann zudem
auf das Einbringen einer Sacklochbohrung mit Führungsqualität
für den Kopplerkolben, der bevorzugt von dem Ventilkolben
gebildet ist, verzichtet werden.
-
Zur
Abdichtung des Hülsenteils gegenüber dem Deckelteil
ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Hülsenteil
gegen das Deckelteil federkraftbeaufschlagt ist. Bevorzugt ist hierzu
das den Piezoaktor in axialer Richtung vorspannende Federelement
vorgesehen, das sich mit Vorteil an einer (unteren) dem Deckelteil
abgewandten, ringförmigen Stirnseite des Hülsenteils
abstützt. Dabei muss mit dem Federelement eine Vorspannkraft
realisierbar sein, die größer ist als das Produkt
aus dem maximalen Kraftstoffdruck innerhalb des Kopplerraumes und der
Innenquerschnittsfläche des Hülsenteils.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das
Hülsenteil als Außenführung zur Führung
des Kopplerkolbens, insbesondere des Ventilkolbens dient. Dabei
kann der Innendurchmesser des Hülsenteils, der dem Kopplerkolbendurchmesser
zuzüglich eines minimalen Spiels entspricht, aufgrund der
Ausbildung an einem separaten Bauteil besonders exakt und einfach
gefertigt werden.
-
Um
die Dichtheit des Kopplerraums in einem Bereich zwischen dem Hülsenteil
und dem Deckelteil auch bei im Betrieb auftretenden Druckstößen
zu gewährleisten, ist eine Ausführungsform von
Vorteil, bei der das Hülsenteil an seiner dem Deckelteil
zugewandten Stirnseite eine Beißkante aufweist, die vorzugsweise
mit einer Planfläche am Deckelteil dichtend zusammenwirkt.
Das Vorsehen einer Beißkante gewährleistet dabei
eine ausreichende, die Dichtheit des Kopplerraums gewährleistende
Flächenpressung.
-
Zur
Ausbildung des Deckelteils gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Deckelteil
an dem eigentlichen Piezoaktor, insbesondere formschlüssig,
festgelegt ist. Es ist auch eine einstückige Ausbildung von
Deckelteil und Piezoaktor realisierbar. Ferner ist es denkbar, dass
das Deckelteil, aufgrund der Federkraftbeaufschlagung des Hülsenteils
im montierten Zustand lediglich an einer Stirnseite des Piezoaktors anliegt
und gegen diesen von dem Hülsenteil gepresst wird.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Injektors, bei der
das Deckelteil als Einstellstück ausgebildet ist, mit dem
Fertigungstoleranzen des hydraulischen Aktuators und/oder eines
Gehäuseteils des Injektors ausgeglichen werden können. Es
ist auch denkbar, zwischen dem Aktuator und dem hydraulischen Koppler
ein separates Einstellstück vorzusehen.
-
Um
die Schließgeschwindigkeit des ein- oder mehrteilig ausgebildeten
Ventilelementes zu erhöhen, ist eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der die Steuerkammer, die über das Steuerventil
mit dem Niederdruckbereich verbindbar ist, nicht nur über eine
Zulaufdrossel, die unmittelbar in die Steuerkammer mündet,
mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff rückbefüllbar
ist, sondern bei der zusätzlich zu der Zulaufdrossel eine
Fülldrossel vorgesehen ist, über die unter Hochdruck
stehender Kraftstoff bei geschlossenem Steuerventil in die Steuerkammer
strömen kann, was in einer schnelleren Rückbefüllung der
Steuerkammer und damit in einem schnelleren Druckanstieg innerhalb
der Steuerkammer und damit wiederum in einem schnelleren Schließverhalten
des Ventilelementes resultiert. Die dauerhaft hydraulisch mit dem
Hochdruckbereich des Injektors verbundene Fülldrossel ist
bevorzugt derart angeordnet, dass über diese Kraftstoff
zunächst zu einer Ablaufdrossel strömt, über
die die Steuerkammer mit der Ventilkammer des Steuerventils verbunden
ist und dann durch die Ablaufdrossel hindurch in die Steuerkammer strömt.
Die Fülldrossel und die Ablaufdrossel sind also in Reihe
geschaltet. Dabei ist es denkbar, die Fülldrossel derart
anzuordnen, dass der Kraftstoff unmittelbar zur Ablaufdrossel strömen
kann. Alternativ dazu ist eine Ausführungsform realisierbar,
bei der die Fülldrossel bzw. ein diese aufweisender Füllkanal in
die Ventilkammer mündet und aus dieser ausströmender
Kraftstoff aus der Ventilkammer zur Ablaufdrossel und über
diese in die Steuerkammer strömt.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die
Fülldrossel in einen Füllkanal angeordnet ist,
der von einer Kraftstoffversorgungsleitung zur Versorgung des Injektors
mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff abgezweigt ist. Bevorzugt mündet
in diesen Füllkanal ein aus der Steuerkammer ausmündender
Ablaufkanal mit Ablaufdrossel, so dass bei geschlossenem Steuerventil über
die Fülldrossel unmittelbar sowohl die Ventilkammer des Steuerventils
als auch die Steuerkammer rückbefüllt werden.
Alternativ ist es denkbar, dass der Füllkanal aus einem
Druckraum des Injektors ausmündet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1:
eine schematische Teilansicht eines piezogesteuerten Injektors,
-
2:
eine schematische Teilansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
eines piezogesteuerten Injektors, bei dem ein Federelement für den
Piezoaktor und eine Schließfeder für den Ventilkolben,
die in radialer Richtung geschachtelt angeordnet sind,
-
3:
eine schematische Darstellung eines alternativ ausgebildeten Kopplerraums
und
-
4:
eine schematische Teilansicht eines piezogesteuerten Injektors,
bei der eine Ventilkammer eines Steuerventils über eine
Ablaufdrossel sowie über eine Fülldrossel mit
Kraftstoff versorgt wird.
-
Ausführungsform der
Erfindung
-
In 1 ist
ein Ausschnitt eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors 1 zum
Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
gezeigt. Der Injektor 1 umfasst ein lediglich ausschnittsweise
dargestelltes ein- oder mehrteiliges Ventilelement 2, das
zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung
verstellbar ist. In seiner Öffnungsstellung gibt das Ventilelement 2 den
Kraftstofffluss aus einer nicht gezeigten Düsenlochanordnung
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.
-
Mit
einer oberen Stirnfläche 3 begrenzt das Ventilelement 2 eine
Steuerkammer 4. Die Steuerkammer 4 ist radial
innerhalb einer Hülse 5 angeordnet, die mittels
einer Schraubenfeder 6, die sich an einem am Ventilelement 2 gehaltenen Sicherungsring 7 abstützt,
in axialer Richtung auf eine Drosselplatte 8 federkraftbeaufschlagt
ist.
-
In
die Steuerkammer 4 mündet eine in die Drosselplatte 8 eingebrachte
Zulaufdrossel 9, die hydraulisch mit einer Kraftstoffversorgungsleitung 10 verbunden
ist. Die Kraftstoffversorgungsleitung 10 verbindet einen
die Steuerkammer 4 radial außen umgebenden Druckraum 11 mit
unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem nicht gezeigten Kraftstoffhochdruckspeicher
(rail). Bei geöffnetem Ventilelement 2 strömt
der Kraftstoff aus dem Druckraum 11 durch die nicht gezeigte
Düsenlochanordnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
-
Die
Steuerkammer 4 ist über eine Ablaufdrossel 12,
die ebenfalls in die Drosselplatte 8 eingebracht ist, hydraulisch
mit einer Ventilkammer 13 eines Steuerventils 14 (Servoventil)
verbunden.
-
Das
Steuerventil 14 umfasst einen Ventilkolben 15,
der in einer Führungsbohrung 16 eines Führungsteils 17 axial
verschieblich geführt ist. Der Ventilkolben 15 des
Steuerventils 14 wird von einem Kopplerkolben eines hydraulischen
Kopplers 18 gebildet, über den eine Verstellbewegung
eines Piezoaktors 19 übertragen wird. Hierzu ist
der Piezoaktor 19 mit einem weiteren Kopplerkolben 20 fest
verbunden, der gleichzeitig einen Kopplerkörper 21 bildet,
in dem ein Kraftstoff-Kopplervolumen 22 aufgenommen ist.
Der weitere Kopplerkolben 20 des Kopplers 18 ist als
endseitig geschlossene Hülse ausgeführt, in der der
Ventilkolben 15 axial verschieblich geführt ist.
Der weitere Kopplerkolben 20 wird über ein Federelement 23,
das sich an dem Führungs teil 17 abstützt,
in Richtung des Piezoaktors 21 federkraftbeaufschlagt.
-
Die
Ventilkammer 13 wird radial außen von einer Umfangswand 24 der
Führungsbohrung 16 begrenzt. In beide Axialrichtungen
ist die Ventilkammer 13 ausschließlich von dem
Ventilkolben 15 begrenzt. Ein Ventilkolbendichtdurchmesser
D1, mit dem der Ventilkolben 15 in
seiner Schließstellung an einem Ventilkolbensitz 25 anliegt,
der von dem Führungsteil 17 gebildet wird, ist
genauso (gleich) groß wie ein Ventilkolbenführungsdurchmesser
D2 in einem Führungsbereich 26 des
Ventilkolbens 15, so dass zwei in entgegengesetzte Axialrichtungen
wirksame Druckangriffsflächen 27, 28 (Projektionsflächen)
des Ventilkolbens 15 gleich groß sind. Die tatsächlichen wirksamen
Druckangriffsflächen (Projektionsflächen) sind
strichliert gezeichnet. Radial innen wird die Ventilkammer 15 von
einem durchmesser-reduzierten Abschnitt 29 des Ventilkolbens 15 begrenzt.
Durch eine derart aufgebaute Ventilkammer 13 heben sich die
in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Axialkraftkomponenten,
die auf den innerhalb der Ventilkammer 13 befindlichen,
unter Druck stehenden Kraftstoff zurückzuführen
sind, gegenseitig auf, so dass keine resultierende Axialkraft auf
den Ventilkolben 15 wirkt. Bei dem Steuerventil 14 handelt
es sich somit um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil.
-
Zum Öffnen
des Ventilkolbens 15 muss von dem Piezoaktor 19 lediglich
die von einer Schließfeder 30 erzeugte Schließkraft überwunden
werden. Die Schließfeder 30 ist innerhalb eines
Absteuerraums 31 angeordnet, der radial außen
von dem Führungsteil 17 begrenzt wird. Genauer
gesagt wird der Absteuerraum 31 von einer Bohrung in dem
Führungsteil 17 begrenzt, deren Durchmesser größer
ist als der Durchmesser der Führungsbohrung 16.
Die Schließfeder 30 stützt sich einenends
an der Drosselplatte 8 ab, die einen Axialanschlag 32 für
den Ventilkolben 15 bildet und anderenends am Boden einer stirnseitigen
Sacklochbohrung 33 im Ventilkolben 15.
-
Der
Absteuerraum 31 ist hydraulisch über eine Verbindungsleitung 34 mit
einem Piezoaktorraum 35 verbunden, der wiederum mit dem
nicht gezeigten Injektorrücklauf verbunden ist. Somit bildet also
der Piezoaktorraum 35 sowie der Absteuerraum 31 einen
Niederdruckbereich 36 des Injektors 1.
-
Zum Öffnen
des Ventilelementes 2 wird der Piezoaktor 19 in
an sich bekannter Weise bestromt, wodurch sich der weitere Kopplerkolben 21 in
der Zeichnungsebene nach unten bewegt. Über das Kopplervolumen 22 wird
eine Axialkraft auf den Ventilkolben 15 übertragen,
der sich somit ebenfalls in der Zeichnungsebene nach unten in den
Absteuerraum 31 hineinbewegt, wodurch Kraftstoff aus der Ventilkammer 13 und
somit über die Ablaufdrossel 12 aus der Steuerkammer 4 in
den Absteuerraum 31 und über die Verbindungsleitung 34 und
den Piezoaktorraum 35 zum Injektorrücklauf strömen
kann. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 9 und
der Ablaufdrossel 12 sind derart aufeinander abgestimmt,
dass bei geöffnetem Steuerventil 14 ein Nettabfluss
aus der Steuerkammer 4 resultiert, wodurch wiederum der
Druck in der Steuerkammer 4 sinkt. Hierdurch hebt das Ventilelement 2 (bevorzugt Steuerstange
plus Düsennadel) von seinem Sitz ab und es wird der Kraftstofffluss
aus dem Druckraum 11 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
freigegeben. Zum Schließen des Ventilelementes 2 wird die
Bestromung des Piezoaktors 19 unterbrochen, wodurch sich
der Kopplerkolben 21, insbesondere aufgrund der Federkraft
des Federelements 23 in der Zeichnungsebene nach oben bewegt.
Aufgrund der Sog- Sogwirkung des Kopplervolumens 22 sowie
aufgrund der Federkraft der Schließfeder 30 bewegt
sich der Ventilkolben 15 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene
nach oben, wodurch der Ventilkolben 15 mit einer Kegelfläche 37 (Ventilkolbendichtdurchmesser
D1) am Ventilkolbensitz 25 anliegt
und der Ventilkolben 15 somit die Ventilkammer 13 verschließt.
Aufgrund des über die Zulaufdrossel 9 nachströmenden
Kraftstoffs steigt der Druck in der Steuerkammer 4, wodurch
das Ventilelement 2 in der Zeichnungsebene nach unten auf
seinen Ventilsitz bewegt wird, wodurch wiederum der Einspritzvorgang
beendet wird.
-
Im
Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß 2 erläutert.
Dieses entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1, so dass zur Vermeidung von
Wiederholungen im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zu
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen
wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende
Figurenbeschreibung sowie auf 1 verwiesen.
-
Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
die Schließfeder 30 bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 nicht innerhalb des Absteuerraums 31 angeordnet,
sondern innerhalb des Piezoaktorraums 35. Die Schließfeder 30 befindet sich
dabei radial zwischen dem Ventilkolben 15 des Steuerventils 14 und
dem Federelement 23, das sich in axialer Richtung an dem
hydraulischen Koppler 18 abstützt.
-
Sowohl
das Federelement 23 als auch die Schließfeder 30 stützen
sich in axialer Richtung an einer in der Zeichnungsebene oberen,
ebenen Stirnseite 38 des Führungsteils 17 ab.
Die Schließfeder 30 liegt anderenends mit ihrer
dem Führungsteil 17 abgewandten Stirnseite an
einem Sicherungs ring 39 (Wellensicherungsring) an, der
in einer Umfangsnut 40 innerhalb des Ventilkolbens 15 festgelegt
ist. Hierdurch beaufschlagt die Schließfeder 30 den
Ventilkolben 15 in Schließrichtung, in der Zeichnungsebene nach
oben. Dabei ist es Aufgabe der Schließfeder 30, den
Ventilkolben 15 in Richtung des Ventilkolbensitzes 15 zu
bewegen, wenn die Bestromung des Piezoaktors 19 unterbrochen
wird.
-
Durch
die in 2 gezeigte Anordnung der Schließfeder 30 radial
innerhalb des Federelementes 23 kann der Bauraum des Injektors 1 gegenüber
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 minimiert
werden, insbesondere für den Fall, dass größere
Ventilkolbensitzdurchmesser realisiert werden sollen und in der
Folge im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 größere
Schließfedern mit einer größeren Schließkraft
eingesetzt werden müssen. Wie sich aus 2 ergibt, überragt
die Schließfeder 30 das Federelement 23 nicht
in axialer Richtung.
-
In 3 ist
lediglich ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Injektors 1 dargestellt. Der gezeigte hydraulische
Koppler 18 kann sowohl bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 realisiert werden.
-
Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist der das Kopplervolumen 22 umschließende
Kopplerraum 41 nicht als Sacklochbohrung innerhalb des
Kopplerkolbens 20 realisiert. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist der Kopplerraum 41 radial
außen begrenzt von einem Hülsenteil 42.
In axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben ist der Kopplerraum 41 begrenzt
von einem Deckelteil 43, das an dem Piezoaktor 19 festgelegt
ist. In die entgegengesetzte Axialrichtung ist der Kopplerraum 41 begrenzt
von einer in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 44 des Ventilkolbens 15,
der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kopplerkolben
dient. Alternativ ist es denkbar einen separaten Kopplerkolben vorzusehen, der
wiederum den Ventilkolben 15 kraftbeaufschlagt. Das Hülsenteil 42 wird
in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben von dem Federelement 23 federkraftbeaufschlagt,
wobei sich das Federelement 23 zum einen an einer in der
Zeichnungsebene unteren, ringförmigen Stirnseite des Hülsenteils 42 und
mit Axialabstand dazu an der Stirnseite 38 des Führungsteils 17 für
den Ventilkolben 15 abstützt.
-
Der
wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht
darin, dass der dort gezeigte Kopplerkörper 21 bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 zweiteilig
ausgebildet ist, d. h. aus dem Deckelteil 43 und dem Hülsenteil 42 besteht.
-
An
seiner dem Deckelteil 43 zugewandten Stirnseite weist das
Hülsenteil 42 eine umlaufende Beißkante 45 auf,
die zur Vermeidung einer Druckstufe unmittelbar am Innenumfang des
Hülsenteils 42 ausgebildet ist. Die Beißkante 45 ist
durch einen leicht konischen Anschliff an der in der Zeichnungsebene
oberen Stirnseite des Hülsenteils 42 realisiert. Die
Federkraft (Vorspannkraft), mit der das Federelement 23 das
Hülsenteil 42 und damit den Piezoaktor 19 vorspannt
ist so bemessen, dass das Hülsenteil 42 auch bei
einer maximalen Druckbeaufschlagung des Kopplervolumens 22 im
Betrieb des Injektors 1 nicht in axialer Richtung nach
unten von dem Deckelteil 43 weg bewegt werden kann.
-
Das
an dem Piezoaktor 19 festgelegte Deckelteil 43 hat
neben der Abdichtung des Kopplerraums 41 in axialer Richtung
in der Zeichnungsebene nach oben die Aufgabe eines Einstellstücks.
Durch eine entsprechende Wahl der Axialerstreckung (Dicke) des Deckelteils 43 werden
Fertigungstoleranzen des Piezoaktors 19 sowie von anderen
Bauteilen des Injektors 1 ausgeglichen.
-
Das
in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eines
Injektors 1 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1, so dass bezüglich
der Gemeinsamkeiten zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Figurenbeschreibung
zu 1 verwiesen wird. Im Folgenden werden im Wesentlichen
nur die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert.
-
Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1,
bei dem eine Rückbefüllung der Steuerkammer 4 bei
geschlossenem Steuerventil 14 lediglich über die
Zulaufdrossel 9 erfolgt, ist bei dem Ausführungsbeispiel
eines Injektors 1 gemäß 4 zusätzlich
zu der Zulaufdrossel 9 eine Fülldrossel 46 vorgesehen.
Die Fülldrossel 46 ist in einem Füllkanal 47 innerhalb
des Führungsteils 17 angeordnet, wobei der Füllkanal 47 dauerhaft
mit der Kraftstoffversorgungsleitung 10 verbunden ist.
Die Kraftstoffversorgungsleitung 10 und der Druckraum 11 gehören
zum Hochdruckbereich des Injektors 1. In diesem herrscht im
Wesentlichen Rail-Druck. Der Füllkanal 47 mit
der Fülldrossel 46 mündet unmittelbar
in die Ventilkammer 13. In Fließrichtung hinter
der Fülldrossel 46 mündet in den Füllkanal 47 ein
Ablaufkanal 48, der aus der Steuerkammer 4 ausmündet
und in die Ablaufdrossel 12 integriert ist.
-
Da
die Fülldrossel 46 und die Ablaufdrossel 48 in
Reihe geschaltet sind, strömt bei geschlossenem Steuerventil 14 nicht
nur Kraftstoff über die Zulaufdrossel von dem Hochdruckbereich
des Injektors in die Steuerkammer 4, sondern auch über
die Fülldrossel 46 und die Ablaufdrossel 12.
Gleichzeitig strömt unter Hochdruck stehender Kraftstoff über
die Fülldrossel 46 in die Ventilkammer 13 des
Steuerventils 14. Insgesamt wird hiermit eine schnellere
Rückbefüllung der Ventilkammer 13 und
der Steuerkammer 4 erzielt, was in einer erhöhten
Schließgeschwindigkeit des Ventilelementes 2 resultiert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-