DE102012220610B4 - Injektor - Google Patents

Abstract

Injektor (10; 230; 240) mit einem Injektorgehäuse (15), einem Aktor (50) und einer Düsennadel (155), – wobei der Aktor (50) in einem Aktorraum (45) des Injektorgehäuses (15) angeordnet ist, – wobei das Injektorgehäuse (15) eine Steuerkolbenbohrung (60) umfasst, in der ein Steuerkolben (65) angeordnet ist, – wobei eine Leckagestiftbohrung (105) zwischen dem Aktorraum (45) und der Steuerkolbenbohrung (60) vorgesehen ist, in der ein Leckagestift (110) angeordnet ist, der den Steuerkolben (65) mit dem Aktor (50) koppelt, – wobei der Steuerkolben (65) in hydraulischer Wirkverbindung zum Öffnen oder Schließen einer Auslassöffnung (195) des Injektorgehäuses (15) mittels der Düsennadel (155) steht, – wobei eine Hochdruckleitung (25) vorgesehen ist, die zum Transport eines unter Druck stehendem Kraftstoff zu der Düsennadel (155) ausgelegt ist, – eine Zuführleitung (225; 260) in dem Injektorgehäuse (15) vorgesehen ist, die die Leckagestiftbohrung (105) mit der Hochdruckleitung (25) verbindet, – dadurch gekennzeichnet, dass – in der Zuführleitung (225; 260) eine Drossel (235, 265) vorgesehen ist, – die Drossel (235, 265) eine erste Querschnittsfläche aufweist und ein Spalt zwischen dem Leckagestift (110) und der Leckagestiftbohrung (105) in einer Ebene quer zu einer Längsachse (20) des Injektors (10; 230; 240) eine Ringfläche mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche die gleiche Größe wie die zweiten Querschnittsfläche aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Injektor mit einem Injektorgehäuse, einem Aktor und einer Düsennadel, wobei der Aktor in einem Aktorraum des Injektorgehäuses angeordnet ist, wobei das Injektorgehäuse eine Steuerkolbenbohrung umfasst, in der ein Steuerkolben angeordnet ist, wobei eine Leckagestiftbohrung zwischen dem Aktorraum und der Steuerkolbenbohrung vorgesehen ist, in der ein Leckagestift angeordnet ist, der den Steuerkolben mit dem Aktor koppelt, wobei der Steuerkolben in hydraulischer Wirkverbindung zum Öffnen oder Schließen einer Auslassöffnung des Injektorgehäuses mit der Düsennadel steht, wobei eine Hochdruckleitung vorgesehen ist, die zum Transport eines unter Druck stehendem Kraftstoff zu der Düsennadel ausgelegt ist.
• Es sind Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkammer bekannt, die ein Injektorgehäuse einen Piezoaktor und eine Düsennadel umfassen. Der Piezoaktorist in einem Aktorraum des Injektorgehäuses angeordnet. Das Injektorgehäuse umfasst eine Steuerkolbenbohrung, in der ein Steuerkolben angeordnet ist. Zwischen dem Aktorraum und der Steuerkolbenbohrung ist eine Leckagestiftbohrung vorgesehen, in der ein Leckagestift angeordnet ist, der den Steuerkolben mit dem Piezoaktor koppelt. Des Weiteren ist eine Hochdruckleitung vorgesehen, die zum Transport eines unter Druck stehenden Kraftstoffes zu der Düsennadel ausgelegt ist. Dieser Injektor erfordert im Bereich der Leckagestiftbohrung ein genau abgestimmtes Passungsspiel zwischen Leckagestiftbohrung und Leckagestift welches aufwendig in der Herstellung herzustellen ist. Ferner ist diese Passung weiterhin an ein Passungsspiel zwischen dem Steuerkolben und der Steuerkolbenbohrung anzupassen, sodass die Funktion zur Betätigung der Düsennadel gewährleistet ist.
• Aus der DE 10 2009 002 554 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einer axial verstellbaren Düsennadel zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung über ein Spritzloch bekannt, einem Piezoaktor zur axialen Verstellung der Düsennadel sowie einer in Wirkverbindung mit der Düsennadel und dem Piezoaktor stehenden Kopplereinrichtung. Die Kopplereinrichtung umfasst einen in einem Führungsstück axial verstellbar gelagerten Kopplerkolben mit einem Kopplerabschnitt geringeren Durchmessers, der durch einen Führungsabschnitt des Führungsstücks hindurch geführt und am Piezoaktor abgestützt ist. Der Piezoaktor ist in einem Niederdruckbereich angeordnet und zur Sicherstellung der Dichtheit der Dichtspalte zwischen dem Kolbenabschnitt und dem Führungsstück angeordnet. Eine Bohrung ist zur hydraulischen Verbindung der Dichtspalte mit einem unter Systemdruck stehenden Druckraum im Führungsstück angeordnet und das Führungsstück ist ganz oder teilweise in einem unter Systemdruck stehenden Druckraum angeordnet.
• Die DE 10 2004 017 303 A1 zeigt eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einer Düsennadel zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch, sowie einem Aktuator zum Antreiben eines Kopplungskolbens. Die Düsennadel oder ein die Düsennadel umfassender Nadelverband weist eine Steuerfläche auf, die einen Steuerraum zumindest teilweise begrenzt. Der Steuerraum kommuniziert mit einem Kopplungsraum, der zumindest teilweise vom Kopplungskolben begrenzt ist.
• In der DE 199 58 872 A1 ist ein Ventil offenbart mit einem ersten Ventilkörper und einem zweiten Ventilkörper. Ein erstes Kugelventilelement, das sitzfähig ist auf einem ersten Ventilsitz, und ein zweites Kugelventilelement, das sitzfähig ist auf einem zweiten Ventilsitz, sind unabhängig beweglich. Wenn die Ventilkörper voneinander versetzt werden entlang Anlageflächen, wird verhindert, dass das Kugelventilelement zwischen Ventilkörpern feststeckt, da die Kugelventilelemente voneinander versetzt werden entlang der Anlagefläche. Die Kraftstoffkanäle werden auf sichere Weise gewechselt durch das Ventil, selbst wenn die Ventilkörper versetzt sind. Ein Kraftstoffleck aus einem Spalt zwischen Anlageflächen der Ventilkörper wird verhindert, da die Anlageflächen nicht voneinander getrennt sind.
• Bei dem Kraftstoffeinspritzventil aus der DE 100 55 714 A1 wird eine Ventilkammer eines Dreiwegeventils wahlweise mit einer Ablass- oder einer Hochdruckleitung verbunden und auch über eine Hauptblende mit einer Regelkammer zum Regeln des Ventilöffnungs- und Schließvorgangs einer Düsennadal verbunden. Die Regelkammer kann verbunden werden über die Hauptblende und die Ventilkammer mit der Ablassleitung oder der Hochdruckleitung, wenn ein Ventilkörper durch ein piezoelektrisches Stellglied angetrieben wird, um die Ablassleitung zu Öffnen oder zu Schließen und die Hochdruckleitung zu Schließen oder zu Öffnen. Die Regelkammer ist immer über eine Hilfsblende mit der Hochdruckleitung verbunden ohne Umgehen des Dreiwegeventils. Der hydraulische Druck in der Regelkammer wird langsam vermindert bei der Ventilöffnungszeit und schnell erhöht bei einer Ventilschließzeit, so dass eine Hubcharakteristik der Düsennadel verbessert ist.
• Die DE 196 05 277 A1 zeigt ein magnetbetätigtes hydraulisches Steuerventil zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors. Das magnetbetätigte Steuerventil lässt sich in dem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors verwenden, wobei das Steuerventil einen Ventilkolben aufweist, der von einem Elektromagneten angezogen wird, wenn dieser eingeschaltet wird, um selektiv eine Fluidverbindung zwischen einem Einlass und einem Auslass zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Eine Fluidkammer ist vorgesehen, der ein Fluiddruck von dem Einlass her zugeführt wird. Der Fluiddruck in der Fluidkammer wirkt auf den Ventilkolben in einer Richtung entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten, wenn dieser eingeschaltet ist, um die durch Restmagnetismus des Elektromagneten erzeugte Anziehungskraft unmittelbar nach dem Abschalten des Elektromagneten zu kompensieren.
• Es ist Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Injektor bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbesserter Injektor dadurch bereitgestellt werden kann, dass der Injektor ein Injektorgehäuse, einen Aktor und eine Düsennadel umfasst. Der Aktor ist in einem Aktorraum des Injektorgehäuses angeordnet. Das Injektorgehäuse umfasst eine Steuerkolbenbohrung, in der ein Steuerkolben angeordnet ist, wobei eine Leckagestiftbohrung zwischen dem Aktorraum und der Steuerkolbenbohrung vorgesehen ist, in der ein Leckagestift angeordnet ist, der den Steuerkolben mit dem Aktor koppelt. Der Steuerkolben steht in hydraulischer Wirkverbindung zum Öffnen oder Schließen einer Auslassöffnung des Injektorgehäuses mit der Düsennadel. Ferner ist eine Hochdruckleitung vorgesehen, die zum Transport eines unter Druck stehendem Kraftstoff zu der Düsennadel ausgelegt ist. Des Weiteren ist eine Zuführleitung in dem Injektorgehäuse vorgesehen, die die Leckagestiftbohrung mit der Hochdruckleitung verbindet. Dabei ist in der Zuführleitung eine Drossel vorgesehen. Die Drossel weist eine erste Querschnittsfläche auf und der Leckagestift und die Leckagestiftbohrung bilden eine zweite Querschnittsfläche in einer Ebene quer zu einer Längsachse des Injektors aus, wobei die erste Querschnittsfläche die gleiche Größe wie die zweite Querschnittsfläche aufweist.
• Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Einstellungen der Toleranzen des Paarungsspiels zwischen dem Leckagestift und der Leckagestiftbohrung sowie des Steuerkolbens zu der Steuerkolbenbohrung funktional voneinander getrennt werden und nicht mehr abhängig voneinander aufeinander abgestimmt werden müssen. Dadurch kann die Fertigung des Injektors vereinfacht werden. Ferner können engere Passungsspielräume sowohl für den Leckagestift als auch für die Leckagestiftbohrung als auch für den Steuerkolben und die Steuerkolbenbohrung gewählt werden, sodass die Steifigkeit des Injektors erhöht wird und somit eine Todzeit des Injektors reduziert wird. Des Weiteren wird eine höhere Robustheit über die Lebensdauer des Injektors ermöglicht, da ein verschlissener Leckagestift bzw. eine verschlissene Leckagestiftbohrung im Wesentlichen keine weiteren Auswirkungen auf das Betriebsverhalten des Injektors hat. Durch die Möglichkeit die Passungsspiele des Leckagestiftes zu der Leckagestiftbohrung bzw. des Steuerkolbens zu der Steuerkolbenbohrung eng zu wählen, erfolgt über diese Passungsspiele zwischen dem Leckagestift und der Leckagestiftbohrung bzw. dem Steuerkolben und der Steuerkolbenbohrung eine geringe Leckage bzw. ein geringer Kraftstofffluss, sodass eine deutlich geringere Anzahl von Partikeln zwischen dem Steuerkolben und der Steuerkolbenbohrung bzw. dem Leckagestift und der Leckagestiftbohrung geschleust werden und somit ferner der Verschleiß zwischen dem Leckagestift und der Leckagestiftbohrung bzw. dem Steuerkolben und der Steuerkolbenbohrung zusätzlich reduziert wird.
• Desweiteren kann auf einfache Weise die Querschnittsfläche zum Durchfluss von Treibstoff definiert in der Zuführleitung festgelegt werden. Auch wenn dadurch ein besonders gutes Betriebsverhalten und eine besonders niedrige Leckage und damit ein besonders energieeffizienter Injektor bereitgestellt werden kann.
• Besonders vorteilhaft ist, wenn der Steuerkolben an einer dem Leckagestift zugewandten ersten Stirnseite zusammen mit der Steuerkolbenbohrung einen ersten Steuerraum ausbildet, wobei stirnseitig an der Düsennadel ein zweiter Steuerraum vorgesehen ist, wobei der erste Steuerraum mit dem zweiten Steuerraum über eine Verbindungsbohrung verbunden ist, um eine Hubbewegung der Düsennadel zu steuern.
• Besonders einfach kann ein erster Steuerraum dadurch begrenzt werden, dass eine Düsennadelhülse vorgesehen ist, wobei die Düsennadelhülse und die Düsennadel ein erstes Führungsspiel ausbilden, durch das ein erster Kraftstoffleckagestrom zu dem zweiten Steuerraum hindurchzutreten vermag.
• In einer weiteren Ausführungsform bilden der Steuerkolben und die Steuerkolbenbohrung ein Kolbenspiel aus, durch das ein zweiter Kraftstoffleckagestrom in den ersten Steuerraum hindurchzutreten vermag, wobei zwischen dem Leckagestift und der Leckagestiftbohrung ein zweites Führungsspiel vorgesehen ist, durch das ein dritter Kraftstoffleckagestrom in den Aktorraum hindurch zu treten vermag.
• Die Zuführleitung kann einfach hergestellt werden, wenn zwischen dem Aktorraum und der Steuerkolbenbohrung eine Zwischenplatte vorgesehen ist, in der die Zuführleitung und die Leckagestiftbohrung angeordnet sind.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zwischenplatte wenigstens einen ersten und einen zweiten Zwischenplattenteil, wobei die Zuführleitung nutförmig in wenigstens dem ersten Zwischenplattenteil angeordnet ist und durch den zweiten Zwischenplattenteil verschlossen ist. Auf diese Weise kann die Zuführleitung beispielsweise mittels eines Fräsverfahrens einfach in die Zwischenplatte bzw. in den Injektor eingebracht werden.
• Besonders kurze Bearbeitungszeit zur Herstellung der Zuführleitung wird dann benötigt, wenn die Zuführleitung im Wesentlichen senkrecht zur Hochdruckleitung und/oder der Leckagestiftbohrung angeordnet ist.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Zuführleitung im Wesentlichen schräg zur Hochdruckleitung und/oder zur Leckagestiftbohrung angeordnet ist, wobei die Zuführleitung in einen oberen oder unteren Bereich der Hochdruckleitung mündet.
• Auf diese Weise kann die Zuführleitung beispielsweise auf einfache Weise mittels eines Bohrvorgangs in die Zwischenplatte eingebracht werden.
• Als besonders Vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Drossel angrenzend an die Leckagestiftbohrung in der Zuführleitung angeordnet ist.
• Besonders vorteilhaft ist ferner, wenn der der Aktor als Piezoaktor ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle Reaktionszeit und ein hoher Betätigungsdruck zur Betätigung des Leckagestiftes bereitgestellt werden.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
• Dabei zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch einen unteren Abschnitt eines Injektor gemäß einer ersten Ausführungsform,
• 2 einen Längsschnitt durch einen oberen Abschnitt des in 1 gezeigten Injektors,
• 3 ein Ausschnitt des in den 1 und 2 gezeigten Injektors,
• 4 einen Ausschnitt eines Injektors gemäß einer zweiten Ausführungsform
• 5 ein Ausschnitt eines Injektors gemäß einer dritten Ausführungsform, und
• 6 ein Ausschnitt eines Injektors gemäß einer vierten Ausführungsform.
• 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen unteren Abschnitt eines Injektors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich 11 des in 1 gezeigten Injektors 10 und 3 ein Ausschnitt A des in den 1 und 2 gezeigten Injektors 10, wobei der Ausschnitt A in 1 mittels einer strichlierten Linie markiert ist. Im Folgenden sollen die 1 bis 3 gemeinsam erläutert werden.
• Der Injektor 10 kann zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere von einem Dieselkraftstoff, in eine Brennkraftmaschine, die ein Common Rail Einspritzsystem umfasst, dienen. Der Injektor 10 weist ein Injektorgehäuse 15 auf. Das Injektorgehäuse 15 umfasst eine sich parallel zu einer Längsachse 20 erstreckende Hochdruckleitung 25, der über einen Hockdruckanschluss 30 unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt werden kann. Der Hochdruckanschluss 30 ist in einem oberen Bereich 11 angeordnet. Ferner ist im oberen Bereich 11 des Injektorgehäuses 15 ein Leckageanschluss 40 zur Rückführung von Kraftstoff in einen Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
• Weiter weist das Injektorgehäuse 15 im oberen Bereich 11 des Injektors 10 einen Aktorraum 45 auf, in dem ein Piezoaktor 50 angeordnet ist. Alternativ zum Piezoaktor 50 wäre auch ein magnetostriktiv ausgebildeter Aktor im Aktorraum 45 anordbar. Der Aktorraum 45 weist ferner eine Leckageverbindung 51 zum Leckageanschluss 40 auf und ist somit Teil eines Niederdruckbereichs 52 des Injektors 10. Der Piezoaktor 50 ist bevorzugterweise als voll aktiver Piezostapel ausgebildet und weist in etwa eine zylindrische Form auf und wird über einen elektrischen Anschluss 54 mit einer elektrischen Spannung versorgt, um eine Länge des Piezoaktors 50 in Längsrichtung, also in Richtung der Längsachse 20, zu verändern. In einem in 1 unterhalb des oberen Bereichs 11 angeordneten unteren Bereich 55 des Injektorgehäuses 15 weist der Injektor 10 eine Steuerkolbenbohrung 60 auf, in der ein Steuerkolben 65 angeordnet ist.
• Der Steuerkolben 65 weist eine erste Stirnseite 70 auf, die dem Piezoaktor 50 zugewandt ist. Die erste Stirnseite 70 bildet zusammen mit der Steuerkolbenbohrung 60 einen ersten Steuerraum 75 aus. Gegenüberliegend zu der ersten Stirnseite 70 bildet der Steuerkolben 65 mit einer zweiten Stirnseite 76 in der Steuerkolbenbohrung 60 einen Federraum 80 aus. Der Steuerkolben 65 ist dabei zwischen dem ersten Steuerraum 75 und dem Federraum 80 in Richtung der Längsachse 20 beweglich angeordnet.
• Im Federraum 80 ist eine Steuerkolbenfeder 85 vorgesehen, die beispielsweise als Spiraldruckfeder ausgebildet ist. Dabei ist ein erstes Längsende 90 der Steuerkolbenfeder 85 der zweiten Stirnseite 76 des Steuerkolbens 65 zugewandt und stützt sich an dieser ab. Ein zweites Längsende 100 der Steuerkolbenfeder 85 stützt sich an einer unteren Stirnfläche 104, die der zweiten Stirnseite 76 des Steuerkolbens 65 zugewandt ist, der Steuerkolbenbohrung 60 ab. Die Steuerkolbenfeder 85 beaufschlagt den Steuerkolben 65 mit einer in Richtung des ersten Steuerraums 75 parallel zur Längsachse 20 wirkenden Kraft.
• Es wird betont, dass der in den 1 und 2 gezeigte Steuerkolben 65 zwar unterschiedlich ausgebildet, jedoch funktionell identisch ist. Die in den 3 bis 6 gezeigte Ausgestaltung des Steuerkolbens 65, wobei der Kolbenraum 80 als Bohrung in dem Steuerkolben 65 zur Aufnahme der Steuerkolbenfeder 85 ausgebildet ist, bietet jedoch den Vorteil, dass die Feder 85 vollständig in der Steuerplatte 130 untergebracht werden kann.
• Zwischen dem Aktorraum 45 und dem ersten Steuerraum 75 der Steuerkolbenbohrung 60 ist eine Leckagestiftbohrung 105 angeordnet. In der Leckagestiftbohrung 105 ist ferner ein Leckagestift 110 angeordnet, der an einer dritten Stirnseite 115 an dem Piezoaktor 50 und mit einer vierten Stirnseite 120 des Leckagestiftes 110 an der ersten Stirnseite 70 des Steuerkolbens 65 anliegt. Die Länge des Leckagestifts 110 bzw. der Leckagestiftbohrung 105 ist derart gewählt, dass bei einer Erhöhung der Länge des Piezoaktors 50 in Richtung der Längsachse 20 die Längenänderung des Piezoaktors 50 über dem Leckagestift 110 an den Steuerkolben 65 übertragen wird. Der Leckagestift 110 weist ferner, um eine axiale Bewegung des Leckagestifts 110 in der Leckagestiftbohrung 105 zu ermöglichen, ein erstes Führungsspiel 121 auf, das als Spielpassung ausgebildet ist.
• Die Leckagestiftbohrung 105 ist in einer Zwischenplatte 125 angeordnet. Die Zwischenplatte 125 liegt oberhalb an einer Steuerplatte 130 an, in der die Steuerkolbenbohrung 60 angeordnet ist. Unterhalb der Steuerplatte 130 liegt an dieser eine Anschlussplatte 135 an. Durch die Anschlussplatte 135, die Steuerplatte 130 und die Zwischenplatte 125 erstreckt sich die Hochdruckleitung 25. Unterhalb an der Anschlussplatte 135 liegt an dieser ein Düsennadelgehäuse 140 an, in der die Hochdruckleitung 25 endet.
• In dem Düsennadelgehäuse 140 ist ferner eine Düsennadelbohrung 145 vorgesehen, die entlang der Längsachse 20 verläuft und in der eine Düsennadelhülse 150 angeordnet ist. Dabei ist der Federraum 80 über eine Verbindungsbohrung 210 mit der Düsennadelbohrung 145 verbunden. Die Düsennadelhülse 150 umgreift umfangsseitig eine Düsennadel 155. Die Düsennadel 155 weist oberseitig eine obere Stirnfläche 160 auf, die der Anschlussplatte 135 zugewandt ist. Die obere Stirnfläche 160 bildet zusammen mit der Anschlussplatte 135 in Längsrichtung 20 und in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse 20 zusammen mit der Düsennadelhülse 150 einen zweiten Steuerraum 161 aus. Der zweite Steuerraum 161 ist über eine schematisch dargestellte erste Verbindungsbohrung 165 mit dem ersten Steuerraum 75 verbunden.
• Unterhalb der Düsennadelhülse 150 ist an der Düsennadel 155 ein Kragen 170 vorgesehen, der im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 20 umlaufend um die Düsennadel 155 ausgebildet ist. Zwischen dem Kragen 170 und der Düsennadelhülse 150 ist eine Düsenfeder 175, die beispielsweise als Spiraldruckfeder ausgebildet ist, angeordnet. Dabei stützt sich ein erstes Längsende 180 der Düsenfeder 175 an der Düsennadelhülse 150 und ein zweites, gegenüber dem Längsende 180 angeordnetes Längsende 185 der Düsenfeder 175 über einen Ring 186 an dem Kragen 170 ab. Die Düsenfeder 175 beaufschlagt die Düsennadel 155 mit einer parallel zur Längsachse 20 wirkenden vom zweiten Steuerraum 161 wegwirkenden Kraft. Die Düsennadel 155 weist ferner an einer der oberen Stirnfläche 160 abgewandten Längsseite eine Düsenspitze 190 auf. Ferner ist im Bereich der Düsenspitze 190 eine Auslassöffnung 195 vorgesehen, die durch die Düsennadelspitze 190 verschlossen wird.
• Die Hochdruckleitung 25 ist mit einem unter hohem Druck (1000 bis 3000 bar) stehenden Kraftstoff, beispielsweise aus einem Rail eines Common-Rail-Einspritzsystems, füllbar und ist somit Teil eines Hochdruckbereichs 200 des Injektors 10. Über die Hochdruckleitung 25 wird der Kraftstoff zur Düsennadelbohrung 145 gefördert. Die Düsennadelhülse 150 und die Düsennadel 155 weisen ein zweites Führungsspiel 205 auf. Durch das zweite Führungsspiel 205 dringt der unter Druck stehende Kraftstoff aus der Düsennadelbohrung 145 in den zweiten Steuerraum 161 mit einem ersten Kraftstoffleckagestrom K₁ ein. Über die erste Verbindungsbohrung 165 wird der erste Kraftstoffleckagestrom K₁ zum ersten Steuerraum 75 weitergeleitet.
• Der Federraum 80 ist über eine zweite Verbindungsbohrung 210 mit der Düsennadelbohrung 145 verbunden, so dass im Federraum 80 der Kraftstoff unter hohem Druck steht und gegen die zweite Stirnseite 76 des Steuerkolbens 65 drückt. Der Steuerkolben 65 weist um eine axiale Bewegung des Steuerkolbens 65 in der Steuerkolbenbohrung 60 ein Kolbenspiel 215 auf, durch welches ein zweiter Kraftstoffleckagestrom K₂ in Richtung des ersten Steuerraums 75 strömt, in dem sich der zweite Kraftstoffleckagestrom K₂ mit dem ersten Kraftstoffleckagestrom K₁ vereint. Dabei treten die Kraftstoffleckageströme nur dann auf, wenn der Druck im ersten Steuerraum 75 kleiner dem Druck in der Hochdruckleitung 25 ist.
• Wird der Leckagestift 110 durch eine Längenvergrößerung des Piezoaktors 50 nach unten in Richtung der Düsennadel 155 verschoben, so betätigt dieser den Steuerkolben 65 und drückt den Steuerkolben 65 ebenso in Richtung der Düsennadel 155. Dadurch wird das Volumen des ersten Steuerraums 75 vergrößert, wodurch sich der Druckreduziert, wobei zum Druckausgleich Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 161 über die erste Verbindungsbohrung 165 nachströmt und somit in dem zweiten Steuerraum 161 der dort vorherrschende Druck abfällt. Ferner strömen auch der erste und der zweite Kraftstoffleckagestrom K₁, K₂ in den ersten Steuerraum 75. Durch den Druckabfall im zweiten Steuerraum 161 nimmt eine Kraft zum Anpressen der Düsennadel 155 gegen die Auslassöffnung 195 ab, sodass die Düsennadel 155 durch den in der Düsennadelbohrung 145 vorherrschenden Druck unterseitig im Bereich der Düsennadelspitze 190 angehoben wird und die Düsennadelfeder 175 gestaucht wird. Durch das Anheben strömt aus der Düsennadelbohrung 145 über die Auslassöffnung 195 Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
• Um die Auslassöffnung 195 bzw. das Ausströmen von Kraftstoff durch die Auslassöffnung 195 zu unterbinden, wird der Piezoaktor 50 derart elektrisch angesteuert, dass dieser sich wieder in seinen Ursprungszustand verkürzt. Die Steuerkolbenfeder 85 drückt den Steuerkolben 65 in Richtung des Aktorraums 45, wobei der Leckagestift 110 ebenso in Richtung des Aktorraums 45 gedrückt wird. Der Leckagestift 110 folgt dabei der axialen Verkürzung des Piezoaktors 50. Dabei wird das Volumen des ersten Steuerraums 75 verkleinert und der darin befindliche Kraftstoff über die erste Verbindungsbohrung 165 in den zweiten Steuerraum 161 gedrückt. Ferner fließt ein Teil des Kraftstoffs über einen dritten Kraftstoffleckagestrom K₃ in den Aktorraum 45 ab. Der Druckanstieg bewirkt, dass der Druck durch den im zweiten Steuerraum 161 befindlichen Kraftstoff und die Kraft der Düsennadelfeder 175 größer ist, als die durch den unter Druck stehenden Kraftstoff in der Düsennadelbohrung 145 zum Anheben der Düsennadel 155, so dass die Düsennadel 155 wieder nach unten gedrückt wird, so dass die Düsennadelspitze 190 die Auslassöffnung 195 im Injektorgehäuse 15 schließt.
• Ferner ist eine Zuführleitung 225 zwischen der Leckagestiftbohrung 105 und der Hochdruckleitung 25 in der Zwischenplatte 125 vorgesehen. Die Zuführleitung 225 ist in den 3 und 4 schräg zur Längsachse 20 bzw. zum Leckagestift 110 angeordnet und endet in einem oberen Bereich der Hochdruckleitung 25. Selbstverständlich kann die Zuführleitung 225 auch quer zur Längsachse 20 angeordnet sein oder in einem unteren Bereich der Hochdruckleitung 25 enden. Die schräge Anordnung der Zuführleitung 225 hat den Vorteil, dass die Zuführleitung 225 durch einen schräg angesetzten Bohrer durch die bereits in die Zwischenplatte 125 eingebrachte Leckagestiftbohrung 105 oder die Hochdruckleitung 25 eingebracht werden kann, um die Hochdruckleitung 25 mit der Leckagestiftbohrung 105 zu verbinden.
• Die Hochdruckleitung 25 versorgt die Zuführleitung 225 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff. Dieser Kraftstoff setzt den im ersten Führungsspiel 121 befindlichen Kraftstoff unter den Druck der Hochdruckleitung 25. Dies bewirkt, dass die Druckdifferenz am Leckagestift 110 zwischen dem Hochdruckbereich 200 und dem Niederdruckbereich 52 des Injektors 10 eliminiert wird. Dies hat zur Folge, dass der Niederdruckbereich 52 funktional von der Funktion des Hochdruckbereichs 200 getrennt wird.
• Im Falle eines geschlossenen Injektors 10 herrscht an einer Vereinigung von der Leckagestiftbohrung 105 mit der Zuführleitung 225 ebenso wie im ersten Steuerraum 75 Raildruck vor, so dass ein Zustrom von Kraftstoff, bezeichnet als Kraftstoffleckagestrom K₃, in den ersten Steuerraum 75 über die Zuführleitung 225 gleich null ist. Die gesamte Kraftstoffmenge, welche in diesem Zustand in der Zuführleitung 225 strömt, fließt im Spalt zwischen Leckagestiftbohrung 105 und Leckagestift 110 als Kraftstoffleckagestrom K₄ in den Niederdruckbereich 52 ab. Da die Leckagestrombilanzbedingung, dass der zufließende Kraftstoffleckagestrom gleich dem abfließenden Kraftstoffleckagestrom ist, für den ersten und zweiten Steuerraum 75, 161 erfüllt sein muss, bedeutet dies, dass auch die Summe aus Kraftstoffleckagestrom K₁ und Kraftstoffleckagestrom K₂ gleich null sein muss. Dadurch ist es möglich, das zweite Führungsspiel 205 und das Kolbenspiel 215 auf minimales Führungsspiel auszulegen, so dass ein Verklemmen während eines Betriebes des Injektors 10 vermieden wird. Ebenso kann eine Forderung an Mindestführungsspiel in dem Kolbenspiel 215 bzw. dem zweiten Führungsspiel 205 zur Gewährleistung von Mindestleckageströmen vermieden werden.
• Im Falle eines geöffneten Injektors 10 herrscht im ersten und zweiten Steuerraum 75, 161 ein Druck, der kleiner ist als der Raildruck. Dieses Druckgefälle führt dazu, dass alle drei Kraftstoffleckageströme K₁, K₂ und K₃ in den ersten und zweiten Steuerraum 75, 161 eintreten. Durch das Vorsehen der Zuführleitung 225 kann auch für diesen Zustand des Injektors 10 das erste und zweite Führungsspiel 121 und 205 sowie das Kolbenspiel 215 auf minimal mögliches Spiel ausgelegt werden, um ein Klemmen zu verhindern. Ferner kann vermieden werden, dass das erste und zweite Führungsspiel 121 und 205 sowie das Kolbenspiel 215 hinsichtlich jeweils eines durch das erste bzw. zweite Führungsspiel 121 und 205 bzw. Kolbenspiel 215 an einen Mindestleckagestrom anzupassen sind. Dadurch kann die Auslegung des Injektors 10 vereinfacht werden.
• 4 zeigt einen Ausschnitt A des in 1 gezeigten Injektors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Injektor 230 ist im Wesentlichen identisch zu dem in 3 gezeigten Injektor ausgebildet. Zusätzlich ist jedoch in der Zuführleitung 225 eine Drossel 235 vorgesehen, die angrenzend an die Leckagestiftbohrung 105 angeordnet ist. Auch als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Drossel 235 in einem Abstand von bis zu 20 Prozent der Länge der Zuführleitung von der Leckagestiftbohrung 105 angeordnet ist. Die Drossel 235 weist dabei eine erste Querschnittsfläche auf. Das erste Führungsspiel 121 ist um eine Bewegung des Leckagestifts 110 zu gewährleisten als Spielpassung gewählt ist. Dadurch ist ein Spalt zwischen dem Leckagestift 110 und der Leckagestiftbohrung 105. In einer Ebene senkrecht zur Längsachse 20 bildet der Spalt eine Ringfläche mit einer zweiten Querschnittsfläche. Die erste Querschnittsfläche ist dabei etwa gleich groß zur zweiten Querschnittsfläche. Auf diese Weise kann besonders einfach der Kraftstoffleckagestrom K₃ über das erste Führungsspiel 121 minimiert werden, da durch die Zuführleitung 225 nur der Kraftstoffleckagestrom K₃, der in den Aktorraum 45 abfließt, ausgeglichen wird, sodass der Injektor 230 einen besonders hohen Wirkungsgrad, insbesondere im dynamischen Betrieb, aufweist. Da durch die Zuführleitung 225 der Druck im ersten Steuerraum 75 dem Druck in der Düsennadelbohrung 145 entspricht, wird ein Abfluss von Kraftstoff aus dem ersten Steuerraum 75 über Leckage in Richtung der Düsennadelbohrung 145 ebenso vermieden. Ferner wird die funktionale Robustheit des Injektors 230 gegenüber einem möglichen Verschleiß am Leckagestift 110 dadurch minimiert, dass das erste Führungsspiel 121 optimal an die Belastungen des Leckagestifts 110 in der Leckagestiftbohrung 105 angepasst werden kann. Insbesondere kann das erste Führungsspiel 205 derart gewählt werden, dass während der Auf-und-Ab-Bewegung der im zweiten Führungsspiel 121 befindliche Kraftstoff zur Schmierung nicht abreißt und somit das direkte Reiben des Leckagestifts 110 an der Leckagestiftbohrung 105 vermieden werden kann und gleichzeitig der dritte Kraftstoffleckagestrom K₃ zum Aktorraum 45 hin minimiert ist.
• 5 zeigt einen Ausschnitt eines des in den 1 bis 4 gezeigten Injektors 240 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Injektor 240 ist dabei im Wesentlichen identisch zu dem in den 1 bis 4 gezeigten Injektor ausgebildet.
• Die Zwischenplatte 125 umfasst zusätzlich zu der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform einen ersten Zwischenplattenteil 245 und einen zweiten Zwischenplattenteil 250. Dabei ist der erste Zwischenplattenteil 245 angrenzend an den Aktorraum 45 angeordnet, während der zweite Zwischenplattenteil 250 an der Steuerplatte 130 anliegt. In dem ersten Zwischenplattenteil 245 ist an der zum zweiten Zwischenplattenteil 250 zugewandten Stirnseite 255 eine Zuführleitung 260 vorgesehen, die nutförmig in dem ersten Zwischenplattenteil 245 ausgebildet ist. Die Zuführleitung 260 erstreckt sich dabei radial vom Leckagestift 110 nach außen hin zur Hochdruckleitung 25 und verbindet die Leckagestiftbohrung 105 mit der Hochdruckleitung 25. Die nutförmige Ausgestaltung der Zuführleitung 260 hat den Vorteil, dass sie einfach, beispielsweise mit einem Fräsvorgang, in den ersten Zwischenplattenteil 245 eingebracht werden kann. Die Zuführleitung 260 wird durch den zweiten Zwischenplattenteil 250 unterseitig verschlossen, sodass die beiden Zwischenplattenteile 245, 250 einen Kanal ausbilden, der die Leckagestiftbohrung 105 mit der Hochdruckleitung 25 verbindet. Die Zuführleitung 260 kann je nach Ausgestaltungswunsch einen rechteckförmigen, polygonförmigen, runden oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
• In der Ausführungsform ist die Zuführleitung 260 im oberen, ersten Zwischenplattenteil 245 angeordnet. Selbstverständlich kann die Zuführleitung 260 auch im unteren, zweiten Zwischenplattenteil 250 oder in beiden Zwischenplattenteilen 245, 250 angeordnet sein. Selbstverständlich kann die Zuführleitung 260 auch aus mehreren nebeneinander verlaufenden Zuführleitungsteilen bestehen.
• 6 zeigt einen Ausschnitt des in 1 gezeigten Injektors 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Injektor 10 ist dabei im Wesentlichen identisch zu dem in 5 gezeigten Injektor ausgebildet. Zusätzlich ist dabei in der Zuführleitung 260 eine Drossel 265 vorgesehen, die angrenzend an Leckagestiftbohrung 105 angeordnet ist. Die Drossel 265 ist dabei hinsichtlich ihrer Dimensionierung ähnlich wie die in 4 erläuterte Drossel ausgebildet. Alternativ kann die Drossel 265, wie auch wie oben erläutert, beabstandet zur Leckagestiftbohrung 105 angeordnet werden. Auf diese Weise kann der Kraftstoffleckagestrom K₃ im dynamischen Betrieb des Injektors 10 besonders gut minimiert werden. Ferner kann ebenso wie oben erläutert der Verschleiß des Leckagestifts 110 in der Leckagestiftbohrung 105 minimiert werden.
• Die oben genannten Ausführungsformen des Injektors 10, 230, 240 haben ferner den Vorteil, dass das zweite Führungsspiel 205 bzw. das Kolbenspiel 215 unabhängig zum ersten Führungsspiel 121 zwischen dem Leckagestift 110 und der Leckagestiftbohrung 105 gewählt werden können. Dadurch können die Führungsspiele 121, 205 bzw. das Kolbenspiel 215 jeweils optimal an die jeweilige Aufgabe der Komponente, beispielsweise Steuerkolbens 65 oder der Düsennadelhülse 150, angepasst werden. Ferner ist möglich, das zweite Führungsspiel 205 und/oder das Kolbenspiel 215 gegenüber dem in Stand der Technik bekannten Injektoren deutlich reduziert wird, so dass die Steifigkeit des Steuerkolbens 65 in der Steuerkolbenbohrung 60 erhöht wird und gleichzeitig eine Todzeit des Injektors reduziert wird. Ferner wird die Robustheit des Injektors 10, 230, 240 erhöht, sodass der Injektor 10, 230, 240 eine höhere Lebensdauer aufweist, da der Verschleiß am Leckagestift 110 nahezu keine Auswirkung auf das Verhalten des Steuerkolbens 65 bzw. der Ansteuerung der Düsennadel 155 hat.
• Durch die enger gewählten Führungsspiele 205, 121 und/oder das reduzierte Kolbenspiel 215 wird die Leckage innerhalb des Injektors 10, 230, 240 reduziert. Dies hat weiterhin zur Folge, dass Partikel, die beispielsweise innerhalb des Kraftstoffs trotz Kraftstofffilter in den Injektor eingebracht wurden oder Partikel aus einem Verschleiß der Hochdruckpumpe oder des Injektors 10, 230, 240 deutlich weniger in das Führungsspiele 205, 121 und/oder in das Kolbenspiel 215 eingeschleust werden und dort weiteren Verschleiß verursachen können.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise die Drossel 235, 265 auch angrenzend an die Hochdruckleitung 25 angeordnet werden. Auch ist denkbar, dass die erste Querschnittsfläche der Drossel 235, 265 nominell größer als die zweite Querschnittsfläche des ersten Führungsspiels 121 ist.
• Bezugszeichenliste

10

Injektor

11

oberer Bereich

15

Injektorgehäuse

20

Längsachse

25

Hochdruckleitung

30

Hochdruckanschluss

40

Leckageanschluss

45

Aktorraum

50

Piezoaktor

51

Leckageverbindung

52

Niederdruckbereich

54

elektrischer Anschluss

55

unterer Bereich

60

Steuerkolbenbohrung

65

Steuerkolben

70

erste Stirnseite

75

erster Steuerraum

76

zweite Stirnseite

80

Federraum

85

Steuerkolbenfeder

90

erstes Längsende

100

zweites Längsende

104

untere Stirnseite

105

Leckagestiftbohrung

110

Leckagestift

115

dritte Stirnseite

120

vierte Stirnseite

121

erstes Führungsspiel

125

Zwischenplatte

130

Steuerplatte

135

Anschlussplatte

140

Düsennadelgehäuse

145

Düsennadelbohrung

150

Düsennadelhülse

155

Düsenadel

160

obere Stirnfläche

161

zweiter Steuerraum

165

erste Verbindungsbohrung

170

Kragen

175

Düsenfeder

180

erstes Längsende

185

zweites Längsende

186

Ring

190

Düsennadelspitze

195

Auslassöffnung

200

Hochdruckbereich

205

zweites Führungsspiel

210

zweite Verbindungsbohrung

215

Kolbenspiel

225

Zuführleitung

235

Drossel

240

Injektor

245

erstes Zwischenplattenteil

250

zweites Zwischenplattenteil

255

Stirnseite

260

Zuführleitung

265

Drossel

K₁

erster Kraftstoffleckagestrom

K₂

zweiter Kraftstoffleckagestrom

K₃

dritter Kraftstoffleckagestrom

K₄

dritter Kraftstoffleckagestrom

Claims (10)

1. Injektor (10; 230; 240) mit einem Injektorgehäuse (15), einem Aktor (50) und einer Düsennadel (155), – wobei der Aktor (50) in einem Aktorraum (45) des Injektorgehäuses (15) angeordnet ist, – wobei das Injektorgehäuse (15) eine Steuerkolbenbohrung (60) umfasst, in der ein Steuerkolben (65) angeordnet ist, – wobei eine Leckagestiftbohrung (105) zwischen dem Aktorraum (45) und der Steuerkolbenbohrung (60) vorgesehen ist, in der ein Leckagestift (110) angeordnet ist, der den Steuerkolben (65) mit dem Aktor (50) koppelt, – wobei der Steuerkolben (65) in hydraulischer Wirkverbindung zum Öffnen oder Schließen einer Auslassöffnung (195) des Injektorgehäuses (15) mittels der Düsennadel (155) steht, – wobei eine Hochdruckleitung (25) vorgesehen ist, die zum Transport eines unter Druck stehendem Kraftstoff zu der Düsennadel (155) ausgelegt ist, – eine Zuführleitung (225; 260) in dem Injektorgehäuse (15) vorgesehen ist, die die Leckagestiftbohrung (105) mit der Hochdruckleitung (25) verbindet, – dadurch gekennzeichnet, dass – in der Zuführleitung (225; 260) eine Drossel (235, 265) vorgesehen ist, – die Drossel (235, 265) eine erste Querschnittsfläche aufweist und ein Spalt zwischen dem Leckagestift (110) und der Leckagestiftbohrung (105) in einer Ebene quer zu einer Längsachse (20) des Injektors (10; 230; 240) eine Ringfläche mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche die gleiche Größe wie die zweiten Querschnittsfläche aufweist.
2. Injektor (10; 230; 240) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Steuerkolben (65) an einer dem Leckagestift (110) zugewandten ersten Stirnseite (70) zusammen mit der Steuerkolbenbohrung (60) einen ersten Steuerraum (75) ausbildet, – wobei stirnseitig an der Düsennadel (155) ein zweiter Steuerraum (160) vorgesehen ist, – wobei der erste Steuerraum (75) mit dem zweiten Steuerraum (160) über eine Verbindungsbohrung (165) verbunden ist, um ein Hubbewegung der Düsennadel (155) zu steuern.
3. Injektor (10; 230; 240) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsennadelhülse (150) vorgesehen ist, wobei die Düsennadelhülse (150) und die Düsennadel (155) ein erstes Führungsspiel (205) ausbilden, durch das ein erster Kraftstoffleckagestrom (K₁) zu dem zweiten Steuerraum (160) hindurchzutreten vermag.
4. Injektor (10; 230; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (65) und die Steuerkolbenbohrung (60) ein Kolbenspiel (215) ausbilden, durch das ein zweiter Kraftstoffleckagestrom (K₂) in den ersten Steuerraum (75) hindurchzutreten vermag, wobei zwischen dem Leckagestift (110) und der Leckagestiftbohrung (105) ein zweites Führungsspiel (121) vorgesehen ist, durch das ein dritter Kraftstoffleckagestrom (K₃) in den Aktorraum hindurch zutreten vermag.
5. Injektor (10; 230; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aktorraum (45) und der Steuerkolbenbohrung (60) eine Zwischenplatte (125) vorgesehen ist, in der die Zuführleitung (225; 260) und die Leckagestiftbohrung (105) angeordnet ist.
6. Injektor (10; 230; 240) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (125) wenigstens einen ersten und einen zweiten Zwischenplattenteil (245, 250) umfasst, wobei die Zuführleitung (225; 260) nutförmig in wenigstens dem ersten Zwischenplattenteil (245) angeordnet ist und durch den zweiten Zwischenplattenteil (250) verschlossen ist.
7. Injektor (10; 230; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (225; 260) im Wesentlichen senkrecht zur Hochdruckleitung (25) und/oder der Leckagestiftbohrung (105) angeordnet ist.
8. Injektor (10; 230; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (225; 260) im Wesentlichen schräg zur Hochdruckleitung (25) und/oder der Leckagestiftbohrung (105) angeordnet ist, wobei die Zuführleitung (225; 260) in die Hochdruckleitung (25) mündet.
9. Injektor (10; 230; 240) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (235, 265) angrenzend an die Leckagestiftbohrung (105) in der Zuführleitung (225; 260) angeordnet ist.
10. Injektor (10; 230; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (50) als Piezoaktor (50) ausgebildet ist.

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