DE10353166A1

DE10353166A1 - Kraftstoffinjektor mit Koaxialnadel

Info

Publication number: DE10353166A1
Application number: DE2003153166
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor für ein Speichereinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor ein mehrteiliges erstes Einspritzventilglied mit einem Nadelteil (2) und einem zweiten Nadelteil (3) umfasst, mit welchen erste Einspritzöffnungen (6) und zweite Einspritzöffnungen (9) verschlossen werden. Im Kraftstoffinjektor (1) ist ein Druckübersetzer (14) angeordnet, der mit einer ersten Stirnseite (16) das erste Nadelteil (2) und mit einer zweiten Stirnseite (17) das zweite Nadelteil (3) steuert.

Description

Technisches Gebiet
In Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen mit Hochdruckspeicher, kommen Kraftstoffinjektoren mit mehrteiligem Einspritzventilglied zum Einsatz. Das Einspritzventilglied ist vorzugsweise eine Koaxialnadel mit einem äußeren und einem inneren Nadelteil. Durch unterschiedliche Öffnungszeitpunkte des äußeren und inneren Nadelteils lässt sich die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, und damit der Verbrennungsprozess steuern.

Eine Einspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit mehrteiligem Einspritzventilglied ist zum Beispiel aus DE 100 38 054 A1 bekannt. Das Einspritzventilglied ist hier als zweiteilige Koaxialnadel mit einem ersten äußeren Nadelteil und einem zweiten inneren Nadelteil ausgeführt. Zur Realisierung unterschiedlicher Einspritzquerschnitte für den Teillastbetrieb und den Volllastbetrieb wirkt das erste Nadelteil mit ersten Einspritzöffnungen und das zweite Nadelteil mit zweiten Einspritzöffnungen zusammen. Zumindest eines der beiden Nadelteile weist einen an einen Düsenraum grenzenden Steuerkolben auf. In den Düsenraum mündet eine Druckleitung, wobei der Druck im Düsenraum über ein Ventil steuerbar ist. Der Einspritzdruck wird durch einen nockenbetätigten Pumpkolben aufgebaut. Bei Erreichen des Einspritzdrucks öffnet zunächst die äußere Düsennadel, während die innere Düsennadel durch ein Ventil verschlossen gehalten werden kann.

Bei der aus DE 100 38 054 11 bekannten Einspritzeinrichtung erfolgt die Steuerung des äußeren Nadelteils über einen nockenbetätigten Pumpkolben, wodurch der auf das äußere Nadelteil wirkende Druck bei in einen Zylinder einfahrenden Pumpkolben zunimmt und bei aus dem Zylinder ausfahrenden Pumpkolben abnimmt. Daher ist die Einspritzeinrichtung für ein Hochdruckspeichersystem mit konstantem auf das äußere Nadelteil wirkenden Systemdruck nicht einsetzbar. Die Steuerung des inneren Nadelteils erfolgt über ein Steu erventil und einen zusätzlichen Steuerkolben. Der Öffnungs- und Schließvorgang des inneren Nadelteils erfolgt indirekt über das Öffnen und Schließen des Steuerventils. Der Aktor wirkt nicht direkt auf den Steuerkolben. Hierdurch kann zum Beispiel durch ein Verstopfen des Steuerventils der Betrieb der Einspritzeinrichtung gestört werden.

Darstellung der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Nachteile aus dem Stand der Technik dadurch vermieden, dass zur Steuerung des Einspritzventilglieds der Einspritzdüse ein Druckübersetzer verwendet wird, welcher mit einer Stirnseite ein erstes Nadelteil des Einspritzventilglieds und mit der anderen Stirnseite ein zweites Nadelteil des Einspritzventilglieds steuert und welcher direkt, das heißt ohne zusätzliches Steuerventil, von einem Aktor bewegt wird. Die beiden Nadelteile des Einspritzventilgliedes sind dabei vorzugsweise als Koaxialnadel mit einem inneren Nadelteil und einem das innere Nadelteil koaxial umgebenden äußeren Nadelteil ausgebildet. Eine gute Kleinstmengenfähigkeit und ein verbessertes Öffnungsverhalten des äußeren Nadelteils auch bei Speicherdürcken unterhalb des Systemdrucks wird dadurch erreicht, dass das äußere Nadelteil in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer zusätzlichen Druckstufe versehen ist.

Die Bewegung des Druckübersetzers, mit der das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen gesteuert wird, wird vorzugsweise durch einen Piezoaktor bewirkt. Neben der Steuerung mit dem Piezoaktor kann der Übersetzer jedoch auch elektromagnetisch oder mit einem hydraulisch mechanischen Steller gesteuert werden.

Zum Öffnen der Einspritzöffnungen wird der Druckübersetzer in Richtung des Piezoaktors oder Elektromagneten bewegt. Hierdurch wird das Volumen eines ersten Steuerraumes durch eine einfahrende erste Stirnseite des Druckübersetzers verkleinert. Durch die Verkleinerung des Volumens steigt der Druck im ersten Steuerraum und damit auch in einem dritten Steuerraum, der über eine Verbindungsleitung mit dem ersten Steuerraum in Verbindung steht. Mit dem dritten Steuerraum wirkt eine erste Druckstufenfläche des ersten Nadelteils zusammen. Eine zweite Druckstufenfläche des ersten Nadelteils ist direkt über die Zulaufleitung und einen Düsenraum mit dem Hochdruckspeicher verbunden. Hierdurch ist der Düsenraum unabhängig davon, ob das Einspritzventilglied die Einspritzöffnungen freigibt oder verschließt, mit Systemdruck beaufschlagt. Durch den steigenden Druck im dritten Steuerraum bei in den ersten Steuerraum einfahrendem Übersetzerkolben öffnet das erste Nadelteil.

Gleichzeitig wird durch die Bewegung des Übersetzerkolbens in Richtung des Aktors das Volumen eines zweiten Steuerraumes durch das Ausfahren der zweiten Stirnseite des Übersetzerkolbens aus diesem vergrößert. Hierdurch verringert sich der Druck im zweiten Steuerraum und in einem über einen Verbindungskanal mit dem zweiten Steuerraum in Verbindung stehenden vierten Steuerraum. Hierdurch nimmt die auf eine den vierten Steuerraum begrenzende Stirnfläche des zweiten Nadelteils wirkende hydraulische Kraft ab. Wegen des geöffneten ersten Nadelteils gelangt unter Systemdruck stehender Kraftstoff in einen ersten Düsenraum, der von einer Druckstufe des zweiten Nadelteils begrenzt wird. Hierdurch wirkt Systemdruck auf die Druckstufe des zweiten Nadelteils. Aufgrund der abnehmenden hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche des zweiten Nadelteils und die durch den Systemdruck verursachte konstante hydraulische Kraft auf die Druckstufe des zweiten Nadelteils öffnet das zweite Nadelteil und gibt die zweiten Einspritzöffnungen frei.

Die Kraftstoffversorgung des zweiten Steuerraums erfolgt über einen Kanal, der im Übersetzerkolben aufgenommen ist. Dabei ist der Kanal im Übersetzerkolben so angeordnet, dass in der Schließposition des Übersetzers Kraftstoff aus der Zulaufleitung über den Kanal in den zweiten Steuerraum strömen kann. Durch die Bewegung des Druckübersetzers im Injektorgehäuse wirkt das Injektorgehäuse als Schieberkante, wobei sich der im Übersetzerkolben befindliche Kanal beim Öffnen des Einspritzventilgliedes relativ zu der im Injektorgehäuse befindlichen Zulaufleitung verschiebt und so durch das Injektorgehäuse verschlossen wird.

Zeichnung
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt:
1 Einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Injektor.
Ausführungsvarianten
In 1 ist ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor dargestellt.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor 1 mit Koaxialdüse umfasst ein Einspritzventilglied, welches mehrteilig aufgebaut ist. Das Einspritzventilglied umfasst vorzugsweise ein äußeres erstes Nadelteil 2 und ein inneres zweites Nadelteil 3. Das zweite Nadelteil 3 hat dabei vorzugsweise einen rotationssymmetrischen Querschnitt und wird koaxial durch das mit ringförmigem Querschnitt ausgebildete erste Nadelteil 2 umschlossen. In geschlossenem Zustand des Kraftstoffinjektors 1 verschließt das erste Nadelteil 2 einen ersten Druckraum 4 entlang einer ersten Dichtkante 5 wobei aus dem ersten Druckraum 4 erste Einspritzöffnungen 6 in einen Brennraum 36 führen. Vom ersten Druckraum 4 ist durch eine zweite Dichtkante 7 am zweiten Nadelteil 3 ein zweiter Druckraum 8 getrennt. Aus dem zweiten Druckraum 8 führen zweite Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum 36. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Druckraum 4 und der zweite Druckraum 8 als Sackloch ausgebildet.
Die Ausführung des Kraftstoffinjektors 1 mit ersten Einspritzöffnungen 6 und zweiten Einspritzöffnungen 9 erlaubt die Einspritzung variabler Kraftstoffmengen und damit eine verbesserte Steuerung des Verbrennungsvorganges im Brennraum 36, angepasst an den Verbrennungsablauf. Die Kraftstoffversorgung des Kraftstoffinjektors 1 erfolgt über eine Hochdruckleitung 10 von einem Hochdruckspeicher 37. Über die Hochdruckleitung 10 und eine Zulaufleitung 11 gelangt der Kraftstoff in einen Düsenraum 12. Der Düsenraum 12 geht in einen Ringraum 13 über, der das erste Nadelteil 2 umschließt. Der Ringraum 13 ist über die erste Dichtkante 5 bei geschlossenem ersten Nadelteil 2 vom ersten Druckraum 4 getrennt. Bei geöffnetem ersten Nadelteil 2 strömt der Kraftstoff aus dem Ringraum 13 in den ersten Druckraum 4 und von dort über die ersten Einspritzöffnungen 6 in den Brennraum. Sobald nach dem ersten Nadelteil 2 auch das zweite Nadelteil 3 geöffnet hat, strömt der Kraftstoff aus dem ersten Druckraum 4 in den zweiten Druckraum 8 und von dort über die zweiten Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum 36.
Zur Steuerung des ersten Nadelteils 2 und des zweiten Nadelteils 3 umfasst der Kraftstoffinjektor 1 einen Druckübersetzer 14. Die Steuerung des Druckübersetzers 14 erfolgt über einen Elektromagneten oder vorzugsweise über einen Piezoaktor 38. Der Piezoaktor 38 oder der Elektromagnet wirken dabei auf einen oberen Kolbenteil 15, der mit einem unteren Kolbenteil 14.1 verbunden ist. Der das obere Kolbenteil 15 und das untere Kolbenteil 14.1 umfassende Druckübersetzer 14 kann dabei einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. Auch kann in einer weiteren Ausführungsform der Piezoaktor 38 direkt auf das untere Kolbenteil 14.1 wirken, so dass das hier dargestellte obere Kolbenteil 15 entfallen kann. Hierbei ist der Druckübersetzer 14 vorzugsweise einteilig ausgeführt. In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind das untere Kolbenteil 14.1 und das obere Kolbenteil 15 des Druckübersetzers 14 mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
Das untere Kolbenteil 14.1 des Übersetzers 14 weist eine erste Stirnseite 16 und eine zweite Stirnseite 17 auf. Die erste Stirnseite 16 des Übersetzers 14 wirkt mit einem ersten Steuerraum 18 und die zweite Stirnseite 17 des Übersetzers 14 mit einem zweiten Steuerraum 19 zusammen. Der erste Steuerraum 18 steht über eine Verbindungsleitung 20 mit einem dritten Steuerraum 21 in Wirkverbindung. Weiterhin steht der zweite Steuerraum 19 über einen Verbindungskanal 22 mit einem vierten Steuerraum 23 in Wirkverbindung.
Das erste Nadelteil 2 ragt mit einer den ersten Einspritzöffnungen 6 gegenüberliegenden Stirnfläche 24 in einen Federraum 25. Auf der Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 liegt ein im Federraum 25 aufgenommenes Federelement 26 auf. Die der Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 gegenüberliegende Seite des Federelementes 26 ist in einer Ringnut 27 aufgenommen. Durch die Aufnahme des vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Federelementes 26 in die Ringnut 27 wird ein Knicken des Federelementes 26 bei Stauchung verhindert. Das Federelement 26 übt eine zusätzliche Federkraft auf die Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 aus und wirkt so unterstützend beim Verschließen der ersten Einspritzöffnungen 6.
Bei geschlossenen Einspritzöffnungen 6, 9 sind der erste Steuerraum 18, der zweite Steuerraum 19, der dritte Steuerraum 21, der vierte Steuerraum 23, der Federraum 25 und der Düsenraum 12 sowie der Ringraum 13 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff gefüllt. Das erste Nadelteil 2 wird durch die auf die Stirnfläche 24 wirkende Druckkraft und die Federkraft des Federelementes 26 in den ersten Dichtsitz 5 gestellt, wodurch die ersten Einspritzöffnungen 6 gegen den Düsenraum 12 und den Ringraum 13 verschlossen werden. Die zweiten Einspritzöffnungen 9 werden dadurch verschlossen, dass das zweite Nadelteil 3 durch die auf eine Stirnfläche 28 des zweiten Nadelteils 3 wirkende Druckkraft in den zweiten Dichtsitz 7 gestellt wird. Die Stirnfläche 28 des zweiten Nadelteils 3 ist dabei an der von den zweiten Einspritzöffnungen 9 entfernten Seite des zweiten Nadelteils 3 angeordnet. Die Stirnfläche 28 des zweiten Nadelteils 3 stellt gleichzeitig eine Begrenzung des vierten Steuerraums 23 dar.
Die für die Funktion des Kraftstoffinjektors 1 notwendige Kraftstoffversorgung erfolgt über die vom Hochdruckspeicher abgehende Hochdruckleitung 10. Die Hochdruckleitung 10 ist mit der Zulaufleitung 11 im Kraftstoffinjektor 1 verbunden. Von der Zulaufleitung 11 zweigt ein Zulauf 29 zum zweiten Steuerraum 19 ab. Die Verbindung des Zulaufs 29 mit dem zweiten Steuerraum 19 erfolgt dabei bei geschlossenen Einspritzöffnungen 6, 9 über einen im Übersetzer 14 ausgebildeten Kanal 30. Der Federraum 25 wird über einen Zulauf 31 zum Federraum 25 mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffversorgung des ersten Steuerraums 18 und damit über die Verbindungsleitung 20 auch des dritten Steuerraums 21 erfolgt über Führungsleckage aus dem zweiten Steuerraum 19 entlang dem unteren Kolbenteil 14.1 des Druckübersetzers 14.
Bei Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 mit einem Piezoaktor 38 ist im geschlossenen Zustand der Einspritzöffnungen 6, 9 der Piezoaktor 38 bestromt und ausgefahren. Zum Öffnen der Einspritzöffnungen 6, 9 wird die Stromversorgung des Piezoaktors 38 abgeschaltet. Im nicht bestromten Piezoaktor 38 kontrahieren die Piezokristalle, wodurch sich der Piezoak tor 38 zusammenzieht. Da auf der ersten Stirnseite 16 des Druckübersetzers 14 das obere Kolbenteil 15 angesetzt ist, hat bei gleichem Umfang der Stirnseiten 16, 17 die zweite Stirnseite 17 des Druckübersetzers 14 eine größere Fläche, auf die der Kraftstoffdruck wirkt. Hierdurch ist die hydraulische Kraft auf die zweite Stirnseite 17 größer als die hydraulische Kraft auf die erste Stirnseite 16 des Druckübersetzers 14. Hierdurch wird der Druckübersetzer 14 in Richtung des Piezoaktors 38 bewegt. Die Bewegungsrichtung des Druckübersetzers 14 ist mit Bezugszeichen 32 gekennzeichnet. Durch die Bewegung des Druckübersetzers 14 in Richtung des Piezoaktors 38 wird das Volumen im ersten Steuerraum 18 verringert. Hierdurch steigt der Druck im ersten Steuerraum 18. Wegen der hydraulischen Verbindung des ersten Steuerraums 18 mit dem dritten Steuerraum 21 über die Verbindungsleitung 20 steigt der Druck auch im dritten Steuerraum 21. Im Bereich des dritten Steuerraumes 21 ist das erste Nadelteil 2 mit einer ersten Druckstufenfläche 33 versehen, die der Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 derart gegenüber liegt, dass die auf die Stirnfläche 24 wirkende hydraulische Kraft der auf die erste Druckstufenfläche entgegengerichtet ist. Zum Öffnen des ersten Nadelteils 2 wirkt der erhöhte Druck im dritten Steuerraum 21 auf die erste Druckstufenfläche 33. Gleichzeitig wirkt der durch den Hochdruckspeicher bereitgestellte Systemdruck, der vorzugsweise im Bereich von 1300–1600 bar liegt, auf eine zweite Druckstufenfläche 34, die im Ringraum 13 angeordnet ist. Sobald die Summe der hydraulischen Kräfte auf die erste Druckstufenfläche 33 und die zweite Druckstufenfläche 34 größer ist als die auf die Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydraulische Kraft und Federkraft des Federelementes 26, öffnet das erste Nadelteil 2. Sobald das erste Nadelteil 2 den ersten Druckraum 4 freigegeben hat, strömt Kraftstoff aus dem Ringraum 13 in den ersten Druckraum 4 und von dort über die ersten Einspritzöffnungen 6 in den Brennraum 36. Da über die Zulaufleitung 11 weiter Kraftstoff unter Systemdruck vom Hochdruckspeicher nachgeführt wird, herrscht im ersten Druckraum 4 ebenfalls Systemdruck.
Das Öffnungsverhalten des ersten Nadelteils 2 ist vom Verhältnis der ersten Druckstufenfläche 33 zur zweiten Druckstufenfläche 31 abhängig. Je größer die erste Druckstufenfläche 33 im Vergleich zur zweiten Druckstufenfläche 34 ist, um so schneller öffnet das erste Nadelteil 2. Die Größe der ersten Druckstufenfläche 34 hängt dabei vom oberen Durchmesser d₂ und vom unteren Durchmesser d₃ des ersten Nadelteils 2 ab, die Größe der zweiten Druckstufenfläche ist abhängig vom Sitzdurchmesser d₁ und vom unteren Durchmesser d₃ des ersten Nadelteils. Bei gleichbleibendem oberen Durchmesser d₂ und Sitzdurchmesser d₁ nimmt mit zunehmendem unteren Durchmesser d₃ die Größe der zweiten Druckstufenfläche 34 zu und die Größe der ersten Druckstufenfläche 33 ab.
Weiterhin wird durch die Kontraktion des Piezoaktors 38 und der daraus resultierenden Bewegung des Druckübersetzers 14 in Richtung des Piezoaktors 38 der Kanal 30 im unte ren Kolbenteil 14.1 des Druckübersetzers 14 gegen den Zulauf 29 zum zweiten Steuerraum 19 verschoben. Das Injektorgehäuse 39 wirkt dabei als Schieberkante, die den Kanal 30 im Druckübersetzer 14 verschließt. Der zum Verschliessen des Kanals 30 erforderliche Hub des Druckübersetzers 14 ist mit dem Bezugszeichen h gekennzeichnet. Erst wenn der Kanal 30 verschlossen ist, kann kein Kraftstoff mehr in den zweiten Steuerraum 19 strömen. Durch die Kontraktion der Kristalle im Piezoaktor 38, sobald dieser nicht mehr bestromt wird, und die dadurch verursachte Bewegung des Druckübersetzers 14 in Richtung 32 des Piezoaktors 38 vergrößert sich das Volumen im zweiten Steuerraum 19. Da kein Kraftstoff mehr über den Kanal 30 im unteren Kolbenteil 14.1 des Druckübersetzers 14, der bei nicht bestromtem Piezoaktor 38 gegen den Zulauf 29 verschoben und durch das als Schieberkante wirkende Injektorgehäuse 39 verschlossen ist, in den zweiten Steuerraum 19 nachströmen kann, verringert sich hierdurch der Druck im zweiten Steuerraum 19 und damit auch im vierten Steuerraum 23, der mit dem zweiten Steuerraum 19 über den Verbindungskanal 22 hydraulisch verbunden ist. Durch die Verringerung des Drucks im vierten Steuerraum 23 nimmt die Druckkraft auf die Stirnfläche 28 des zweiten Nadelteils 3 ab. An der in den ersten Druckraum 4 hineinragenden Seite des zweiten Nadelteils 3 ist eine Druckstufenfläche 35 ausgebildet. Da bei geöffnetem ersten Nadelteil 2 unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den ersten Druckraum 4 strömt und somit die Druckstufenfläche 35 von Systemdruck beaufschlagt wird, wirkt eine Druckkraft auf die Druckstufenfläche 35 am brennraumseitigen Ende des zweiten Nadelteils 3. Sobald die hydraulische Kraft auf die Druckstufenfläche 35 größer ist als die auf die Stirnfläche 28 des zweiten Nadelteils 3 wirkende hydraulische Kraft, öffnet das zweite Nadelteil 3 und gibt die zweiten Einspritzöffnungen 9 frei. Sobald die zweiten Einspritzöffnungen 9 geöffnet sind, ist der maximale Einspritzquerschnitt erreicht und es wird die größtmögliche Kraftstoffmenge in den Brennraum 36 eingespritzt.
Die Verzögerung, mit der das zweite Nadelteil 3 gegenüber dem ersten Nadelteil 2 öffnet, kann durch die Position des Kanals 30 im Druckübersetzer 14 und damit durch den Hub h, der zum Verschließen des Kanals 30 erforderlich ist, oder über die Wahl des Verhältnisses von Sitzdurchmesser d₅ zu Führungsdurchmesser d₄ des zweiten Nadelteils 3. Je kleiner der Sitzdurchmesser d₅ im Vergleich zum Führungsdurchmesser d₄ ist, um so kürzer ist der Zeitraum, der zwischen dem Öffnen des ersten Nadelteils 2 und dem Öffnen des zweiten Nadelteils 3 verstreicht.
Zum Verschließen der Einspritzöffnungen 6, 9 wird der Piezoaktor 38 bestromt. Hierdurch expandieren die Kristalle im Piezoaktor 38 und der Piezoaktor 38 längt sich entgegen der mit dem Pfeil 32 bezeichneten Richtung. Durch den sich längenden Piezoaktor 38, der direkt auf den Druckübersetzer 14 wirkt, wird der Druckübersetzer 14 in Richtung der Einspritzöffnungen 6, 9 bewegt. Durch die aufgrund der Expansion des Piezoaktors 38 bewirk te Bewegung des Druckübersetzers 14 verschiebt sich der in den unteren Übersetzerkolben 14.1 aufgenommene Kanal 30 in Richtung des Zulaufs 29 im Injektorgehäuse 39. Hierdurch kann Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 37 über die Hochdruckleitung 10 und die Zulaufleitung 11, den Zulauf 29 und den Kanal 30 in den zweiten Steuerraum 19 nachfließen. Durch den nachfließenden Kraftstoff und den in den zweiten Steuerraum 19 einfahrenden unteren Kolbenteil 14.1 des Druckübersetzers 14 und dem sich dadurch verringernden Volumen des zweiten Steuerraums 19 erhöht sich der Druck im zweiten Steuerraum 19. Mittels der hydraulischen Verbindung über den Verbindungskanal 22 erhöht sich dadurch ebenfalls der Druck im vierten Steuerraum 23. Sobald die auf die Stirnfläche 28 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die auf die Druckstufenfläche 35 wirkende hydraulische Kraft bewegt sich das zweite Nadelteil 3 in Richtung der zweiten Einspritzöffnungen 9. Durch die auf die Stirnfläche 28 wirkende hydraulische Kraft wird das zweite Nadelteil 3 in den zweiten Dichtsitz 7 gestellt und verschließt so die zweiten Einspritzöffnungen 9.
Gleichzeitig wird aufgrund der durch das Ausfahren des Piezoaktors 38 verursachten Bewegung des Druckübersetzers 14 in Richtung der Einspritzöffnungen 6, 9 das untere Kolbenteil 14.1 des Druckübersetzers 14 aus dem ersten Steuerraum 18 bewegt. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des ersten Steuerraumes 18, wodurch der Druck im ersten Steuerraum 18 abnimmt. Aufgrund der hydraulischen Verbindung des ersten Steuerraums 18 mit dem dritten Steuerraum 21 über die Verbindungsleitung 20 nimmt auch der Druck im dritten Steuerraum 21 ab. Hierdurch verringert sich die hydraulische Kraft auf die erste Druckstufenfläche 33 des ersten Nadelteils 2. Aufgrund des unter Systemdruck stehenden Kraftstoffs im Ringraum 13 und im Federraum 25 verändern sich die hydraulischen Kräfte auf die zweite Druckstufenfläche 34 und die Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 nicht. Sobald die auf die erste Druckstufenfläche 33 und die zweite Druckstufenfläche 34 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydraulische Kraft kleiner ist als die in entgegengesetzte Richtung wirkende hydraulische Kraft auf die Stirnfläche 24 und die Federkraft des Federelementes 26, die ebenfalls auf die Stirnfläche 24 des ersten Nadelteils 2 wirkt, bewegt sich das erste Nadelteil 2 in Richtung der ersten Einspritzöffnungen 6. Sobald das erste Nadelteil 2 in den Dichtsitz 5 gestellt ist, sind die ersten Einspritzöffnungen 6 verschlossen. Mit dem Verschliessen der ersten Einspritzöffnungen 6 und der zweiten Einspritzöffnungen 9 ist der Einspritzvorgang beendet.
Um den Kraftstoffinjektor 1 montieren zu können, ist das Injektorgehäuse 39 mehrteilig aufgebaut. Die Teilungsfugen, an denen die Gehäuseteile miteinander verbunden sind, sind mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet.

1: Kraftstoffinjektor
2: erstes Nadelteil
3: zweites Nadelteil
4: erster Druckraum
5: erster Dichtsitz
6: erste Einspritzöffnungen
7: zweiter Dichtsitz
8: zweiter Druckraum
9: zweite Einspritzöffnungen
10: Hochdruckleitung
11: Zulaufleitung
12: Düsenraum
13: Ringraum
14: Druckübersetzer
14.1: unterer Kolbenteil
15: oberer Kolbenteil
16: erste Stirnseite
17: zweite Stirnseite
18: erster Steuerraum
19: zweiter Steuerraum
20: Verbindungsleitung
21: dritter Steuerraum
22: Verbindungskanal
23: vierter Steuerraum
24: Stirnfläche des ersten Nadelteils 2
25: Federraum
26: Federelement
27: Ringnut
28: Stirnfläche des zweiten Nadelteils 3
29: Zulauf zum zweiten Steuerraum 19
30: Kanal
31: Zulauf zum Federraum 25
32: Bewegungsrichtung
33: erste Druckstufenfläche
34: zweite Druckstufenfläche
35: Druckstufenfläche
36: Brennraum
37: Hochdruckspeicher
38: Piezoaktor
39: Injektorgehäuse
40: Teilungsfuge
d₁: Sitzdurchmesser des ersten Nadelteils 2
d₂: oberer Durchmesser des ersten Nadelteils 2
d₃: unterer Durchmesser des ersten Nadelteils 2
d₄: Führungsdurchmesser des zweiten Nadelteils 3
d₅: Sitzdurchmesser des zweiten Nadelteils 3
h: Hub

Claims

Kraftstoffinjektor für ein Speichereinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem mehrteiligen Einspritzventilglied, welches ein erstes Nadelteil (2) und ein zweites Nadelteil (3) umfasst, mit welchen Einspritzöffnungen (6, 9) verschlossen werden und in dem ein Druckübersetzer (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (14) mit einer ersten Stirnseite (16) das erste Nadelteil (2) und mit einer zweiten Stirnseite (17) das zweite Nadelteil (3) steuert.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nadelteil (2) ringförmig um das rotationssymmetrisch ausgebildete zweite Nadelteil (3) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (14) durch einen Piezoaktor angesteuert wird.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzer (14) elektromagnetisch angesteuert wird.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnseite (16) des Druckübersetzers (14) mit einem ersten Steuerraum (18) und die zweite Stirnseite (17) des Druckübersetzers (14) mit einem zweiten Steuerraum (19) zusammenwirkt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerraum (18) mit einem dritten Steuerraum (21) hydraulisch verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nadelteil (2) eine erste Druckstufenfläche (33) und eine zweite Druckstufenfläche (34) aufweist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckübersetzer (14) ein Kanal (30) derart aufgenommen ist, das bei geschlossenen Einspritzöffnungen (6, 9) der zweite Steuerraum (19) über den Kanal (30) mit Kraftstoff versorgt wird.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Verbindungskanal (22) der zweite Steuerraum (19) mit einem vierten Steuerraum (23) hydraulisch verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nadelteil (3) zum Öffnen der zweiten Einspritzöffnungen (9) in den vierten Steuerraum (23) einfährt.