DE10336327B4

DE10336327B4 - Injektor für Kraftstoff-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren

Info

Publication number: DE10336327B4
Application number: DE10336327.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kanne; Godehard Nentwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: US20080163852A1; EP1654453A1; DE10336327A1; JP2007506897A; KR20060060675A; WO2005014995A1

Abstract

Injektor für Kraftstoff-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren, mit einem in einem Injektorkörper (10) angeordneten Piezoaktor (16), der über erste Federmittel (35) einerseits mit dem Injektorkörper (10), andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben (33) in Anlage gehalten wird, mit einem mit dem Injektorkörper (10) verbundenen, mindestens eine Düsen-Austrittsöffnung (26–29) aufweisenden Düsenkörper (20), in dem eine abgestufte (erste) Düsennadel (21) axial verschieblich geführt ist, mit innerhalb des Übersetzerkolbens (33) angeordneten zweiten Federmitteln (54), welche – zusammen mit dem rückseitig auf die (erste) Düsennadel (21) einwirkenden Einspritzdruck – die (erste) Düsennadel (21) in Schließstellung halten und mit einem am düsennadelseitigen Ende des Übersetzerkolbens (33) ausgebildeten (äußeren) Steuerraum (47), der über mindestens einen Leckspalt mit einer unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoffzuführung (18) in Verbindung steht, wobei die (erste) Düsennadel (21) durch den im (äußeren) Steuerraum (47) befindlichen Kraftstoff in Öffnungsrichtung (55) beaufschlagt ist, und wobei die (erste) Düsennadel (21) mit einem rückwärtigen Bereich (31), der einen größeren Durchmesser aufweist als ein düsenaustrittsseitiger Bereich der (ersten) Düsennadel (21), in den Innenraum (32) des Übersetzerkolbens (33) eingepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (21) eine durchgehende, konzentrische, durch einen Absatz (38) abgestufte Axialausnehmung (39) aufweist, in der eine ebenfalls durch einen Absatz (40) entsprechend abgestufte zweite Düsennadel (41) axial verschieblich eingepasst ist, dass innerhalb der Axialausnehmung (39) – zwischen deren Absatz (38) und dem Absatz (40) der zweiten Düsennadel (41) – ein (zweiter) innerer Steuerraum (52) ausgebildet ist, der mit dem äußeren (ersten) Steuerraum (47) in hydraulischer Verbindung steht, und dass die Steuerraumvolumina und die von den Steuerraumdrücken bzw. von dem Druck der Kraftstoffzuführung (18, 19) bzw. vom Federmitteldruck beaufschlagten Flächen der Düsennadeln (21, 41) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich die beiden Düsennadeln (21, 41) durch Veränderung der am Piezoaktor (16) anliegenden elektrischen Spannung nacheinander öffnen lassen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorteile dieses bekannten Injektors liegen in seinem vglw. unkomplizierten Aufbau (wenig Einzelteile) und in der direkten Steuerung der Düsennadel durch den Piezoaktor. Die Geschwindigkeit der Düsennadelbewegung kann über den Spannungsverlauf des Piezoaktors eingestellt werden. Außerdem zeichnet sich der bekannte Injektor dadurch aus, dass er ohne einen Kraftstoff-Rücklauf auskommt.
Injektoren mit ineinander geführten Düsennadeln sind beispielsweise aus der DE 101 41 678 A1 , US 5 899 389 A , EP 1 063 415 A2 , DE 102 54 186 A1 und DE 103 26 045 A1 bekannt.
Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit vglw. einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur stufenweisen Ansteuerung und Betätigung des Düsenaustritts zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Injektor der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2–9.
Durch die Erfindung wird es vorteilhafterweise möglich, den Düsenaustritt stufenweise zu betätigen, indem man die beiden Düsennadeln – durch entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Piezoaktors – nacheinander ansteuert. Das erfindungsgemäße System hat außerdem den Vorteil, ohne Rücklauf auszukommen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im Folgenden detailliert beschrieben wird. Es zeigt (jeweils schematisch):
1 eine Ausführungsform eines direktgesteuerten Common-Rail-Injektors mit Piezoaktor, im vertikalen Längsschnitt,
2 einen unteren Teilbereich des Injektors nach 1, in gegenüber 1 vergrößerter Darstellung, und
3 – in Diagrammdarstellung – die vom Piezoaktor auf den Übersetzerkolben aufgebrachte Kraft, aufgetragen über dem Hub des Piezoaktors.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 und 2 bezeichnet 10 einen zylindrischen Injektorkörper mit einer durchgehenden, auf dem überwiegenden Teil ihrer Längserstreckung zylindrischen Ausnehmung 11. An ihrem oberen Ende besitzt die Ausnehmung 11 zunächst einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 12, der in einen rechtwinklig abgebogenen, schließlich nach außen mündenden Abschnitt 13, 14 übergeht. In dem mit 15 bezifferten zylindrischen Abschnitt der Ausnehmung 11 ist ein ebenfalls zylindrischer Piezoaktor 16 vergleichsweise großer Längserstreckung angeordnet, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Ausnehmungsabschnitts 15. Hierdurch ergibt sich zwischen der Außenwand des Piezoaktors 16 und der Innenwandung des Injektorkörpers 10 ein Ringraum 17. Zur hierzu erforderlichen Zentrierung des Piezoaktors 16 innerhalb des Injektorkörpers 10 dient zum einen der konische Abschnitt 12 der axialen Ausnehmung 11. Zum anderen können bei Bedarf in dem Ringraum 17 in bestimmten axialen Abständen voneinander fluiddurchlässige Distanzscheiben vorgesehen sein (nicht gezeigt).
Der obere, abgewinkelte Abschnitt 13, 14 der Ausnehmung 11 fungiert als Kabeldurchführung für die Stromversorgung des Piezoaktors 16.
Am oberen Ende des Injektorkörpers 10 ist eine Kraftstoffzuführung 18, z. B. Hochdruckanschluss eines Common-Rail-Systems, vorgesehen, die über einen Druckkanal 19 mit dem Ringraum 17 in hydraulischer Verbindung steht.
An das untere Ende des Injektorkörpers 10 und koaxial zu diesem schließt sich ein Düsenkörper 20 an, der eine erste Düsennadel 21 aufnimmt. Der Düsenkörper 20 ist mittels einer Überwurfmutter (Spannmutter) 22 an dem Injektorkörper 10 befestigt, derart, dass er mit einer rückseitigen Stirnfläche 23 an einer unteren Stirnfläche 24 des Injektorkörpers 10 dichtend zur Anlage kommt.
Zur Aufnahme der ersten Düsennadel 21 besitzt der Düsenkörper 20 einen nach oben hin offenen, mehrfach abgestuften Innenraum 25, der unten einen in mehrere Düsen-Austrittsbohrungen 26 bis 29 ausmündenden konischen Ventilsitz 30 bildet.
An ihrem oberen Ende besitzt die erste Düsennadel 21 einen Abschnitt 31 größeren Durchmessers, der in einen zylindrischen Innenraum 32 eines hülsenförmigen, nach unten offenen Übersetzerkolbens 33 eingepasst ist. Den oberen Abschluss des Übersetzerkolbens 33 bildet ein Bund 34. Eine in dem Ringraum 17 – hierbei den Übersetzerkolben 33 umschließend – angeordnete, sich einerseits an der Stirnfläche 23 des Düsenkörpers 20, andererseits am Bund 34 des Übersetzerkolbens 33 abstützende Schraubendruckfeder 35 hält den Übersetzerkolben 33 mit dem Piezoaktor stirnseitig in Anlage. Durch den von der Druckfeder 35 über den Übersetzerkolben 33 auf den Piezoaktor 16 in Pfeilrichtung 36 wirkenden Druck wird der Piezoaktor 16 an seiner Oberseite 37 gegen den Injektorkörper 10 abgedichtet, und der elektrische Anschluss (nicht gezeigt) kann somit durch die abgewinkelten Bohrungen 13, 14 aus dem Injektorkörper 10 herausgeführt werden.
Eine – insbesondere aus 2 ersichtliche – Besonderheit besteht darin, dass die erste Düsennadel 21 eine durchgehende, konzentrische, durch einen Absatz 38 abgestufte Axialausnehmung 39 aufweist, in der eine ebenfalls durch einen Absatz 40 entsprechend abgestufte zweite Düsennadel 41 axial verschieblich eingepasst ist.
Im unteren Teil des Düsenkörpers 20 ist – als Bestandteil des Düsenkörper-Innenraumes 25 – ein die erste Düsennadel 21 konzentrisch umgebender zylindrischer Druckraum 42 ausgebildet, der über Bohrungen 43, 44 im Düsenkörper 20 und einen zwischen dem Düsenkörper 20 und der Spannmutter 22 ausgebildeten Ringraum 45 mit dem Ringraum 17 des Injektorkörpers 10 hydraulisch verbunden ist.
Der Innenraum 25 des Düsenkörpers 20 weist oben eine abgestufte Durchmessererweiterung 46 auf, in der der Übersetzerkolben 33 so geführt ist, dass ein in dem erweiterten Innenraumteil 46 unterhalb des Übersetzerkolbens 33 ausgebildeter erster Steuerraum 47 über einen Leckspalt 48 (s. insbesondere 2) mit dem Ringraum 17 des Injektorkörpers 10 in hydraulischer Verbindung steht. Ein Abschnitt 49 des Düsenkörper-Innenraumes 25 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser dient zur Führung der ersten Düsennadel 21 innerhalb des Düsenkörpers 20. Auch diese Führungspassung 49 ist so konzipiert, dass sich ein Leckspalt ergibt. Der erste Steuerraum 47 ist somit über den zweiten Leckspalt 49 mit dem zylindrischen Raum 42 hydraulisch verbunden, der seinerseits – über die Ausnehmungen 43 bis 45 – vom Ringraum 17 des Injektorköpers 10 her hochdruckbeaufschlagt ist. Der sich oberhalb der Düsennadel 21 erstreckende Innenraum 32 des Übersetzerkolbens 33 ist ebenfalls mit dem hochdruckbeaufschlagten Ringraum 17 des Injektorkörpers 10 hydraulisch verbunden, und zwar über eine seitliche Bohrung 50 im Übersetzerkolben 33. Der obere (verdickte) Abschnitt 31 der ersten Düsennadel 21 ist so im Übersetzerkolben 33 geführt, dass sich ein (weiterer) Leckspalt 51 (s. 2) ergibt. Auch über diesen (dritten) Leckspalt 51 ist somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Steuerraum 47 und dem hochdruckbeaufschlagten Ringraum 17 des Injektorkörpers 10 hergestellt.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass innerhalb der Axialausnehmung 39 – zwischen deren Absatz 38 und dem Absatz 40 der zweiten Düsennadel 41 – ein (zweiter) innerer Steuerraum 52 ausgebildet ist, der mit dem ersten (äußeren) Steuerraum 47 in hydraulischer Verbindung steht. Der zweite (innere) Steuerraum 52 besitzt ein kleineres Volumen als der erste (äußere) Steuerraum 47. Die hydraulische Verbindung der beiden Steuerräume erfolgt durch eine die erste Düsennadel 21 im Bereich ihres Absatzes 38 schräg durchsetzende Bohrung 53.
Wie des Weiteren insbesondere aus 2 hervorgeht, ist in dem Innenraum 32 des Übersetzerkolbens 33 eine (zweite) Schraubendruckfeder 54 angeordnet, die auf die erste Düsennadel 21 eine in Schließrichtung (Pfeil 55) gerichtete Kraft ausübt. Durch die (zweite) Druckfeder 54 wird die erste Düsennadel 21 während der Pausen zwischen den Einspritzvorgängen und bei Stillstand des Fahrzeugs geschlossen gehalten. In 1 und 2 ist die Öffnungsstellung der beiden Düsennadeln 21 und 41 gezeigt. In dieser Stellung findet ein Einspritzvorgang statt, an dem sämtliche Austrittsöffnungen – beim dargestellten Beispiel also die Bohrungen 26 bis 29 – beteiligt sind. Hierbei gelangt aus dem zylindrischen Druckraum 42 Kraftstoff durch die Austrittsbohrungen 26 bis 29 in den (nicht dargestellten) Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine.
Der am unteren Ende des Übersetzerkolbens 33 ausgebildete erste Steuerraum 47 dient zum hydraulischen Längenausgleich und als hydraulischer Übersetzer für die Dehnungsbewegung des Piezoaktors 16 bezüglich der ersten Düsennadel 21.
1 und 2 (insbesondere 2) machen weiterhin deutlich, dass das piezoaktorseitige (obere) Ende der zweiten Düsennadel 41 von im Inneren des Übersetzerkolbens 33 angeordneten dritten Federmitteln 56 in Richtung Schließstellung (Pfeil 55) beaufschlagt ist. Es handelt sich bei den dritten Federmitteln 56 um eine Schraubendruckfeder, die konzentrisch zu den zweiten Federmitteln (Schraubendruckfeder 54) angeordnet und von diesen umschlossen ist und sich einerseits an der zweiten Düsennadel 41, andererseits am piezoaktorseitigen (oberen) Ende des Übersetzerkolben-Innenraumes 32 abstützt. Hierzu ist am piezoaktorseitigen (oberen) Ende der zweiten Düsennadel 41 ein Absatz 57 ausgebildet, an den sich ein Zapfenteil 58 mit geringerem Durchmesser anschließt, auf dem die Schraubendruckfeder 56 angeordnet ist.
Wie des Weiteren insbesondere aus 2 hervorgeht, weist die von der zweiten Düsennadel 41 durchsetzte Axialausnehmung 39 der ersten Düsennadel 21 in ihrem düsenaustrittsseitigen (unteren) Bereich eine Durchmessererweiterung auf. Hierdurch entsteht ein den düsenaustrittsseitigen (unteren) Bereich der zweiten Düsennadel 41 umgebender ringzylindrischer Hohlraum 59. In die erste Düsennadel 21 ist eine Radialbohrung 60 eingearbeitet, die den zylindrischen Druckraum 42 mit dem ringzylindrischen Hohlraum 59 hydraulisch verbindet.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der die Düsen-Austrittsöffnungen 26 bis 29 enthaltende (untere) Endbereich 61 des Düsenkörpers 20 und die – jeweils als Schließkörper fungierenden – Endabschnitte 62, 63 der beiden Düsennadeln 21 bzw. 41 konisch ausgebildet sind, so dass sich die Endabschnitte 62, 63 der Düsennadeln 21 bzw. 41 in gemeinsamer Schließ- bzw. Öffnungsstellung (1 und 2) zu einer einheitlichen Konusfläche ergänzen. Die Düsen-Austrittsöffnungen 26 bis 29 und die konischen Endabschnitte 62, 63 der beiden Düsennadeln 21 bzw. 41 sind in ihren Abmessungen bzw. ihrer Lage so aufeinander abgestimmt, dass die beiden radial innen liegenden Düsen-Austrittsöffnungen 26, 27 vom konischen Endabschnitt 63 der zweiten Düsennadel 41 betätigt werden und die beiden radial äußeren Düsen-Austrittsöffnungen 28, 29 mit dem konischen Endabschnitt 62 der ersten Düsennadel 21 zusammenwirken.
Der im Vorstehenden beschriebene Injektor arbeitet wie folgt:
Der Piezoaktor 16 ist in Spritzpausen unbestromt. Wird nun der Piezoaktor 16 elektrisch angesteuert, so dehnt er sich aus und bewegt den Übersetzerkolben 33 gegen die Kraft der Federn 35, 54 und 56 (in Pfeilrichtung 55) nach unten. Das Volumen der Steuerräume 47 und 52 verkleinert sich, und der Druck in den Steuerräumen 47, 52 steigt. Dadurch wird auf die beiden Düsennadeln 21 und 41 eine Kraft in Öffnungsrichtung (Pfeil 36) ausgeübt. Sobald die öffnende Kraft die schließenden Druck- und Federkräfte übersteigt, bewegt sich diejenige Düsennadel in Öffnungsrichtung (Pfeil 36), die einer geringeren Öffnungskraft bedarf. Dies ist bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die zweite (innere) Düsennadel 41. Denn bei dieser ist die dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Druckfläche kleiner als die der ersten (äußeren) Düsennadel 21. Sobald die zweite (innere) Düsennadel 41 öffnet, sinkt der Druck in den Steuerräumen 47, 52 nicht werter ab. Nach kurzem Hub (ca. 0,1 mm, je nach hydraulischem Durchfluß) schlägt die zweite Düsennadel 41 an ihrem oberen Anschlag an, wobei das Zapfenteil 58 mit der inneren (oberen) Stirnfläche des Übersetzerkolbens 33 zur Anlage kommt. Um jetzt auch die erste (äußere) Düsennadel 21 in ihre Öffnungsstellung (1 und 2) zu bewegen, bedarf es einer (weiteren) Erhöhung der am Piezoaktor 16 anliegenden elektrischen Spannung. Der Piezoaktor 16 dehnt sich dadurch nochmals in Axialrichtung (Pfeil 55) so wert aus, dass sich nunmehr auch die erste Düsennadel 21 in Öffnungsstellung (1 und 2) bewegt und die Düsenaustrittsöffnungen 28, 29 freigibt. Infolge der durch den Übersetzerkolben 33 bewirkten Wegübersetzung vermag die erste Düsennadel 21 einen maximalen Hub auszuführen, der deutlich über dem Hub des Piezoaktors 16 liegt. (Da die erste Düsennadel 21 von innen und außen mit Kraftstoff versorgt wird, kann der Hub deutlich unter 200 μm liegen.) Sobald die Düsennadeln 21, 41 den Hubbereich der Sitzdrosselung verlassen haben, sind sie druckausgeglichen. Der Piezoaktor 16 muss dann über den Übersetzerkolben 33 den Druck in den Steuerräumen 47, 52 nur noch so weit über dem Hochdruck (Raildruck) des bei 18 (1) zugeführten Kraftstoffs halten, dass die Widerstände der Federn 35, 54 und 56 überwunden werden. Die längstmögliche Ansteuerdauer wird durch die Leckage aus den Steuerräumen 47, 52 bestimmt. Sinkt der Druck in den Steuerräumen 47, 52 auf den Raildruck ab, so schließen die Düsennadeln 21, 41. Zum aktiven Schließen der Düsennadeln 21, 41 muss die am Piezoaktor 16 anliegende elektrische Spannung auf Null reduziert werden. Der Piezoaktor 16 zieht sich daraufhin zusammen, und der Druck in den Steuerräumen 47, 52 sinkt unter den Raildruck. Dadurch erfahren die Düsennadeln 21, 41 schließende Kräfte, bewegen sich in Pfeilrichtung 55 und schließen die Düsen-Austrittsöffnungen 26 bis 29. Die erste (äußere) Druckfeder 35 verhindert, dass der Piezoaktor 16 sich vom Übersetzerkolben 33 trennt.
Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind also die Volumina der Steuerräume 47, 52 und die von den Steuerraumdrücken bzw. von dem Druck der Kraftstoffzuführung 18, 19 bzw. vom Federmitteldruck beaufschlagten Flächen der Düsennadeln 21, 41 so aufeinander abgestimmt, dass sich die beiden Düsennadeln 21, 41 durch Veränderung der am Piezoaktor 16 anliegenden elektrischen Spannung nacheinander öffnen und – durch Wegnahme der Spannung vom Piezoaktor 16 – gleichzeitig schließen lassen.
Im Folgenden sei anhand eines einfachen Rechenbeispiels gezeigt, welche Kräfte und welche Leistungen benötigt werden, um die beschriebenen Funktionen auszuführen:
Bei einem Außendurchmesser der zweiten (inneren) Düsennadel 41 von 1,7 mm (Sitzdurchmesser: 1,6 mm) werden bei 1600 bar Raildruck 321 N benötigt, um die zweite Düsennadel 41 in Öffnungsstellung (1 und 2) zu bewegen. Bei einer Hubübersetzung von 4:1 für die zweite Düsennadel 41 entspricht dies 1284 N Piezokraft, zuzüglich der Federkräfte. Sobald die zweite Düsennadel 41 einige Mikrometer geöffnet ist, nimmt die notwendige (weitere) Öffnungskraft sehr stark ab, da der Druck an der Nadelunterseite steigt. Wenn die zweite Düsennadel 41 ihren vollen Hub erreicht hat – 0.08 mm sind ausreichend, da die radial innenliegenden Düsen-Austrittsöffnungen 26, 27 in diesem Beispiel den kleineren hydraulischen Durchfluß aufweisen –, hat sich der Piezoaktor 16 um 0.02 mm verlängert (unter Vernachlässigung der Leckageverluste und der Kompressibilität). Um nun die erste (äußere) Düsennadel 21 mit einem Innendurchmesser (= innerer Sitzdurchmesser) von 2,0 mm und einem Aussendurchmesser von 2,8 mm zu öffnen, wird eine Kraft von 482,54 N benötigt. Bei einer Hubübersetzung von 1:3 entspricht dies einer Kraft von 1450 N am Piezoaktor 16. Diese Kraft ist höher als die Öffnungskraft der zweiten (inneren) Düsennadel 41.
(Bei entsprechend andersartiger Wahl der Hubübersetzung für die erste und die zweite Düsennadel (21 bzw. 41) kann – bei Bedarf – auch erreicht werden, dass zuerst die erste (äußere) Düsennadel (21) und erst anschließend die zweite (innere) Düsennadel (41) öffnet.)
Um den notwendigen Öffnungshub der ersten Düsennadel (21) von 0,15 mm zu erreichen – mehr ist nicht notwendig, da die erste Düsennadel (21) von innen und außen mit Kraftstoff versorgt wird –, muss der Piezoaktor (16) sich nochmals um 0,05 mm längen. Damit ergibt sich in diesem Beispiel ein notwendiger Gesamthub des Piezoaktors (16) von ca. 0,075 mm, zuzüglich Verlusten von Leckage und Kompressibilität. Unter der Annahme, dass insgesamt weitere 0,025 mm Piezoaktorhub zur Kompensation der Verluste benötigt werden, kann ein Piezoaktor, der die aus 3 ersichtliche und mit 64 bezeichnete Kraft-Weg-Kurve erfüllt, verwendet werden.
Bei einer Vergrößerung des Sitzwinkels und einer etwas knapperen Auslegung der notwendigen Hübe von erster und zweiter Düsennadel (21 bzw. 41) lassen sich auch deutlich kleinere Werte für Maximalkraft und Hub erreichen. So würde etwa bei einem Sitzwinkel von 90° (bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sitzwinkel etwas kleiner als 90°) die zweite (innere) Düsennadel 41 nur noch einen Hub von 60 μm und die erste (äußere) Düsennadel 21 nur noch einen Hub von 100 μm benötigen. Damit ergäbe sich bei gleichen Übersetzungsverhältnissen und gleichem Zuschlag für Leckage ein deutlich kleinerer Maximalhub des Piezoaktors 16 von nur 80 μm (s. Kurve 65 in 3).

Claims

Injektor für Kraftstoff-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren, mit einem in einem Injektorkörper (10) angeordneten Piezoaktor (16), der über erste Federmittel (35) einerseits mit dem Injektorkörper (10), andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben (33) in Anlage gehalten wird, mit einem mit dem Injektorkörper (10) verbundenen, mindestens eine Düsen-Austrittsöffnung (26–29) aufweisenden Düsenkörper (20), in dem eine abgestufte (erste) Düsennadel (21) axial verschieblich geführt ist, mit innerhalb des Übersetzerkolbens (33) angeordneten zweiten Federmitteln (54), welche – zusammen mit dem rückseitig auf die (erste) Düsennadel (21) einwirkenden Einspritzdruck – die (erste) Düsennadel (21) in Schließstellung halten und mit einem am düsennadelseitigen Ende des Übersetzerkolbens (33) ausgebildeten (äußeren) Steuerraum (47), der über mindestens einen Leckspalt mit einer unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoffzuführung (18) in Verbindung steht, wobei die (erste) Düsennadel (21) durch den im (äußeren) Steuerraum (47) befindlichen Kraftstoff in Öffnungsrichtung (55) beaufschlagt ist, und wobei die (erste) Düsennadel (21) mit einem rückwärtigen Bereich (31), der einen größeren Durchmesser aufweist als ein düsenaustrittsseitiger Bereich der (ersten) Düsennadel (21), in den Innenraum (32) des Übersetzerkolbens (33) eingepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (21) eine durchgehende, konzentrische, durch einen Absatz (38) abgestufte Axialausnehmung (39) aufweist, in der eine ebenfalls durch einen Absatz (40) entsprechend abgestufte zweite Düsennadel (41) axial verschieblich eingepasst ist, dass innerhalb der Axialausnehmung (39) – zwischen deren Absatz (38) und dem Absatz (40) der zweiten Düsennadel (41) – ein (zweiter) innerer Steuerraum (52) ausgebildet ist, der mit dem äußeren (ersten) Steuerraum (47) in hydraulischer Verbindung steht, und dass die Steuerraumvolumina und die von den Steuerraumdrücken bzw. von dem Druck der Kraftstoffzuführung (18, 19) bzw. vom Federmitteldruck beaufschlagten Flächen der Düsennadeln (21, 41) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich die beiden Düsennadeln (21, 41) durch Veränderung der am Piezoaktor (16) anliegenden elektrischen Spannung nacheinander öffnen lassen.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdruckbeaufschlagten Flächen der zweiten Düsennadel (41) im Verhältnis zu den flüssigkeitsdruckbeaufschlagten Flächen der ersten Düsennadel (21) so konzipiert sind, dass sich die zweite Düsennadel (41) bereits bei einem vglw. niedrigen Steuerraumdruck (vglw. niedrige Piezoaktorspannung), die erste Düsennadel (21) dagegen erst bei vglw. hohem Steuerraumdruck (vglw. hohe Piezoaktorspannung) öffnen lässt.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerräume (47, 52) durch eine die erste Düsennadel (21) durchsetzende Bohrung (53) hydraulisch miteinander verbunden sind.
Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Innenraum (32) des Übersetzerkolbens (33) mit der Kraftstoffzuführung (18) hydraulisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoaktorseitige (obere) Ende der zweiten Düsennadel (41) von im Inneren des Übersetzerkolbens (33) angeordneten dritten Federmitteln (56) in Richtung Schließstellung (Pfeil 55) beaufschlagt ist.
Injektor nach Anspruch 4, wobei als die erste Düsennadel (21) in Schließrichtung (Pfeil 55) beaufschlagende Federmittel eine Schraubendruckfeder (54) dient, die koaxial zur ersten Düsennadel (21) angeordnet ist und sich einerseits an deren rückseitiger Stirnfläche, andererseits am piezoaktorseitigen (oberen) Ende des Übersetzerkolben-Innenraumes (32) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass auch die dritten Federmittel eine Schraubendruckfeder (56) sind, welche konzentrisch zu den zweiten Federmitteln (Schraubendruckfeder 54) angeordnet und von diesen umschlossen ist und sich einerseits an der zweiten Düsennadel (41) andererseits am piezoaktorseitigen (oberen) Ende des Übersetzerkolben-Innenraumes (32) abstützt.
Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am piezoaktorseitigen (oberen) Ende der zweiten Düsennadel (41) ein Absatz (57) ausgebildet ist, an den sich ein Zapfenteil (58) mit geringerem Durchmesser anschließt, und dass die als dritte Federmittel fungierende Schraubendruckfeder (56) auf dem Zapfenteil (58) angeordnet ist.
Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei im düsenaustrittsseitigen Bereich des Düsenkörpers (20) ein die erste Düsennadel (21) konzentrisch umgebender zylindrischer Druckraum (42) ausgebildet ist, der mit der unter Einspritzdruck (Hochdruck) stehenden Kraftstoffzuführung (18) hydraulisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zweiten Düsennadel (41) durchsetzte Axialausnehmung (39) der ersten Düsennadel (21) in ihrem düsenaustrittsseitigen (unteren) Bereich eine Durchmessererweiterung aufweist, derart, dass ein den düsenaustrittsseitigen (unteren) Bereich der zweiten Düsennadel (41) umgebender ringzylindrischer Hohlraum (59) entsteht, und dass in die erste Düsennadel (21) mindestens eine Radialbohrung (60) eingearbeitet ist, die den zylindrischen Druckraum (42) mit dem ringzylindrischen Hohlraum (59) hydraulisch verbindet.
Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenaustritt (61) des Düsenkörpers (20) eine oder mehrere radial außen liegende, von der ersten (äußeren) Düsennadel (21) betätigte Düsen-Austrittsöffnungen (28, 29) und eine oder mehrere radial innen liegende Düsen-Austrittsöffnungen (26, 27) aufweist, die von der zweiten (inneren) Düsennadel (41) betätigbar sind.
Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Düsen-Austrittsöffnungen (26–29) enthaltende (untere) Endbereich (61) des Düsenkörpers (20) und die – jeweils als Schließkörper fungierenden – Endabschnitte (62, 63) der beiden Düsennadeln (21 bzw. 41) konisch ausgebildet sind, wobei sich die Endabschnitte (62, 63) der Düsennadeln (21 bzw. 41) in gemeinsamer Schließ- bzw. Öffnungsstellung zu einer einheitlichen Konusfläche ergänzen.