DE19939448A1 - Injektor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Injektor (10, 210), insbesondere zur Steuerung eines Einspritzvorgangs von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, der ein Einspritzöffnungen (16, 216) steuerndes Schließglied (14, 214) und eine Betätigungseinrichtung (44, 244) dafür aufweist. Diese besteht aus einem piezoelektrischen Aktor (52, 252) und einem Ventilelement (50, 250) zur Regelung von Druckmittelverbindungen zwischen Druckmittel führenden Kanälen (28, 228, 36, 236, 46, 246, 48, 248). DOLLAR A Erfindungsgemäß erlaubt das Ventilelement (50, 250) druck- bzw. nadelhubgesteuerte Einspritzzyklen des Injektors (10, 210), indem es Druckmittelverbindungen zwischen wenigstens jeweils einem Zulauf (46, 246), einem Rücklauf (48, 248) und zwei Steuerkanälen (28, 228 und 36, 236) steuert und in wenigstens drei Schaltstellungen verbringbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Injektor entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiger Injektor ist beispielsweise aus der DE 196 24 001 A1 bereits bekannt. Die Betätigungseinrichtung dieses Injektors besteht aus einem piezoelektrischen Aktor und einem Ventil mit einem verschiebbar geführten Ventilelement. Dieses steuert eine Druckmittelverbindung zwischen einem Druckmittel unter Hochdruck und einem Druckmittel unter Niederdruck führenden Kanal und bestimmt damit den Druck in einer das Schließglied des Injektors beaufschlagenden Druckkammer. Bei geschlossener Druckmittelverbindung ist das Schließglied des Injektors mit Hochdruck beaufschlagt und wird dadurch in seiner Schließstellung gehalten. Mit der Öffnung der Druckmittelverbindung baut sich der Hochdruck ab, so daß das Schließglied eine Hubbewegung ausführt. Dabei werden Einspritzöffnungen im Injektor freigegeben, durch die Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einspritzt. Derartige Injektoren werden auch als nadelhubgesteuerte Injektoren bezeichnet. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß die Betätigung des Schließglieds - einer Nadel - unabhängig vom Druckniveau im Innenraum des Injektors erfolgt.

Neben nadelhubgesteuerten Injektoren sind auch sogenannte druckgesteuerte Injektoren bekannt. Deren Schließglieder führen eine Hubbewegung aus, sobald in dem die Schließglieder umgebenden Innenraum ein bestimmter Öffnungsdruck überschritten wird. Bei Drücken unterhalb des Öffnungsdrucks befinden sich die Schließglieder in der Schließstellung.

Injektoren mit piezoelektrischen Aktoren eignen sich aufgrund der Schnelligkeit ihrer Schaltbewegungen insbesondere zur Darstellung von Einspritzzyklen aus mehreren zeitlich getrennten Einspritzungen, die beispielsweise als Voreinspritzung, als Haupteinspritzung und als Nacheinspritzung bezeichnet werden. Als äußerst vorteilhaft hat sich erwiesen, die Vor- und die Haupteinspritzung druckgesteuert und die Nacheinspritzung nadelhubgesteuert durchzuführen. Nachteiligerweise erlauben die bekannten Injektoren jeweils nur eine Art der Ansteuerung.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist ein Injektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß er eine druckgesteuerte Vor- und Haupteinspritzung und eine nadelhubgesteuerte Nacheinspritzung, bei der im Innenraum des Injektors Hochdruck anliegt, erlaubt. Mit derartigen Injektoren wird ein besonders geräusch- und abgasarmer Betrieb eines Verbrennungsmotors ermöglicht.

Erreicht wird dies durch den Einsatz einer Betätigungseinrichtung für das Schließglied, die neben dem Aktor ein 4/3-Wegeventil zur Steuerung der Druckverhältnisse im Innenraum des Injektors umfaßt. Vorteilhafterweise ist dieses 4/3-Wegeventil mit zwei Ventilgliedern ausgestattet, die Sitzventile bilden. Zwischen diesen beiden Sitzventilen ist ein Ventilschieber angeordnet, der ein zusätzliches Schieberventil schafft. Mit einer einzigen Betätigung des Aktors läßt sich ein Einspritzzyklus mit mehreren zeitlich getrennten, druck- bzw. nadelhubgesteuerten Einspritzungen erzeugen. Die Ansteuerfrequenz des Aktors und die von diesem erzeugte Verlustwärme ist dabei verhältnismäßig niedrig und damit die Standfestigkeit des Aktors hoch. Ferner zeichnet sich der erfindungsgemäße Injektor dadurch aus, daß er im nicht angesteuerten Zustand keine nennenswerte Druckmittelleckage aufweist.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Injektor schematisch im Längsschnitt, in den

Fig. 2 bis 4 sind Diagramme zur Erläuterung der verschiedenen Ansteuermöglichkeiten des Injektors dargestellt;

Fig. 5 und 6 zeigen zwei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors;

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Injektors ebenfalls im Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Injektor 10. Dieser hat ein Schließglied 14, das zur Steuerung von Einspritzöffnungen 16 verschiebbar in einer Düsenbohrung 18 eines Gehäuses 20 angeordnet ist. Das Schließglied 14 ist in Form einer Nadel ausgebildet, die in verschiedene Nadelabschnitte 22a bis 22e mit unterschiedlichen Außendurchmessern gegliedert ist. Dabei wirken die Nadelabschnitte 22a und 22c zusammen mit der Wandung der Düsenbohrung 18 als Führungsabschnitte; die Nadelabschnitte 22b und 22d sind im Außendurchmesser gegenüber der Wandung der Düsenbohrung 18 zurückgenommen. Dadurch ergibt sich im Bereich des Nadelabschnitts 22d ein druckmittelgefüllter Ringraum 24, der an der Stelle des Übergangs vom Nadelabschnitt 22c zum Nadelabschnitt 22d erweitert ist. Dort mündet in den Ringraum 24 ein erster Druckmittelkanal 28 ein. Der Nadelabschnitt 22e ist als Spitze ausgeführt, die in der dargestellten Position des Schließglieds 14 die Einspritzöffnungen 16 druckdicht verschließt.

Das Schließglied 14 wird von zwei Druckfedern 30 und 32 in der Schließstellung gehalten. Dazu greift die erste Druckfeder 30 am Absatz zwischen dem Nadelabschnitt 22b und 22c des Schließglieds 14 an und stützt sich an einem im Inneren der Düsenbohrung 18 fixierten Ring 34 ab, während die zweite Druckfeder 32 zwischen die Stirnfläche des Schließglieds 14 und eine die Düsenbohrung 18 verschließende Wandung eingespannt ist.

Der Einbauraum der zweiten Druckfeder 32 bildet eine Druckkammer 33, in die ein zweiter Druckmittel führender Kanal 36 einmündet und aus der ein dritter Druckmittel führender Kanal 38 austritt. In beiden Kanälen 36 und 38 sind Dosseln 40 und 42 angeordnet, um den Verlauf der Hubbewegung des Schließglieds 14 zu bestimmen.

Der erste Kanal 28 und der zweite Kanal 36 wirken als Steuerkanäle, die das Schließglied 14 zusätzlich zu den mechanischen Kräften der Druckfedern 30, 32 hydraulisch beaufschlagen. Hierzu sind diese Kanäle 28 und 36 mit einer Betätigungseinrichtung 44 gekoppelt, die Druckmittelverbindungen zwischen wenigstens vier Kanälen - einem Zulauf 46, einem Rücklauf 48 und den beiden Kanälen 28 und 36 - steuert.

Die Betätigungseinrichtung 44 hat eine im Gehäuse 20 ausgebildete Schieberbohrung 45 mit einem darin verschiebbar geführten Ventilelement 50, sowie einen extern ansteuerbaren piezoelektrischen Aktor 52. Dieser wirkt unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Übersetzers 54 mit dem Ventilelement 50 zusammen. Der Übersetzer 54 weist zur Übersetzung der Hubbewegung des Aktors 52 zwei Kolben 56 und 58 unterschiedlich großer Druckflächen auf, die zwischen sich eine Übersetzerkammer 60 einschließen. Der Kolben 56 mit der größeren Druckfläche liegt dem Aktor 52 und der Kolben 58 mit der kleineren Druckfläche dem Ventilelement 50 zugewandt.

Das Ventilelement 50 besteht aus zwei Ventilgliedern 62 und 64 in Form von Kugeln und einem dazwischen liegenden und im wesentlichen zylindrischen Ventilschieber 66. Dessen am Ventilglied 64 anliegendes Ende ist als kegelstumpfförmiger Zapfen 68 ausgebildet. Der Ventilschieber 66 ist mit einem zentrisch angeordneten Kanal 70 versehen, der sich an seinem dem Zapfen 68 zugewandten einen Ende in mehrere Radialkanäle 71 verzweigt. Letztere treten am Übergang des Zapfens 68 in den zylindrischen Bereich des Ventilschiebers 66 in das Innere der Schieberbohrung 45 aus.

Das dazu gegenüberliegende zweite Ende der Längsbohrung 70 bildet einen ersten Ventilsitz 72. Dieser ist vom ersten Ventilglied 62 gesteuert. Letzteres liegt über ein Stützelement 74 am Kolben 58 des Übersetzers 54 an. Dazu wirkt das Ventilglied 62 mit einer Ventilfeder 76 zusammen, die sich an der den ersten Ventilsitz 72 aufweisenden Stirnfläche des Ventilschiebers 66 abstützt und die auf das Ventilglied 72 in Richtung seiner Offenstellung einwirkt. Der Einbauraum der Ventilfeder 76 ist mit dem Rücklauf 48 hydraulisch verbunden. Eine zweite Ventilfeder 78 umgibt die erste Ventilfeder 76 umfangseitig und liegt einerseits an einer die Schieberbohrung 45 abdeckenden und vom Kolben 58 des Übersetzers 54 durchdrungenen Platte 80 und andererseits an der Stirnfläche des Ventilschiebers 66 an.

Zur Ausbildung eines Schieberventils ist etwa in der Mitte des Ventilschiebers 66 ein den Kanal 70 rechtwinklig durchsetzender Querkanal 83 vorgesehen. Dessen Enden treten am Umfang des Ventilschiebers 66 aus und bilden mit der Schieberbohrung 45 einen Druckmittel gefüllten Hohlraum 110. Dieser ist mit Hilfe einer Steuerkante 112 am Ventilschieber 66 gegenüber dem gehäuseseitigen Kanal 36 abgedichtet. Mit entsprechender Auslenkung des Ventilschiebers 66 wird eine Verbindung dieses Hohlraums 110 zum gehäuseseitigen Kanal 36 geschaffen, über die das Druckniveau in der Druckkammer 33 des Schließglieds 14beeinflußbar ist.

Der Zapfen 68 des Ventilschiebers 66 liegt gemäß Fig. 1 am zweiten Ventilglied 64 an, ohne dieses jedoch von seinem zweiten Ventilsitz 82, der gehäuseseitig an einer Einschnürung 69 der Schieberbohrung 45 ausgebildet ist, abzuheben. In Strömungsrichtung des Druckmittels vor dem Ventilsitz 82 mündet der Zulauf 46 und in Strömungsrichtung nach dem Ventilsitz 82 der Kanal 28 in die Schieberbohrung 45 ein. Das zweite Ventilglied 64 ist in Schließrichtung von einer Schließfeder 84 beaufschlagt, die sich dazu an einer die Schieberbohrung 45 verschließenden Wandung 86 abstützt.

Mit dem Injektor 10 sind die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten und nachfolgend erläuterten Einspritzzyklen darstellbar. Dazu ist das Ventilelement 50 in drei verschiedene Schaltstellungen verbringbar, wobei die Grundstellung in Fig. 1 gezeichnet ist. Je nach Schaltstellung laufen die Einspritzzyklen druck- oder nadelhubgesteuert ab.

In den verschiedenen Diagrammen 100 bis 108 der Fig. 2 bis 4 ist jeweils der Hubverlauf des Aktors 52, des Ventilglieds 62, des Ventilglieds 64, der Druckverlauf im Kanal 28, sowie der Hubverlauf des Schließglieds 14 grafisch über die Zeit aufgetragen. In allen Fällen wird davon ausgegangen, daß der Injektor 10 sich zunächst in seiner in Fig. 1 gezeigten Grundstellung befindet. In dieser Grundstellung ist der Ventilsitz 70 geöffnet und der Ventilsitz 82 geschlossen. Aufgrund der Position des Ventilschiebers 66 ist die Druckmittelverbindung zwischen den Kanälen 36 und 70 unterbrochen.

Erfolgt nun eine Ansteuerung des Aktors 52, so erzeugt dieser eine Hubbewegung, die hydraulisch übersetzt auf das Ventilglied 62 übertragen wird (Diagramm 100). Zum Zeitpunkt T1 liegt dabei das Ventilglied 62 am ersten Ventilsitz 72 an, verschließt diesen (Diagramm 102) und stellt damit eine mechanische Wirkverbindung zwischen dem Aktor 52 und dem Ventilschieber 66 her. Mit fortschreitendem Hub des Aktors 52 öffnet nach T1 das Ventilglied 64 des zweiten Sitzventils (Diagramm 106), so daß unter Hochdruck stehendes Druckmittel vom Zulauf 46 in den Kanal 28 einströmen kann. Der Kanal 36 ist nach wie vor abgesperrt. Gemäß Diagramm 108 steigt dadurch das Druckniveau im Kanal 28 bzw. in dem das Schließglied 14 umgebenden Ringraum 26 an. Aufgrund der vom Nadelabschnitt 22c gebildeten Druckfläche wird das Schließglied 14 dadurch mit einer hydraulischen Öffnungskraft belastet, die der von den Druckfeldern 30 und 32 vorgegebenen mechanischen Schließkraft entgegenwirkt. Mit dem Erreichen des Öffnungsdrucks führt das Schließglied 14 zum Zeitpunkt T2 eine Öffnungsbewegung (Diagramm 108) aus und gibt dabei die Einspritzöffnungen 16 frei.

Eine Beendigung dieses Einspritzzyklusses wird durch Rücknahme der Ansteuerung des Aktors 52 in einer einzigen Stufe erreicht (Zeitpunkt T3). Dabei schließt zunächst das zweite Ventilglied 64 und sperrt den Zulauf 46 ab. Zum Zeitpunkt T4 hat der Ventilschieber 66 seine Ausgangslage erreicht und das Ventilglied 62 (Diagramm 102) öffnet einen Druckmitteldurchgang vom Kanal 70 zum Rücklauf 48. Über die Radialkanäle 71 und den Kanal 70 wird damit der Kanal 28 druckentlastet, wodurch das Schließglied 14 aufgrund der von den Druckfedern 30 und 32 aufgebrachten Kraft in die Schließstellung zurück bewegt wird und dabei die Einspritzöffnungen 16 wieder verschließt. Der beschriebene Einspritzzyklus verläuft somit druckgesteuert.

Im Unterschied dazu ist ein nadelhubgesteuerter Einspritzvorgang nachfolgend anhand von Fig. 3 erläutert. Dabei führt der Aktor 52 gemäß Diagramm 100 bis zum Zeitpunkt T1 eine erste Hubbwegung H1 aus, die sich mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung zum Zeitpunkt T2 in einer zweiten Hubbewegung H2 bis zum Maximalhub fortsetzt. Ab dem Zeitpunkt T3 wird die Ansteuerung des Aktors 52 in einer einzigen Stufe S1 auf Null zurückgenommen. Aufgrund der Hubbewegung H1 schließt das Ventilglied 62 zunächst den Ventilsitz 72 (Zeitpunkt T5) und hält diesen bis zum Zeitpunkt T6 geschlossen. Bis zum Beginn der zweiten Hubbewegung H2 (Zeitpunkt T2) ist das Schließglied 14, d. h. die Druckmittelverbindung des Querkanals 83 mit dem Kanal 36 unterbrochen, danach geöffnet. Dies bringt der gepunktete Kurvenverlauf im Diagramm 102 zum Ausdruck. Die Bewegung des zweiten Ventilglieds 64 (Diagramm 104) folgt mit Ausnahme einer zeitlichen Verzögerung zu Beginn dem Verlauf der Hubbewegung des Aktors 52 (Diagramm 100). Aufgrund der mit der Öffnung des zweiten Ventilsitzes 82 bewirkten Verbindung des Zulaufs 46 mit dem Kanal 28 steigt der Druck im Ringraum 24 um das Schließglied 14 an, wobei der Verlauf dieses Anstiegs über die Drossel 40 im Kanal 28 beeinflußt ist. Der Maximaldruck ändert sich mit Beginn der zweiten Hubbewegung H2 des Aktors 52 nicht. Die Hubbewegung des Schließglieds 14 (Diagramm 108) wird bei diesem Einspritzzyklus vom Zeitpunkt T2 an, in dem der Querkanal 83 mit dem Kanal 36 während des zweiten Hubabschnitts H2 des Aktors 52 verbunden ist, beendet, obwohl der Aktor 52 nach wie vor elektrisch angesteuert ist (Diagramm 100) und im Ringraum 24 unverändert Hochdruck ansteht (Diagramm 106). Dies liegt im Druckanstieg in der Druckkammer 33 zu diesem Zeitpunkt T3 begründet, deren auf das Schließglied 14 ausgeübte Druckkraft in Verbindung mit den Kräften der Druckfedern 30 und 32 ausreicht, um den Einspritzvorgang nadelhubgesteuert abzuschließen.

Einen weiteren Einspritzzyklus zeigt Fig. 4. Dabei führt der Aktor 52 bis zum Zeitpunkt T1 eine erste Hubbewegung H1 und vergleichbar zur Fig. 3 mit geringerer zeitlicher Verzögerung ab dem Zeitpunkt T2 eine zweite Hubbewegung H2 bis zum Maximalhub aus. Ab dem Zeitpunkt T3 wird dieser Maximalhub in zwei Stufen S1 und S2 zurückgenommen. Die zweite Stufe S2 erfolgt zum Zeitpunkt T4. Zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 besteht, wie der punktierte Kennlinienverlauf in Diagramm 102 zeigt, eine Druckmittelverbindung zwischen den Kanälen 70 und 36 über den Querkanal 83, wodurch die Druckkammer 33 unter Hochdruck gelangt. Wie in Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert reicht dieser Hochdruck aus, um den Einspritzvorgang nadelhubgesteuert zu beenden (Diagramm 108). Durch die Schließbewegung S1 des Aktors 52 wird die bis zum Zeitpunkt T3 bestehende Druckmittelverbindung der Kanäle 70 und 36 wieder unterbrochen, der erste Ventilsitz 72 ist dabei gemäß Diagramm 102, durchgezogene Linie, nach wie vor geschlossen und der zweite Ventilsitz 82 geöffnet. In dieser Position des Ventilschiebers 50 baut sich der Hochdruck in der Druckkammer 33 über den dritten Druckmittel führenden Kanal 38 und die darin eingebaute Drossel 42 allmählich ab. Nach Unterschreiten einer von den Druckfedern 30 und 32 bestimmten Druckschwelle überdrückt die Druckkraft im Ringraum 24 die Schließkräfte der Druckfedern 30 und 32, 50 daß das Schließglied 14 zum Zeitpunkt T4 druckgesteuert nochmals öffnet. Der dadurch erfolgende zweite Einspritzvorgang erlaubt im Anschluß an die Haupteinspritzung eine Nacheinspritzung von Kraftstoff, die mit der Rücknahme der Ansteuerung des Aktors 52 in Stufe S2 (Zeitpunkt T5) abgeschlossen ist. Wie Diagramm 102 zeigt, gibt zum Zeitpunkt T5 das erste Ventilglied 62 den ersten Ventilsitz 72 wieder frei, so daß die in Fig. 1 gezeichnete Grundstellung wieder erreicht ist.

Fig. 5 zeigt eine erste vorteilhafte Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Injektors 10, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 vor allem dadurch unterscheidet, daß der Ventilschieber 66 ohne Querbohrung 83 auskommt. Dies wird durch die Ausbildung eines zweiten Druckmittel unter Hochdruck führenden Zulaufs 47 im Gehäuse 20 erreicht, der im Bereich einer Einschnürung 88 des Ventilschiebers 66 einmündet. Diese Einschnürung 88 ist in ihrer axialen Ausdehnung so bemessen, daß im Falle des Maximalhubs des Aktors 52 eine Druckmittelverbindung zwischen dem Zulauf 46 und dem zur Druckkammer 33 führenden Kanal 36 besteht. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Zulauf 47 als Abzweig zum bereits vorhandenen Zulauf 46 auszubilden. Ein derart weitergebildeter Injektor 10 zeichnet sich insbesondere durch sein besseres dynamisches Verhalten beim nadelhubgesteuerten Schließen (Fig. 3 und 4) des Schließglieds 14 aus.

Eine zweite vorteilhafte Weiterbildung des Injektors 10 zeigt Fig. 6. Dabei ist in den von der Schieberbohrung 45 ausgebildeten Einbauraum der Schließfeder 84 nach Fig. 1 ein Zwischenhubanschlag 90 eingebaut, der das Positionieren des Ventilelements 50 in einer Zwischenstellung erleichtert und der Überschwingungen bei schnellen Bewegungen des Aktors 52 vermeidet. In der Zwischenstellung befindet sich das Ventilelement 50 in einer Position, in der der Ventilsitz 82 bereits geöffnet, der in Fig. 6 nicht erkennbare Kanal 36 aber hydraulisch noch abgesperrt ist. Grafisch ist eine solche Zwischenstellung in den Diagrammen 100 der Fig. 3 und 4 am Ende der Hubbewegung H1 des Aktors 52 erkennbar. Der Zwischenhubanschlag 50 ist in Form eines Zweifedersystems ausgeführt und weist dementsprechend eine erste Feder 91, die die Anlage des zweiten Ventilglieds 64 am Zapfen 68 des Ventilschiebers 66 sicherstellt und eine zweite Feder 92, die eine Anschlagscheibe 93 belastet, auf. Diese Anschlagscheibe 93 ist mit einem zentrischen Durchbruch 94 versehen, durch den hindurch die erste Feder 92 mit dem Ventilschieber 66 zusammenwirkt. Ferner ist die Anschlagscheibe 93 axial beweglich in einer nutförmigen Erweiterung 95 der Schieberbohrung 45 geführt, wobei die Begrenzungen der Erweiterung 45 Anschlagschultern bilden. Die dem zweiten Ventilglied 64 zugewandte Anschlagschulter definiert die Zwischenstellung des Ventilelements 50, während der davon abgewandte Anschlag dessen Maximalhub festlegt. Der Zulauf 46 mündet in Strömungsrichtung vor der Anschlagscheibe 93 in die Schieberbohrung 45 ein. In seinem übrigen Aufbau entspricht der Injektor 10 nach Fig. 6 dem nach Fig. 1.

Fig. 7 zeigt eine zweite Bauvariante eines erfindungsgemäßen Injektors 210 in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Diese unterscheidet sich hauptsächlich in der konstruktiven Ausbildung einer Betätigungseinrichtung 244 von der oben beschriebenen ersten Bauvariante, weist jedoch im wesentlichen übereinstimmende Funktionseigenschaften auf. Unterschiede bestehen aufgrund der nachfolgend erläuterten Bewegungsumkehr des Ventilschiebers 250 und der zunächst geöffneten Ausgangsstellung des Ventilglieds 264.

Übereinstimmend mit der ersten Bauvariante besteht die Betätigungseinrichtung 244 aus einem extern ansteuerbaren piezoelektrischen Aktor 252, einem hydraulischen Übersetzer 254 und einem Ventilelement 250 zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen einem Zulauf 246 einem Rücklauf 248 und zwei zu einem Schließglied 214 führenden Steuerkanälen 228 und 236. Das Ventilelement 250 umfaßt einen in einer mehrfach abgesetzten Schieberbohrung 245 eines Gehäuses 220 verschiebbar geführten Ventilschieber 266 und ein von diesem betätigbares Ventilglied 264 in Form einer Kugel. Letztere wird mit Hilfe einer Schließfeder 284 zur Anlage am Ventilschieber 266 gebracht. Der Ventilschieber 266 weist dazu an einem seiner Enden einen Zapfen 268 auf, der die Öffnung einer Einschnürung 269 der Schieberbohrung 245 durchdringt. Die Einschnürung 269 bildet einen vom Ventilglied 264 gesteuerten Ventilsitz 282, der in der dargestellten Grundstellung des Injektors 210 nach Fig. 2 geöffnet ist. Ein zusätzlicher Ventilsitz 272 ist an der dem Ventilsitz 282 gegenüberliegenden Seite der Einschnürung 269 ausgebildet. Dieser wird von der dem Ventilglied 264 zugewandten Stirnfläche des Ventilschiebers 266 gesteuert. Dieser Ventilsitz 272 ist in der Grundstellung verschlossen, so daß keine Druckmittelverbindung zwischen dem Zulauf 246 und dem Steuerkanal 228 besteht. Dieser Steuerkanal 228 ist über den geöffneten Ventilsitz 282 mit dem Rücklauf 248 gekoppelt und somit druckentlastet. Dadurch wird das Schließglied 214 des Injektors 210 von seinen beiden Druckfedern 230, 232 in Schließstellung gehalten - die Einspritzöffnungen 216 sind dabei geschlossen.

Der Ventilschieber 266 ist zumindest abschnittsweise von Druckmittel führenden Kanälen 270 durchdrungen, die das Druckniveau des Zulaufs 246 zu einem Hohlraum 310 weiterleiten, der sich zwischen einer Einschnürung des Ventilschiebers 266 und der Schieberbohrung 245 ergibt. In der dargestellten Grundstellung dichtet eine Steuerkante 312 am Umfang des Ventilschiebers 266 diesen Hohlraum 310 gegenüber dem zweiten zum Schließglied 214 führenden Steuerkanal 236 ab.

Selbstverständlich wäre es auch möglich anstatt von Kanälen 270 im Ventilschieber 266 einen zusätzlichen Zulauf vorzusehen, der unmittelbar in den Hohlraum 310 einmündet. Dieser Zulauf könnte auch als im Gehäuse 220 ausgebildeter Abzweig zum Zulauf 246 ausgeführt sein.

Das dem zweiten Steuerkanal 236 zugewandte Ende des Ventilschiebers 266 wirkt mit einer Zwischenhubbegrenzung 290 zusammen. Diese ist koaxial zum Ventilschieber 266 angeordnet und verfügt über zwei koaxial zueinander angeordnete Stößel 314, 316, die relativ zueinander beweglich geführt sind. Einer der Stößel 314, 316 wirkt unmittelbar auf den Ventilschieber 266 ein. Beide Stößel 314, 316 sind von getrennten Federn 291, 292 belastet, wobei eine sich an einem die Schieberbohrung 245 strinseitig verschließenden Stopfen 318 abstützt, während die andere sich an einem in der Schieberbohrung 245 verankerten Stützring 320 abstützt. Der Stützring 320 bildet gleichzeitig die Hubbegrenzung für den Stößel 314. Mit einer derartigen Zwischenhubbegrenzung 290 läßt sich der Ventilschieber 266 in eine Zwischenstellung verbringen, ohne daß es dabei aufgrund von Ungenauigkeiten in der Ansteuerung des Aktors 252 oder durch Überschwingungen zu einer unerwünschten Verbindung des zweiten Steuerkanals 236 mit dem Hohlraum 310 kommen kann.

Der Aktor 252 ist im Unterschied zur ersten Bauvariante senkrecht zur Längsachse des Ventilschiebers 266 angeordnet. Er wirkt unmittelbar mit einem ersten Kolben 256 des Übersetzers 254 zusammen. Dieser weist einen zweiten Kolben 258 auf, der im Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Ventilschieber 266 ausgeführt und senkrecht zum ersten Kolben 256 angeordnet ist. Zur Übersetzung der Hubbewegung des Aktors 252 in eine Hubbewegung des Ventilschiebers 266 haben die Kolben 256, 258 unterschiedlich große Kolbendurchmesser und schließen zwischen sich eine Druckmittel gefüllte Übersetzerkammer 260 ein. Neben den beiden Kolben 256 und 258 bildet der Stößel 316 des Zwischenhubanschlags 290 eine weitere Begrenzung dieser Übersetzerkammer 260.

Um einen hydraulischen Kurzschluß zwischen der Übersetzerkammer 260 und dem benachbart liegenden zweiten Steuerkanal 236 auszuschließen mündet zwischen beiden Einrichtungen ein Leckagekanal 322 in die Schieberbohrung 245 ein. Dieser Leckagekanal 322 führt etwaige Druckmittelleckage zu einem in Fig. 2 nicht erkennbaren Druckmittelvorratsbehälter hin ab.

Mit der Betätigung des Aktors 252 führt dieser eine Hubbewegung aus, die auf den ersten Kolben 256 des Übersetzers 254 übertragen wird. Dessen Druckmittelverdrängung in der Übersetzerkammer 260 bewirkt eine entsprechend Auslenkung des einen Stößels 316 des Zwischenhubanschlags 290. Dieser ist dadurch bestrebt von der Stirnfläche des Ventilschiebers 266 abzuheben. Die von der Druckfeder 284 auf das Ventilglied 264 ausgeübte und infolge der mechanischen Kopplung mit dem Ventilschieber 266 weitergeleitete Kraft stellt jedoch dessen Anlage sicher, so daß der Ventilschieber 266 ebenfalls ausgelenkt wird. Zunächst verschließt dabei das Ventilglied 264 den Ventilsitz 282, gleichzeitig gibt das einteilig mit dem Ventilschieber 266 ausgebildete Ventilglied 262 den Ventilsitz 272 frei. Damit gelangt der erste Steuerkanal 228 unter Hochdruck, aufgrund dessen das Schließglied 214 eine Öffnungsbewegung ausführt, sobald der Öffnungsdruck im Ringraum 224 überschritten wird.

Mit fortschreitender Ansteuerung des Aktors 252 hebt der Ventilschieber 266 vom Ventilglied 264 ab und die Steuerkante 312 öffnet eine Druckmittelverbindung vom Hohlraum 310 zum zweiten Steuerkanal 236. Über die Druckmittel führenden Kanäle 270 im Ventilschieber 266 herrscht dadurch in den beiden Steuerkanälen 228, 236 und in der Druckkammer 233 identisches Druckniveau. Infolge der nunmehr weitgehend druckausgeglichenen, hydraulischen Belastung des Steuerglieds 214 schließt dieses durch die Kraft seiner Druckfedern 230, 232, obwohl im Ringraum 224 unverändert Hochdruck ansteht. Mit der Rücknahme der Ansteuerung des Aktors 252 sperrt die Steuerkante 312 des Ventilschiebers 266 den zweiten Steuerkanal 236 wieder ab.

Dessen Druckniveau baut sich daraufhin über die mit einer Drossel 242 versehene Verbindung zum Rücklauf 238 ab, so daß das Schließglied 214 für eine Nacheinspritzung erneut öffnet. Diese wird schlagartig beendet, sobald der Ventilsitz 272 vom Ventilglied 262 geschlossen wird und gleichzeitig damit der Ventilsitz 282 öffnet.

Selbstverständlich sind weitergehende Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (12)

1. Injektor (10, 210), insbesondere zur Steuerung von Einspritzvorgängen von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse (20, 220) beweglich geführten und Einspritzöffnungen (16, 216) steuernden Schließglied (14, 214) und einer dieses Schließglied (14, 214) beaufschlagenden Betätigungseinrichtung (44, 244) aus einem extern ansteuerbaren piezoelektrischen Aktor (52, 252) und einem Ventilelement (50, 250), das verschiebbar in einer Schieberbohrung (45, 245) angeordnet ist und mit dem Aktor (52, 252) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (50, 250) Druckmittelverbindungen zwischen wenigstens jeweils einem Zulauf (46, 246), einem Rücklauf (48, 248) und zwei zum Schließglied (14, 214) führenden Steuerkanälen (28, 228, 36, 236) steuert und vom Aktor (52, 252) in wenigstens drei Schaltstellungen verbringbar ist.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (50, 250) einen, eine Steuerkante (112, 312) aufweisenden Ventilschieber (66, 266) und wenigstens zwei, jeweils einem Ventilsitz (72, 272, 82, 282) zugeordnete Ventilglieder (62, 262, 64, 264) umfaßt.

3. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (72, 272) eine Druckmittelverbindung vom Zulauf (46, 246) zum Rücklauf (48, 248), der zweite Ventilsitz (82, 282) eine Druckmittelverbindung vom Zulauf (46, 246) zum ersten Steuerkanal (28, 228) und die Steuerkante (112, 312) eine Druckmittelverbindung vom Zulauf (46, 246) zum zweiten Steuerkanal (36, 236) regelt und daß der erste Steuerkanal (28, 228) in einen Ringraum (24, 224) mündet, dessen Druck das Schließglied (14, 214) in Öffnungsrichtung belastet, während der zweite Steuerkanal (36, 236) zu einer das Schließglied (14, 214) in Schließrichtung beaufschlagenden Druckkammer (33, 233) führt.

4. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (72, 82) an der den Ventilschieber (66) führenden Schieberbohrung (45) und am Ventilschieber (66) ausgebildet sind und daß die beiden Ventilglieder (62, 64) mit dem Ventilschieber (66) in Wirkverbindung stehende Kugeln sind.

5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilglieder (62, 64) an den einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Ventilschiebers (66) angeordnet sind und daß das dem Ventilsitz (82) zugeordnete Ventilglied (62) mit der Betätigung des Aktors (52) gleichzeitig dessen Hubbewegung auf den Ventilschieber (66) überträgt.

6. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (272, 282) an der den Ventilschieber (266) führenden Schieberbohrung (245) ausgebildet sind, daß das Ventilglied (262) einteilig mit dem Ventilschieber (266) verbunden ist, während das zweite Ventilglied (264) eine Kugel ist, die beaufschlagt von elastischen Elementen (284) in Wirkverbindung mit dem Ventilschieber (266) tritt und daß beide Ventilglieder (262, 264) an einer gemeinsamen Stirnseite des Ventilschiebers (266) angeordnet sind.

7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (14, 214) von einem ersten und einen zweiten elastischen Element (30, 230, 32, 232) in seiner Schließstellung gehalten ist und daß das zweite elastische Element (32, 232) in der Druckkammer (33, 233) angeordnet ist.

8. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (33, 233) unter Zwischenschaltung einer Drossel (42, 242) mit dem Rücklauf (38, 48, 238) Verbindung hat und daß in dem in die Druckkammer (33, 233) einmündenden Steuerkanal (36, 236) eine zweite Drossel (40, 240) angeordnet ist.

9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Aktor (52, 252) mit Hilfe eines zwischengeschalteten hydraulischen Übersetzers (54, 254) auf das erste Ventilglied (62, 252) des Ventilelements (50, 250) einwirkt und daß der Übersetzer (54, 254) zwei Kolben (56, 256, 58, 258) unterschiedlich großer Durchmesser aufweist, die zwischen sich eine Druckmittel gefüllte Übersetzerkammer (60, 260) einschließen.

10. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilschieber (66, 266) Druckmittel führende Kanäle (70, 270) vorgesehen sind, die eine Verbindung des Zulaufs (46, 246) mit einer vom Ventilschieber (66, 266) und der Schieberbohrung (45, 245) begrenzten Hohlraum (110, 310) bilden und daß der Hohlraum (110, 310) bei entsprechender Ansteuerung des Aktors (52, 252), mit dem Steuerkanal (36, 236) hydraulisch koppelbar ist.

11. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (44, 244) mit einem Zwischenhubanschlag (90, 290) aus wenigstens zwei koaxial zueinander angeordneten und relativ zueinander beweglich Druckfedern (91, 291, 92, 292) und einer Anschlagplatte (93, 293) besteht, wobei die Anschlagplatte (93, 293) eine Abstützung der Druckfeder (92, 292) bildet.

12. Injektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenhubanschlag (90, 290) eine der Begrenzungen der Übersetzerkammer (260) bildet.