DE102012005319A1

DE102012005319A1 - Injektorbaugruppe

Info

Publication number: DE102012005319A1
Application number: DE201210005319
Authority: DE
Inventors: Markus Kalenborn
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Injektorbaugruppe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Injektor (1a), welcher zum Betrieb mit einem hochdruckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Kraftstoff, bei anliegendem Systemhochdruck vorgesehen ist, wobei der Injektor (1) eine axial verschiebliche Düsennadel (4) umfasst, mittels welcher ein Düsennadelventil (2) gebildet ist, über welches das Fluid in Abhängigkeit der Düsennadelstellung ausbringbar ist, wobei die Injektorbaugruppe (1) eine Aktuatorik (12) aufweist, welche einen gegenüber Systemhochdruck erhöhten Druck im Fluid erzeugt, wobei die Injektorbaugruppe (1) weiterhin ausgebildet ist, eine mittels des erhöhten Drucks bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel (4) gegen dieselbe wirken zu lassen, insbesondere wahlweise.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Injektorbaugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Die Dauer eines Öffnungs- und Schließvorgangs der Düsennadel eines Injektors hat einen großen Einfluss auf die Strahlgüte bei einem Einspritzvorgang. Langsames Öffnen und Schließen der Düsennadel verursacht im Nadelsitz, gerade bei sehr kleinen einzuspritzenden Kraftstoffmengen, hohe und zeitlich lang ausgedehnte Drosselverluste mit der Folge eines geringen Strahlimpulses und eines flachen Einspritzratenverlaufs.
Um den nachteiligen Effekt der Sitzdrosselung zu reduzieren, muss die Geschwindigkeit der Düsennadel erhöht werden. Die meisten Injektorsysteme betätigen die Düsennadel hydraulisch, indem sie einen Steuerraum füllen bzw. entleeren, in dem sich das obere Nadelende wie ein Kolben hin- und her bewegen kann. Dieses „passiv” betätigte System stößt auf „natürliche Grenzen” hinsichtlich der erzielbaren Nadelgeschwindigkeit.
Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, welche eine zusätzliche Beschleunigung der Düsennadel ermöglichen, indem Querschnitte in den Zu- und Ablaufleitungen des Steuerraumvolumens zwangs- oder automatisch zugeschaltet werden. Derartige Lösungen zeigen zum Beispiel die Druckschriften DE 197 40 997 B4 und DE 198 12 010 C1 . Aus der Druckschrift DE 10 2005 020 220 A1 ist weiterhin ein Injektor mit zuschaltbarem Druckübersetzer bekannt, mittels welchem ein schnelles Anheben der Düsennadel durch anfängliches Schalten auf hohen Druck an der Düse ermöglicht ist. Insbesondere aufgrund dessen, dass große Volumina an der Bereitstellung des übersetzten Druckniveaus beteiligt sind, z. B. das übersetzte Druckniveau stets den gesamten großvolumigen unteren Hochdruckteil des Injektors erfasst, ergibt sich in nachteiliger Weise, wie auch bei den vorgenannten Systemen, eine lange Ansprechzeit bzw. unerwünschte Trägheit des Systems.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Injektorbaugruppe zu schaffen, welche bei kurzer Ansprechzeit eine hohe Anfangsbeschleunigung der Düsennadel im Rahmen von Öffnungs- oder Schließvorgängen bei einem Einspritzprozess ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Injektorbaugruppe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Injektorbaugruppe ist bevorzugt zur Verwendung in einem Common-Rail-System bereitgestellt und allgemein zur Verwendung mit Brennkraftmaschinen in Form von Otto- oder Dieselmotoren, insbesondere Großdieselmotoren und weiterhin insbesondere Fahrzeugmotoren vorgesehen, z. B. in Offroad- oder Schiffsanwendungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist die Injektorbaugruppe einen Injektor auf, welcher zum Betrieb mit einem hochdruckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Kraftstoff, bei anliegendem Systemhochdruck vorgesehen ist. Der Systemhochdruck bzw. das systemhochdruckbeaufschlagte Fluid (Kraftstoff) kann am Injektor von einer Hochdruckpumpe oder einem Rail einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, für dessen Betrieb, i. e. für Einspritzvorgänge, bereitgestellt sein, z. B. in Verbindung mit einem integrierten Druckspeicher des Injektors.
Der Injektor umfasst eine axial verschiebliche Einspritzventil- bzw. Düsennadel, mittels welcher ein Düsennadelventil am Injektor bereitgestellt ist, über welches das Fluid in Abhängigkeit der Düsennadelstellung ausbringbar ist. Die Düsennadel ist bevorzugt in einem Düsenkörper des Injektors aufgenommen, d. h. darin axial verschieblich geführt. Zur Führung bzw. Aufnahme der Düsennadel im Düsenkörper kann dieser eine Axialbohrung aufweisen. Die axiale Richtung, in welcher die Düsennadel bewegbar ist, ist nachfolgend als die axiale Richtung bezeichnet. Der Düsenkörper kann an einem Haltekörper des Injektors festgelegt sein, z. B. via eine Düsenspannmutter.
Erfindungsgemäß weist die Injektorbaugruppe eine Aktuatorik auf, welche einen gegenüber Systemhochdruck erhöhten Druck im systemhochdruckbeaufschlagten Fluid erzeugt, bevorzugt unmittelbar im Injektor. Die als Druckerzeuger wirkende Aktuatorik ist bevorzugt mittels wenigstens eines Aktuators, insbesondere wenigstens einem Piezo-Aktuator und/oder wenigstens einem Magnetaktuator, gebildet, und ermöglicht eine Drucküberhöhung im Fluid gegenüber dem Systemhochdruck mit vorteilhaft äußerst geringen Ansprechzeiten. Insbesondere die Ausbildung der Aktuatorik mittels elektrisch betätigbarer Piezo- oder Magnetaktuatoren ermöglicht vorteilhaft kurze Ansprechzeiten, wobei Piezoaktuatoren besonders bevorzugt sind.
Erfindungsgemäß ist die Injektorbaugruppe weiterhin ausgebildet, eine mittels des erhöhten Drucks, i. e. gegenüber Systemhochdruck erhöhten Drucks, bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel gegen dieselbe wirken zu lassen, insbesondere wahlweise. Mit anderen Worten kann die Injektorbaugruppe erfindungsgemäß beschaffen sein, die Kraft beim Öffnen des mittels der Düsennadels gebildeten Ventils, insbesondere Düsennadelventils, und/oder beim Schließen desselben aufzubringen. Bevorzugt weist der Injektor bzw. die Injektorbaugruppe ein Fluidkommunikationssystem auf, mittels welchem die durch die Aktuatorik erzeugte Druckkraft bedarfsgerecht an der Düsennadel bereitgestellt werden kann.
Aufgrund der kurzen Ansprechzeiten kann die Aktuatorik quasi als „Boost”-Einheit wirken, welche kurz vor dem Öffnen oder Schließen der Düsennadel bzw. des Düsennadelventils z. B. einen Druckstoß im Fluid erzeugt, welcher neben dem vorherrschenden Systemdruck eine zusätzliche Kraft auf die Düsennadel erzeugt. Gleichfalls kann auch vorgesehen sein, mittels der Aktuatorik ein gegenüber Systemhochdruck erhöhtes Druckniveau einzustellen, d. h. im Hochdruckkreis des Injektors, welches zumindest zeitweilig gehalten werden kann.
Die Aktuatorik, welche als Druckerzeugungsvorrichtung wirkt, ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass ein jeweiliger Aktuator in einem zugehörigen Druckraum der Aktuatorik wirkt. Ein jeweiliger Druckraum kommuniziert bevorzugt mit dem Fluidkommunikationssystem der Injektorbaugruppe und ist insbesondere mit dem hochdruckbeaufschlagten Fluid, z. B. Dieselkraftstoff, Biokraftstoff, Schweröl oder einem anderen Kraftstoff, befüll- bzw. nachbefüllbar, z. B. via eine Hochdruck-Versorgungsleitung. Zur Bereitstellung der Druckkraft kann der Aktuator gegen das Fluid in dem Druckraum wirken, sich z. B. bei Aktivierung (Bestromung) ausdehnen.
Bei der vorgeschlagenen Injektorbaugruppe kann somit eine angestrebte vorteilhaft hohe Anfangsbeschleunigung der Düsennadel bei einem Öffnungs- und/oder Schließvorgang erzielt werden. Durch die Erfindung ist es ermöglicht, einen Öffnungsvorgang des Nadelventils, welcher regelmäßig mit einer Entlastung eines – im Rahmen der Erfindung ersten – Steuerraums einhergeht, aktiv mittels einer bedarfsgerecht bereitgestellten erhöhten Druckkraft zu unterstützen und/oder einen Schließvorgang des Nadelventils, welcher regelmäßig mit einer Druckerhöhung in dem ersten Steuerraum einhergeht, aktiv mit einer erhöhten Druckkraft bedarfsgerecht zu unterstützen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Injektorbaugruppe insbesondere dazu vorgesehen, Druckstöße im Fluid mittels der Aktuatorik zu erzeugen, i. e. kurze Druckimpulse insbesondere starken Druckanstiegs, deren Druckniveau gegenüber Systemhochdruck erhöht ist. Hierbei kann die Injektorbaugruppe wie vor ausgestaltet sein, die mittels eines Druckstoßes je bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel gegen dieselbe wirkend bereitstellen zu können, insbesondere wahlweise. Ein Druckstoß im Fluid kann auf einfache Weise durch einen an dem Aktuator anliegenden Stromimpuls bzw. kurzzeitige Bestromung bzw. Aktivierung eines Aktuators erzeugt werden.
Vorgesehen kann sein, die Injektorbaugruppe derart auszubilden, dass die mittels der Aktuatorik bereitgestellte Druckkraft, insbesondere eines Druckstoßes, in Öffnungsrichtung der Düsennadel benachbart zu bzw. an einem ersten nadelsitzseitigen Ende der Düsennadel gegen die Düsennadel wirken kann, zum Beispiel am bzw. benachbart zum Nadelsitz bzw. einer Düse. Ferner kann vorgesehen sein, die Injektorbaugruppe derart auszubilden, dass die bereitgestellte Druckkraft, insbesondere eines Druckstoßes, in Schließrichtung der Düsennadel an einem entgegen gesetzten zweiten Ende der Düsennadel gegen die Düsennadel wirken kann, zum Beispiel über den ersten Steuerraum.
Die Aktuatorik der Injektorbaugruppe kann außerhalb des Injektors bereitgestellt sein, bevorzugt ist die Aktuatorik jedoch in den Injektor integriert, so dass kurze Leitungslängen in einem geeignet ausgebildeten Fluidkommunikationssystem genutzt werden können – wiederum einhergehend mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit.
Ein Fluidkommunikationssystem des Injektors bzw. der Injektorbaugruppe, welches mit dem seitens der Aktuatorik erzeugten Druck über den wenigstens einen Druckraum beaufschlagbar ist, i. e. via das darin geführte Fluid, weist, insbesondere um die erzeugte Druckkraft bedarfsgerecht an der Düsennadel zur Verfügung stellen zu können, wenigstens ein Ventil auf, mittels welchem die bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel an derselben bereitgestellt werden kann, insbesondere wahlweise.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Fluidkommunikationssystem ein Steuerventil, insbesondere ein 3/2- oder 3/3-Wegeventil, wobei das Fluidkommunikationssystem in einer ersten Stellung des Steuerventils bevorzugt einen ersten Strömungsweg im Injektor bildet, welcher – in der angegebenen Reihenfolge – von einem Hochdruckanschluss am Injektor über eine Zulaufdrossel und das Steuerventil zu einem ersten Steuerraum für die Düsennadel führt, wobei die Düsennadelstellung über die Druckverhältnisse im ersten Steuerraum steuerbar ist. Über den ersten Strömungsweg kann der Steuerraum hierbei mit Systemhochdruck/Raildruck beaufschlagt werden, wodurch die Schließstellung des Düsennadelventils eingenommen bzw. gehalten werden kann.
In einer zweiten Stellung des Steuerventils bildet das Fluidkommunikationssystem hierbei bevorzugt einen zweiten Strömungsweg, welcher – in der angegebenen Reihenfolge – bevorzugt von dem ersten Steuerraum über das Steuerventil und eine Ablaufdrossel zu einem Leckageauslass führt. In der zweiten Ventilstellung kann der Steuerraum entlastet und die Düsennadel aus dem Sitz gehoben werden, d. h. das Düsennadelventil geöffnet werden. Allgemein ist der erste Strömungsweg mittels des Steuerventils hierbei insbesondere unterbrochen, wenn der zweite Strömungsweg eröffnet ist und umgekehrt.
Im Rahmen vorstehender bevorzugter Ausführungsformen, bei welchen die Aktuatorik lediglich einen einzigen Aktuator aufweisen kann, bildet das Fluidkommunikationssystem weiterhin bevorzugt einen dritten Strömungsweg aus, insbesondere dauerhaft, über welchen eine mittels der Aktuatorik bereitgestellte Druckkraft stromaufwärts des Steuerventils und stromabwärts der Zulaufdrossel in den ersten Strömungsweg einleitbar ist, insbesondere zu einem erfindungsgemäß beschleunigten Schließen des Düsennadelventils. Durch die vorgeschlagene Anordnung und die Positionierung der Einmündung des dritten in den ersten Strömungsweg, i. e. stromabwärts der Zulaufdrossel, kann die von der Aktuatorik erzeugte Druckkraft ohne Drosselung und somit unvermindert gegen die Nadel wirken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fluidkommunikationssystem ein weiteres Ventil aufweist, über welches ein vierter Strömungsweg ausbild- und unterbrechbar ist, welcher von der Aktuatorik bzw. einem Druckraum derselben, zu einem Volumen bzw. weiteren Volumen an der Düsennadel geführt ist – welches insbesondere ohne Kommunikationsverbindung und insbesondere separat vom ersten Steuerraum am Injektor bereitgestellt ist – und über welches eine von der Aktuatorik erzeugte, eingeleitete Druckkraft in Öffnungsrichtung gegen die Düsennadel wirken kann, insbesondere zu einem erfindungsgemäß beschleunigten Öffnen des Düsennadelventils. Über das Fluidkommunikationssystem, insbesondere dessen Steuerventil und dessen weiteres Ventil, kann die seitens der Aktuatorik bereitgestellte Druckkraft insoweit bedarfsgerecht für ein beschleunigtes Öffnen als auch ein beschleunigtes Schließen des Düsennadelventils gegen die Düsennadel wirkend bereitgestellt werden.
Das weitere Volumen, bevorzugt ein Ringvolumen, ist insbesondere unmittelbar am Düsennadelventil gebildet, i. e. an dem ersten Ende, wobei die erzeugte Druckkraft z. B. gegen eine Schulter oder allgemein eine im weiteren Volumen bereitgestellte Fläche der Düsennadel wirken kann. Das weitere Volumen ist bevorzugt über das Düsennadelventil zur Fluidabgabe über eine Düsenanordnung des Injektors zu dieser hin selektiv öffenbar, wobei das weitere Volumen bevorzugt auch mit einem Hochdruckanschluss des Injektors kommuniziert, d. h. zur Nachbefüllung mit Fluid bzw. Kraftstoff. Bei dieser Ausführungsform weist die Aktuatorik bevorzugt einen einzigen Aktuator auf, alternativ z. B. mehrere.
Bei der vorstehenden weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das weitere Ventil bevorzugt ein selbsttätiges Ventil, welches insbesondere Differenzdruck geschaltet ist, insbesondere ein 2/2-Wegeventil. Ein Differenzdruck zum Schalten kann z. B. ca. 50 bar betragen. Über das weitere Ventil kann die mittels der Aktuatorik bereitgestellte Druckkraft, insbesondere eines Druckstoßes, in dem Volumen an der Düsennadel bereitgestellt werden, sobald ein Differenzdruckschwellwert erreicht ist, insbesondere zwischen einem Druck am ersten Steuerraum an der Düsennadel und einem mittels der Aktuatorik bereitgestellten Druck, i. e. in einem Druckraum derselben. Bevorzugt schließt das selbsttätige Ventil, sobald ein Druckstoß abgeklungen ist.
Allgemein ist insbesondere bei vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen, die Injektorbaugruppe derart auszubilden, dass die Aktuatorik zur Erzeugung eines erhöhten Drucks und/oder Druckstoßes im Fluid im Wesentlichen synchronisiert bzw. synchron mit der Aktivierung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des Steuerventils und/oder des weiteren Ventils des Fluidkommunikationssystems, zur bedarfsgerechten Bereitstellung der Druckkraft an der Düsennadel aktivierbar ist. So kann ein Ventil z. B. zeitgleich mit einem Druckstoß geschaltet werden.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Fluidkommunikationssystem wenigstens ein Rückschlagventil, insbesondere eine Mehrzahl von Rückschlagventilen aufweist, insbesondere ein Rückschlagventil in Systemhochdruck-Zulaufleitungen wie zu dem ersten Steuerraum, zu der Aktuatorik oder zu dem Volumen an der Düsennadel. Durch das jeweilige Rückschlagventil wird vermieden, dass der überhöhte Druck in ein Hochdruckversorgungssystem einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingeleitet wird. Weiterhin kann die erzeugte Druckkraft somit in beabsichtigter Weise vorteilhaft verlustarm gegen die Düsennadel wirken.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin eine Injektorbaugruppe vorgeschlagen, wobei die Aktuatorik einen ersten Aktuator, insbesondere Piezo-Aktuator, und einen zweiten Aktuator, insbesondere Piezo-Aktuator aufweist, welche je zu einem Betrieb bereitgestellt sind, im Zuge dessen mittels des einen Aktuators ein gegenüber dem Systemhochdruck erhöhter Druck erzeugbar ist, insbesondere in einem ersten (Injektor-)Steuerraum für die Düsennadel, während mittels des anderen Aktuators ein Druck absenkbar ist, insbesondere in einem zweiten (Injektor-)Steuerraum für die Düsennadel, und umgekehrt, wobei die mittels des erhöhten Drucks und der einhergehenden Druckabsenkung paarweise erzeugten Kräfte je in Öffnungs- oder Schließrichtung der Düsennadel gegen dieselbe wirken können, insbesondere um dieselbe zwischen den jeweiligen Stellungen, i. e. Offen-/Schließstellung, zu verlagern.
Vorgesehen ist hierbei, dass der erste und der zweite Steuerraum nicht miteinander kommunizieren, insbesondere je mit Systemhochdruck beaufschlagbar sind. In jedem Steuerraum ist bevorzugt eine Fläche der Düsennadel angeordnet, gegen welche die erzeugte Druckkraft zur Krafteinleitung in beabsichtigter Weise und Richtung wirken kann.
Bei dieser Ausführungsform, welche neben einer vorteilhaft hohen Anfangsbeschleunigung aus jeweiligen Düsenventilstellungen auch das Umsteuern der Düsennadel und Halten der Düsennadelstellung über die mittels der Aktuatorik geschaffenen Druckniveaus im ersten und zweiten Steuerraum vorsieht, kann das Fluidkommunikationssystem der Injektorbaugruppe einen ersten Zweig aufweisen, welcher neben dem Druckraum des ersten Aktuators den ersten Steuerraum sowie deren Verbindungsleitung inbegreift und einen zweiten, vom ersten Zweig separierten, welcher neben dem zweiten Druckraum des zweiten Aktuators den zweiten Steuerraum sowie deren Verbindungsleitung inbegreift. Dieses „pendelfähige” System kann vorteilhaft ohne Drosseln und Steuerventile bzw. Wegeventile realisiert werden und ermöglicht insoweit vorteilhaft die Schaffung einer einfach zu realisierenden, reaktionsschnellen Injektorbaugruppe. Ein jeweiliger Zweig ist hierbei bevorzugt an eine Hochdruck-Versorgung angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform ist keine Fluidkommunikationsverbindung eines Steuerraums mit einer Düsenanordnung des Injektors vorgesehen. Stattdessen ist bevorzugt, durch den Injektor abzugebendes Fluid, insbesondere Kraftstoff, unmittelbar am ventilsitzseitigen Ende in ein Volumen an der Düsennadel zuzuführen, insbesondere wie vorstehend für die weitere Ausführungsform beschrieben.
Bevorzugt ist die Injektorbaugruppe ein Injektor.
Im Rahmen der weiterhin vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung, umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wenigstens einen, insbesondere eine Mehrzahl von Injektorbaugruppen. Diesen kann systemhochdruckbeaufschlagtes Fluid über eine Hochdruckquelle der Kraftstoffeinspritzeinrichtung bereitgestellt werden, z. B. seitens eines Rails und/oder eines in einem Injektor integrierten Druckspeicher und/oder einer Hochdruckpumpe. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst weiterhin bevorzugt einen Kraftstoffvorrat, aus welchem Kraftstoff an eine jeweilige Injektorbaugruppe zuförderbar ist. Leckage kann an den Vorrat über eine Leckageleitung zurückgeführt werden.
Vorgesehen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Aktuatorik und/oder wenigstens ein Ventil der wenigstens einen Injektorbaugruppe durch eine Kontrolleinrichtung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung betätigt wird, insbesondere eine Steuer- oder Regeleinrichtung. Eine solche kann in einem Steuergerät für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung implementiert sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch ein Strukturschaubild einer Injektorbaugruppe gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung mit Schließunterstützung;
2 exemplarisch und schematisch ein Strukturschaubild einer Injektorbaugruppe gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung mit Öffnungs- und Schließunterstützung; und
3 exemplarisch und schematisch ein Strukturschaubild einer Injektorbaugruppe gemäß einer dritten möglichen Ausführungsform der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Das Strukturschaubild gemäß 1 zeigt eine Injektorbaugruppe 1 in Form eines Injektors 1a für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Common-Rail-Einspritzeinrichtung. Der Injektor 1a ist dazu ausgebildet, im Rahmen seines Betriebes Kraftstoff über ein Einspritz- bzw. Düsennadelventil 2 und eine stromabwärtig nachfolgende Düsenanordnung je desselben abzugeben. Der Kraftstoff wird bei Betrieb des Injektors 1a bei einem Systemhochdruck (HD) von einer Hochdruckquelle einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, in welche der Injektor 1a einbezogen werden kann, insbesondere einem Rail, über wenigstens eine Hochdruckzuleitung 3 des Injektors 1a an den Injektor 1a bereitgestellt.
Der Injektor 1a weist eine axial, s. Doppelpfeil in 1, verschiebliche Düsennadel 4 auf, mittels welcher und einem Düsenkörper 5, nur angedeutet, das Düsennadelventil 2 gebildet ist. Die Düsennadel 4 ist in einer Axialbohrung des Düsenkörpers 5 des Injektors 1a aufgenommen, in welche hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff kontinuierlich zuführbar und über das Düsennadelventil 2 ausbringbar ist, nicht dargestellt, und darin axial verschieblich geführt. Der Düsenkörper 5 kann an einem Haltekörper des Injektors 1a festgelegt sein, z. B. via eine Düsenspannmutter.
Um das Düsennadelventil 2 selektiv zu öffnen und zu schließen bzw. veränderliche Öffnungsquerschnitte an demselben bereitstellen zu können, weist der Injektor 1a weiterhin einen Steuerraum 6 auf, nachfolgend als erster Steuerraum 6 bezeichnet (weiterhin eine Düsenfeder, welche in Schließrichtung gegen die Düsennadel 4 wirkt, nicht dargestellt). Über die Druckverhältnisse im Steuerraum 6 kann die Düsennadel 4 verschoben werden, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.
Um den Druck im Steuerraum 6 in beabsichtigter Weise einstellen zu können, umfasst der Injektor 1a ferner ein Steuerventil 7, welches Bestandteil eines Fluidkommunikationssystems 8 des Injektors 1a ist. Das Steuerventil 7 ist als 3/2-Wegeventil, insbesondere Servoventil, bereitgestellt. In einer ersten Stellung des Steuerventils 7 führt ein erster Strömungsweg des Fluidkommunikationssystems 8 im Injektor 1a von einem Hochdruckanschluss 9 über eine Zulaufdrossel 10 und das Steuerventil 7 zu dem Steuerraum 6, so dass derselbe mit Systemhochdruck beaufschlagt werden kann. Hierbei kann das Düsennadelventil 2 geschlossen werden bzw. die Schließstellung halten.
In der weiteren bzw. zweiten Stellung des Steuerventils 7 wird zur Entlastung des Steuerraums 6 ein zweiter Strömungsweg des Fluidkommunikationssystems 8 im Injektor 1a eröffnet, welcher vom Steuerraum 6 über das Steuerventil 7 sowie eine Ablaufdrossel 11 zu einem Leckageauslass führt, insbesondere in einen Kraftstoffvorrat einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Bei Entlastung des Steuerraums 6, d. h. bei einem Absenken des Steuerraumdrucks, wird die Düsennadel 4 von dem Ventilsitz an dem Düsenkörper 5 abgehoben, d. h. das Düsennadelventil 2 öffnet, wobei das Steuerraumvolumen verdrängt wird. Ein nachfolgendes Schalten des Ventils 7 in die in 1 gezeigte Stellung hat eine Wiederbefüllung des Steuerraums 6 über den ersten Strömungsweg zur Folge, d. h. ein Schließen des Nadelventils 2.
Um ein Schließen des Düsennadelventils mit einer sehr hohen Anfangsbeschleunigung zu ermöglichen, d. h. eine Schließunterstützung, weist die Injektorbaugruppe 1 bzw. der Injektor 1a erfindungsgemäß weiterhin eine Aktuatorik 12 auf, welche im Injektor 1a, insbesondere einem Gehäuse desselben aufgenommen ist, und welche einen gegenüber Systemhochdruck erhöhten Druck, insbesondere Druckstöße, im hochdruckbeaufschlagten Fluid erzeugt. Der erhöhte Druck bzw. die Druckstöße wird/werden insbesondere bedarfsgerecht erzeugt, wobei eine mittels desselben/derselben bereitgestellte bzw. erzeugte Druckkraft in Schließrichtung der Düsennadel 4 erfindungsgemäß gegen dieselbe wirken kann, d. h. über das Fluidkommunikationssystem 8.
Die Aktuatorik 12 weist zur Erzeugung des erhöhten Drucks bzw. der Druckstöße einen Piezoaktuator 13 auf sowie einen Druckraum 14, welcher mit hochdruckbeaufschlagtem Fluid bzw. Kraftstoff befüllbar ist. Der Druckraum 14 ist hierbei kommunizierend an das Fluidkommunikationssystem 8 angebunden. Bei Aktivierung des Aktuators 13, welcher mit seinem Druckraum 14 als Boost-Zylinder wirkt, wird der Kraftstoff im Druckraum 14 durch die Ausdehnung der Piezokeramik des Aktuators 13 komprimiert und eine Druckkraft im Fluid erzeugt.
Um eine mittels der Aktuatorik 12 bereitgestellte Druckkraft bedarfsgerecht am Nadelende im Steuerraum 6 bereitstellen zu können, bildet das Fluidkommunikationssystem 8 einen dritten Strömungsweg 15 aus, über welchen die mittels der Aktuatorik 12 bereitgestellte Druckkraft stromaufwärts des Steuerventils 7 und stromabwärts der Zulaufdrossel 10 in den ersten Strömungsweg einleitbar ist, insbesondere zu einem beschleunigten Schließen des Düsennadelventils 2.
Für ein beschleunigtes Schließen wird hierbei – ausgehend von der Offenstellung des Düsennadelventils 2 – das 3/2-Wegeventil 7 in die erste Stellung geschaltet. Hierbei baut sich der Druck im Steuerraum 6 auf. Zur Beschleunigung dieses Druckaufbaus einhergehend mit einer zusätzlichen Druckkraft an der Düsennadel 4 wird die Aktuatorik 12 etwa zeitgleich mit dem Steuerventil 7 aktiviert und ein Druckstoß stromaufwärts des Steuerventils 7 über den dritten Strömungsweg 15 in den ersten Strömungsweg eingeleitet. Der hierbei erzeugte Druck des Druckstoßes liegt bevorzugt deutlich über dem Einspritzsystem-Hochdruck.
Um ein Rückströmen des Kraftstoffs infolge des Druckstoßes zu verhindern, ist ein Rückschlagventil 16 im ersten Strömungsweg zwischen der Zulaufdrossel 10 und dem Steuerventil 7 vorgesehen. Nach Abklingen eines Druckstoßes öffnet das Rückschlagventil 16 und der normale Füllvorgang des Steuerraums 6 kann andauern bis die Düsennadel 4 im Sitz auftrifft. Hiernach wird die Piezokeramik, welche als Kolben wirkt, zusammengezogen, wobei der Druckraum 14 über ein als Rückschlagventil gebildetes Nachbefüllungsventil 17 wieder mit hochdruckbeaufschlagtem Fluid nachbefüllt wird, i. e. fehlender Kraftstoff aufgrund von Leckage und Verdrängung wird nachgeliefert.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Injektorbaugruppe 1, bei welcher neben einer Schließunterstützung auch ein beschleunigtes Öffnen der Düsennadel 2 erzielbar ist, d. h. einen Injektor 1a mit Öffnungs- und Schließunterstützung.
Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Injektor 1a dazu ausgebildet, im Rahmen seines Betriebes Kraftstoff über ein Einspritz- bzw. Düsennadelventil 2 und eine stromabwärtig nachfolgende Düsenanordnung je desselben abzugeben. Der Kraftstoff wird bei Betrieb des Injektors 1a bei einem Systemhochdruck von einer Hochdruckquelle einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, in welche der Injektor 1 einbezogen ist, insbesondere einem Rail, über wenigstens eine Hochdruckzuleitung 3 des Injektors 1a an den Injektor 1a bereitgestellt.
Der Injektor 1a weist wie vor eine axial, s. Doppelpfeil in 2, verschiebliche Düsennadel 4 auf, mittels welcher und einem Düsenkörper 5, nur angedeutet, das Düsennadelventil 2 gebildet ist. Die Düsennadel 4 ist ebenfalls in einer Axialbohrung des Düsenkörpers 5 des Injektors 1a aufgenommen, nicht dargestellt, und darin axial verschieblich geführt. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist hierbei eine Fluidkommunikation des Steuerraums 6 mit dem Düsennadelventil 2 bzw. einer Düsenanordnung über die Axialbohrung jedoch verhindert.
Weiterhin im Unterschied zu vorstehend beschriebener Ausführungsform gemäß 1 weist der Injektor 1a ein Ringvolumen 18 an dem Düsennadelventil 2 auf, welches über eine Kraftstoffleitung 3 kontinuierlich mit hochdruckbeaufschlagtem Fluid versorgbar ist. Über den in das Ringvolumen 18 eingebrachten Kraftstoff wird eine Druckkraft auf die Düsennadel 4 ausgeübt, welche in Schließrichtung der Düsennadel 4 wirkt, wozu diese eine geeignete Fläche zur Krafteinleitung bereitstellt.
Aus dem Ringvolumen 18, welches klein gehalten ist, kann das Fluid bei Öffnen des Düsennadelventils 2 ausströmen, d. h. zur Düsenanordnung.
Ebenfalls im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 weist das Fluidkommunikationssystem 8 ein weiteres Ventil 19 in Form eines selbsttätigen, differenzdruckgeschalteten 2/2-Wegeventils auf. Über das weitere Ventil 19 ist ein Strömungsweg bzw. vierter Strömungsweg des Fluidkommunikationssystems 8 ausbild- und unterbrechbar, welcher von dem Druckraum 14 der Aktuatorik 12 zu dem Ringvolumen 18 geführt ist. In der ersten Stellung des weiteren Ventils 19 kann der Druckraum 14 mit dem Ringraum 18 über den vierten Strömungsweg kommunizieren, in der zweiten Ventilstellung ist der vierte Strömungsweg unterbrochen, eine Kommunikation verunmöglicht.
Über das weitere Ventil 19 bzw. den vierten Strömungsweg kann eine mittels der Aktuatorik 12 bereitgestellte Druckkraft, insbesondere eines Druckstoßes, in dem weiteren Volumen 18 an der Düsennadel 4 bereitgestellt werden. Die Druckkraft wirkt hierbei in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4, so dass ein Öffnen mit hoher Anfangsbeschleunigung ermöglicht ist, d. h. eine Öffnungsunterstützung.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 kann in Abhängigkeit der Stellung des Steuerventils 7 und des weiteren Ventils 19 ersichtlich eine schließ- oder öffnungsunterstützende Druckkraft an der Düsennadel 4 angelegt werden. Hierzu ist vorteilhaft lediglich ein einziger Aktuator 13 erforderlich. Zum Öffnen des Düsennadelventils 2, ausgehend von der gezeigten Schließstellung, wird hierbei wieder das 3/2-Wegeventil 7 geschaltet. Zeitgleich bzw. synchron wird die druckerzeugende Aktuatorik 12 aktiviert. Sobald am 2/2-Wegeventil 19 ein Differenzdruck von ca. 50 bar anliegt, schaltet dieses den Druckerzeuger 12 zum Ringraum 18 hin frei. Im Ringraum 18 entsteht kurzzeitig eine Druckerhöhung um mehrere 100 bar über dem Systemhochdruck, die für ein schnelleres Lösen der Düsennadel 4 aus dem Sitz beitragen. Sobald der Druckstoß abklingt, unterbricht das 2/2-Wegeventil 19 den vierten Strömungsweg wieder, i. e. schaltet in Sperrstellung. Sofern die Düsennadel 4 noch nicht im oberen Anschlag angekommen ist, je nach maximalen Hub, kann sie weiter vom Systemhochdruck HD) angehoben werden.
Um ein Differenzdruck-Schalten zu ermöglichen, zweigt eine erste Komm unikationsverbindung zum 2/2-Wegeuentil 19 zwischen dem Steuerventil 7 und dem ersten Steuerraum 6 vom ersten bzw. zweiten Strömungsweg ab und eine zweite Kommunikationsverbindung zum Ventil 19 stromaufwärts vom weiteren Ventil 19 vom vierten Strömungsweg ab. Das selbsttätige Ventil 19 schließt hierbei, sobald ein Druckstoß abgeklungen ist.
Bei der Ausführungsform der Injektorbaugruppe 1 gemäß 2 ist ein Rückschlagventil 20 in der Hochdruck-Versorgungsleitung 3 zum Ringraum 18 angeordnet. Weiterhin weist das Fluidkommunikationssystem 8 eine Verzweigung 21 am Hochdruckanschluss 9 auf, welche andernends in den dritten Strömungsweg mündet und in welcher ein weiteres Rückschlagventil 22 angeordnet ist. Über die Verzweigung 21 ist eine verzugslose Nachbefüllung des Druckraumes 14 der Aktuatorik 12 ermöglicht.
Angemerkt sei, dass es im Rahmen der gemäß der 1 und 2 erläuterten Ausführungsformen vorgesehen sein kann, anstelle eines 3/2-Wegeventils 7 ein 3/3-Wegeventil (ohne Kurzschlussströmung) zu verwenden. Das 3/3-Wegeventil hat den Vorteil, dass es keine Kurzschlussphase gibt, welche abzuwarten ist. Der Aktuator 13 könnte beim Durchlaufen der Ventilmittelstellung aktiviert und „vorgespannt” werden, wodurch ein größerer Druckstoß ermöglicht ist. Wenn das Ventil 7 ein 3/3-Wegeventil ist und in Mittelstellung gebracht wird (alles zu), könnte der Aktuator weiterhin zum Einspritzen von Kleinstmengen genutzt werden.
3 veranschaulicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Injektorbaugruppe 1 bzw. eines Injektors 1a, wobei die Aktuatorik 12 einen ersten Piezo-Aktuator 13 und einen zweiten Piezo-Aktuator 13a aufweist. Die zum Öffnen und Schließen des Düsennadelventils 2 erforderlichen Aktionskräfte, d. h. zur Überwindung eines Kräftegleichgewichts bzw. zur Einstellung eines neuen Kräftegleichgewichts an der Düsennadel 4, werden hierbei nur über die Aktuatorik 12 aufgebracht, i. e. über die Piezo-Aktuatoren 13 und 13a. Die Aktuatorik 12 ist vorteilhaft im Injektor 1a aufgenommen.
Bei dieser Ausführungsform sind für die im Düsenkörper 5 aufgenommene Düsennadel 4 ein erster Steuerraum 6 und ein zweiter Steuerraum 6a im Düsenkörper 5 gebildet. Im ersten Steuerraum 6 ist weiterhin eine Düsenfeder 23 aufgenommen, welche die Schließstellung in einem drucklosen Zustand halten kann. Der erste Steuerraum 6 ist an dem der Düsenanordnung abgewandten Ende 4a der Düsennadel 4 gebildet, der zweite Steuerraum 6a davon in axialer Richtung beabstandet, i. e. mit Abstand in Richtung zum düsenseitigen Ende 4b der Düsennadel 4 gebildet. Hierbei kommunizieren der erste 6 und der zweite 6a Steuerraum nicht miteinander.
In jedem Steuerraum 6, 6a ist eine Fläche der Düsennadel 4 aufgenommen, gegen welche eine seitens der Aktuatorik 12 erzeugte Druckkraft über ein in den jeweiligen Steuerraum 6, 6a eingebrachtes Fluid wirken kann. Die durch den ersten Aktuator 13 erzeugte Druckkraft wirkt hierbei in Schließrichtung auf die Düsennadel 4 ein, die durch den zweiten Aktuator 13a erzeugte Druckkraft entgegen gesetzt hierzu, d. h. in Öffnungsrichtung auf die Düsennadel 4 ein.
Ersichtlich umfasst das Fluidkommunikationssystem 8 bei dieser Ausführungsform einen ersten 24 und einen zweiten 24a Zweig, je bestehend aus einem Druckraum 14 bzw. 14a, einer Verbindungsleitung 25 bzw. 25a sowie einem Steuerraum 6 bzw. 6a, in welche hochdruckbeaufschlagtes Fluid je über Rückschlagventile 26 bzw. 26a (und stromaufwärts derselben angeordnete Zulaufdrosseln 27 bzw. 27b) zuführbar ist. Das Fluid kann hierbei z. B. eine Hydraulikflüssigkeit oder bevorzugt Kraftstoff sein. Der erste Aktuator 13 wirkt zur Bereitstellung eines gegenüber Systemdruck erhöhten Druckniveaus hierbei mit dem ersten Druckraum 14 zusammen, der zweite Aktuator 13a mit dem zweiten Druckraum 14a.
Mittels der vorgeschlagenen Injektorbaugruppe 1 ist hierbei ein Betrieb ermöglicht, im Zuge dessen mittels des einen Aktuators 13 ein gegenüber dem Systemhochdruck erhöhter Druck in dem ersten Steuerraum 6 erzeugbar ist, während mittels des anderen Aktuators 13a ein Druck in dem zweiten Steuerraum 6a absenkbar ist und umgekehrt. Eine Druckabsenkung kann durch Kontraktion des Piezoelements eines jeweiligen Aktuators 13 bzw. 13a erfolgen, i. e. insbesondere in Verbindung mit einer Zulaufdrossel 27 bzw. 27a vor dem Rückschlagventil 26 bzw. 26a (Kraftstoff bzw. Fluid läuft langsamer nach, insoweit ist ein Unterschreiten des Systemhochdrucks möglich), eine Druckerhöhung durch Expansion. Ersichtlich können die mittels des erhöhten Drucks und der Druckabsenkung paarweise erzeugten Kräfte je in Öffnungs- oder Schließrichtung der Düsennadel 4 gegen dieselbe wirken, insbesondere um dieselbe von einer jeweiligen Schließ- in die Offenstellung oder umgekehrt zu verlagern bzw. zu verschieben. Ersichtlich kann der Injektor 1a hierbei mit minimalem baulichen Aufwand realisiert werden, d. h. ohne Drosseln und mit einer vorteilhaft unaufwändigen Ventilausstattung.
Bei dieser Ausführungsform ist wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß 2 wiederum vorgesehen, durch den Injektor abzugebendes Fluid, insbesondere Kraftstoff, unmittelbar am ventilsitzseitigen Nadelende 4b in ein Volumen 18 an der Düsennadel 4 zuzuführen. Das Volumen 18 ist wie vor ohne Fluidkommunikationsverbindung zu einem Steuerraum 6, 6a bereitgestellt und wird von einer Kraftstoff-Hochdruckleitung 3 versorgt. Das Ringvolumen 18 kann über das Düsennadelventil 2 in Abhängigkeit der Stellung desselben Kraftstoff abgeben.
Mittels des Injektors 1a bzw. der Injektorbaugruppe 1 bzw. einer Mehrzahl derselben kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gebildet sein, wobei insbesondere systemhochdruckbeaufschlagtes Fluid, insbesondere Kraftstoff, über eine Hochdruckquelle der Kraftstoffeinspritzeinrichtung an die wenigstens eine Injektorbaugruppe 1 bereitgestellt wird. Für einen Betrieb kann die Aktuatorik 12 der wenigstens einen Injektorbaugruppe 1 durch eine Kontrolleinrichtung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung betätigt werden, insbesondere eine Steuer- oder Regeleinrichtung.
Bezugszeichenliste

1: Injektorbaugruppe
1a: Injektor
2: Düsennadelventil
3: Hochdruckleitung
4: Düsennadel
4a: erstes Ende 4
4b: düsenseitiges Ende 4
5: Düsenkörper
6: erster Steuerraum
6a: zweiter Steuerraum
7: Steuerventil
8: Fluidkommunikationssystem
9: Hochdruckanschluss
10: Zulaufdrossel
11: Ablaufdrossel
12: Aktuatorik
13: Aktuator
13a: weiterer Aktuator
14: Druckraum
14a: weiterer Druckraum
15: dritter Strömungsweg
16: Rückschlagventil
17: Nachbefüllungsventil
18: Volumen
19: weiteres Ventil
20: Rückschlagventil
21: Verzweigung
22: Rückschlagventil
23: Düsenfeder
24: Zweig
24a: weiterer Zweig
25: Verbindungsleitung
25a: Verbindungsleitung
26: Rückschlagventil
26a: Rückschlagventil
27: Zulaufdrossel
27a: Zulaufdrossel
HD: Systemhochdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19740997 B4 [0004]
DE 19812010 C1 [0004]
DE 102005020220 A1 [0004]

Claims

Injektorbaugruppe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Injektor (1a), welcher zum Betrieb mit einem hochdruckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Kraftstoff, bei anliegendem Systemhochdruck vorgesehen ist, wobei der Injektor (1) eine axial verschiebliche Düsennadel (4) umfasst, mittels welcher ein Düsennadelventil (2) gebildet ist, über welches das Fluid in Abhängigkeit der Düsennadelstellung ausbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorbaugruppe (1) eine Aktuatorik (12) aufweist, welche einen gegenüber Systemhochdruck erhöhten Druck im Fluid erzeugt, wobei die Injektorbaugruppe (1) weiterhin ausgebildet ist, eine mittels des erhöhten Drucks bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel (4) gegen dieselbe wirken zu lassen, insbesondere wahlweise.
Injektorbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (12) Druckstöße im Fluid erzeugt, deren Druckniveau gegenüber Systemhochdruck erhöht ist, wobei die Injektorbaugruppe (1) weiterhin ausgebildet ist, eine mittels eines Druckstoßes bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel (4) gegen dieselbe wirken zu lassen, insbesondere wahlweise.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (12) wenigstens einen Aktuator (13, 13a) aufweist, insbesondere einen Piezo-Aktuator oder einen Magnetaktuator, mittels welchem erhöhter Druck und/oder Druckstöße im Fluid erzeugt werden.
Injektorbaugruppe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (12) für einen jeweiligen Aktuator (13, 13a) je einen Druckraum (14, 14a) definiert, welcher mit dem hochdruckbeaufschlagten Fluid befüflbar ist, wobei der Aktuator (13, 13a) zur Bereitstellung der Druckkraft gegen das Fluid in dem Druckraum (14, 14a) wirken kann.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorbaugruppe (1) weiterhin ein Fluidkommunikationssystem (8) insbesondere mit wenigstens einem Ventil (7, 19) aufweist, mittels welchem die bereitgestellte Druckkraft in Öffnungs- und/oder Schließrichtung der Düsennadel (4) an derselben bereitgestellt werden kann, insbesondere wahlweise.
Injektorbaugruppe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkommunikationssystem (8) ein Steuerventil (7) aufweist, insbesondere ein 3/2- oder 3/3-Wegeventil, wobei das Fluidkommunikationssystem (8) in einer ersten Stellung des Steuerventils (7) einen ersten Strömungsweg im Injektor (1) bildet, welcher insbesondere in der angegebenen Reihenfolge von einem Hochdruckanschluss (9) über eine Zulaufdrossel (10) und das Steuerventil (7) zu einem ersten Steuerraum (6) für die Düsennadel (4) führt, wobei die Düsennadelstellung über die Druckverhältnisse im ersten Steuerraum (6) steuerbar ist, und in einer zweiten Stellung des Steuerventils (7) einen zweiten Strömungsweg bildet, welcher insbesondere in der angegebenen Reihenfolge von dem ersten Steuerraum (6) über das Steuerventil (7) und eine Ablaufdrossel (12) zu einem Leckageauslass führt, wobei der erste Strömungsweg mittels des Steuerventils (7) unterbrochen ist wenn der zweite Strömungsweg eröffnet ist und umgekehrt.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkommunikationssystem (8) einen dritten Strömungsweg (15) ausbildet, insbesondere dauerhaft, über welchen die mittels der Aktuatorik (12) bereitgestellte Druckkraft stromaufwärts des Steuerventils (7) und stromabwärts der Zulaufdrossel (11) in den ersten Strömungsweg einleitbar ist, insbesondere zu einem beschleunigten Schließen des Düsennadelventils (2).
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkommunikationssystem (8) ein weiteres Ventil (19) aufweist, über welches ein vierter Strömungsweg ausbild- und unterbrechbar ist, welcher von der Aktuatorik (12) zu einem weiteren Volumen (18) an der Düsennadel (4) geführt ist, über welches die eingeleitete Druckkraft in Öffnungsrichtung gegen die Düsennadel (4) wirken kann, insbesondere zu einem beschleunigten Öffnen des Düsennadelventils (2).
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorbaugruppe (1) ausgebildet ist, die Aktuatorik (12) zur Erzeugung eines erhöhten Drucks und/oder Druckstoßes im Fluid synchronisiert mit der Aktivierung des wenigstens einen Ventils (7, 19), insbesondere des Steuerventils (7) und/oder des weiteren Ventils (19) des Fluidkommunikationssystems (8), zur Bereitstellung der Druckkraft an der Düsennadel (4) zu aktivieren.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder vierten Strömungsweg dem Steuerventil (7) bzw. dem weiteren Ventil (19) nachfolgend keine Drossel vorhanden ist.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (19) ein selbsttätiges Ventil ist, welches insbesondere Differenzdruck geschaltet ist, insbesondere ein 2/2-Wegeventil, über welches die mittels der Aktuatorik (12) bereitgestellte Druckkraft, insbesondere eines Druckstoßes, in dem weiteren Volumen (18) an der Düsennadel (4) bereitgestellt wird, sobald ein Differenzdruckschwellwert erreicht ist, insbesondere zwischen einem Druck im ersten Steuerraum (6) an der Düsennadel (4) und einem mittels der Aktuatorik (12) bereitgestellten Druck.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (19) schließt, sobald ein Druckstoß abgeklungen ist.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkommunikationssystem (8) wenigstens ein Rückschlagventil (16, 17; 20, 22; 26, 26a) aufweist, insbesondere ein Rückschlagventil (16, 17; 20, 22; 26, 26a) in Systemhochdruck-Zulaufleitungen (3) wie zu einem Steuerraum (6, 6a), zu der Aktuatorik (12) oder zu dem Volumen (18) an der Düsennadel (4).
Injektorbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (12) einen ersten Aktuator (13), insbesondere Piezo-Aktuator, und einen zweiten Aktuator (13a), insbesondere Piezo-Aktuator aufweist, welche je zu einem Betrieb bereitgestellt sind, im Zuge dessen mittels des einen Aktuators (13) ein gegenüber dem Systemhochdruck erhöhter Druck erzeugbar ist, insbesondere in einem ersten Steuerraum (6) für die Düsennadel (4), während mittels des anderen Aktuators (13a) ein Druck absenkbar ist, insbesondere in einem zweiten Steuerraum (6a) für die Düsennadel (4), und umgekehrt, wobei die mittels des erhöhten Drucks und der Druckabsenkung paarweise erzeugten Kräfte je in Öffnungs- oder Schließrichtung der Düsennadel (4) gegen dieselbe wirken können, insbesondere um dieselbe zwischen den jeweiligen Stellungen zu verlagern.
Injektorbaugruppe (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (6) und der zweite (6a) Steuerraum nicht miteinander kommunizieren, insbesondere je mit Systemhochdruck beaufschlagt sind.
Injektorbaugruppe (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidkommunikationssystem (8) der Injektorbaugruppe (r) einen ersten Zweig (24) aufweist, welcher neben dem Druckraum (14) des ersten Aktuators (13) den ersten Steuerraum (6) sowie deren Verbindungsleitung (25) inbegreift und einen zweiten, vom ersten Zweig (24) separierten Zweig (24a), welcher neben dem zweiten Druckraum (14a) des zweiten Aktuators (13a) den zweiten Steuerraum (6a) sowie deren Verbindungsleitung (25a) inbegreift.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Injektor (1a) abzugebendes Fluid, insbesondere Kraftstoff, unmittelbar am ventilsitzseitigen Ende in ein Volumen (18) an der Düsennadel (4) zugeführt wird, wobei das Volumen (18) insbesondere ohne Fluidkommunikationsverbindung zu einem Steuerraum (6, 8a) bereitgestellt ist.
Injektorbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorbaugruppe (1) ein Injektor (1a) ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wenigstens eine, insbesondere eine Mehrzahl von Injektorbaugruppen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist, wobei insbesondere systemhochdruckbeaufschlagtes Fluid über eine Hochdruckquelle der Kraftstoffeinspritzeinrichtung an die wenigstens eine Injektorbaugruppe (1) bereitgestellt werden kann.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (12) und/oder ein Ventil (7, 19) der wenigstens einen Injektorbaugruppe (1) durch eine Kontrolleinrichtung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung betätigbar ist, insbesondere eine Steuer- oder Regeleinrichtung.