EP1692392A1 - Kraftstoffinjektor mit direkter nadelsteuerung - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit direkter nadelsteuerung

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EP1692392A1
EP1692392A1 EP04762764A EP04762764A EP1692392A1 EP 1692392 A1 EP1692392 A1 EP 1692392A1 EP 04762764 A EP04762764 A EP 04762764A EP 04762764 A EP04762764 A EP 04762764A EP 1692392 A1 EP1692392 A1 EP 1692392A1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve member
fuel injector
injection valve
section
Prior art date
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EP04762764A
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English (en)
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EP1692392B1 (de
Inventor
Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/16—Sealing of fuel injection apparatus not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • Fuel injectors are used to supply the combustion chambers of internal combustion engines with fuel.
  • the injection pressure is provided via a high-pressure accumulator. Due to the large fuel volume in the high-pressure accumulator compared to the injection quantity, pressure fluctuations during the injection process are avoided.
  • the fuel injectors are operated hydraulically with the fuel made available via the high-pressure accumulator.
  • Fuel injectors as used in the prior art for high-pressure storage systems are known, for example, from Mollenhauer, Handbuch Dieselmotoren, 2nd edition, Springer Verlag, Berlin, 2002.
  • both the opening and the closing process are hydraulically controlled.
  • a control room in which fuel is under injection pressure is closed by a control valve.
  • the fuel pressure acts on the rear of a control piston, which acts into the control chamber, and on a pressure shoulder on an injection opening and a closing injection valve member.
  • the hydraulic force on the rear of the control piston is opposite to the hydraulic force that acts on the pressure shoulder. Due to the larger area on the control piston, the nozzle remains closed.
  • the control valve opens the control chamber, the pressure in the control chamber is reduced and the hydraulic force on the pressure shoulder becomes greater than the pressure force acting on the rear of the control piston. This causes the injection valve member to open.
  • the fuel is supplied both to the control chamber and to a pressure chamber, from which the fuel enters the combustion chamber via injection openings, via feed lines in the injector housing.
  • the fuel injectors known from the prior art with an injection valve member, control piston and control valve have a complex structure. Furthermore, it is necessary to manufacture fuel lines in the housing in the fuel injectors known from the prior art.
  • a fuel injector designed according to the invention for internal combustion engines with high-pressure fuel accumulator comprises a pressure intensifier and an injection valve member.
  • the injection valve member is preferably divided into a translator section, a guide section and a needle section, the needle section of the injection valve member closing at least one injection opening or releasing it for injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure booster of the fuel injector is accommodated in a booster housing and is supported on a spring element which surrounds the booster housing. The other side of the spring element is supported on a step formed on the translator housing, as a result of which the translator housing is fixed on a nozzle housing part surrounding the injection valve member.
  • Suitable spring elements are in particular tubular springs, but spiral springs or other ring-shaped spring elements can also be used.
  • the pressure intensifier, the translator housing and an actuator used to actuate the fuel injector are enclosed by an injector housing part, which is preferably non-positively connected to the nozzle housing part by means of a nozzle clamping nut.
  • the actuator used to control the fuel injector is preferably a piezo actuator.
  • electromagnets or hydraulic / mechanical actuators can also be used.
  • the translator section of the injection valve member is enclosed by a sleeve in which the injection valve member is guided.
  • a biting edge is formed on an end face of the sleeve facing the translator housing.
  • the biting edge of the sleeve is pressed against the shoulder of the translator housing by means of a spring element which acts on an end face of the sleeve opposite the biting edge. This creates a pressure- and therefore liquid-tight connection.
  • the other side of the spring element, which surrounds the booster section of the injection valve member, is supported on a ring which is arranged in a recess between the booster section and the guide section of the injection valve member.
  • the sleeve and the shoulder of the translator housing enclose a rotationally symmetrical translation space which is delimited on its side facing the actuator by a lower end face of the pressure booster and on its side facing the at least one injection opening of the fuel injector by an end face of the translator area of the injection valve member.
  • the fuel injector is operated hydraulically with fuel under system pressure.
  • the system pressure is preferably in the range from 1300 to 1600 bar.
  • the fuel under system pressure flows from the high-pressure fuel reservoir via a fuel supply line into an annular space surrounding the actuator.
  • the fuel flows out of the annular space through a gap between the pressure booster and the inner wall of the injector housing part into a first spring space surrounding the booster housing.
  • the fuel flows through at least one groove in the step of the booster housing on which the spring element is supported and which serves as a guide for the booster housing in the injector housing part, via grooves in the nozzle housing part and an annular gap between the inner wall of the nozzle housing part and the outer wall of the Sleeve in a second spring space.
  • the fuel passes from the second spring chamber along a bevel in the guide section of the injection valve member into a pressure chamber surrounding the needle section of the injection valve member.
  • the translation space is preferably filled by guide leakage between the inner surface of the sleeve and the translator section of the injection valve member or by guide leakage between the translator housing and the pressure translator.
  • the pressure in the translation room changes.
  • the pressure in the translation space can differ from the system pressure and thus also differ from the pressure in the annular gap surrounding the translation space. For this reason, it is necessary that the connection formed by the biting edge on the sleeve between the sleeve and the shoulder in the translator housing is pressure-tight.
  • the piezo actuator is energized to close the at least one injection opening through the needle section of the injection valve member.
  • the piezo actuator acts directly on an upper end face of the pressure intensifier, which means that when the piezo actuator is energized, it moves into the translation space. This reduces the volume of the translating space and increases the pressure in the translating space. Due to the increasing pressure in the translation room increases the hydraulic force acting on the face of the translator portion of the injector member. As a result, the injection valve member is moved in the direction of the at least one injection opening and closes it.
  • the spring element surrounding the booster section of the injection valve member acts as a support during the closing process.
  • the current supply to the piezo actuator is released.
  • the piezo crystals contract and the piezo actuator contracts.
  • the spring element surrounding the translator housing which is supported on a step on the pressure booster, acts to support the movement of the pressure booster.
  • the pressure in the translation space decreases. This also reduces the hydraulic force acting on the end face of the booster section of the injection valve member.
  • a hydraulic force acts on pressure stages on the injection valve member, which is opposite to the hydraulic force acting on the end face of the booster section of the injection valve member.
  • the piezo actuator is energized again, causing the piezo crystals to expand and the piezo actuator to lengthen.
  • the pressure intensifier is moved back into the translation space, whereby the volume of the translation space is reduced and the pressure in it increases. Due to the increasing pressure in the transmission space, the hydraulic force on the end face of the transmission section of the injection valve member increases. As soon as this force is greater than the hydraulic force acting on the pressure stages of the injection valve member in the opposite direction, the needle section of the injection valve member is put back into its sealing seat and thus closes the at least one injection opening.
  • the single figure shows a section through a fuel detector designed according to the invention.
  • FIG. 1 shows a fuel injector designed according to the invention.
  • a fuel injector 1 designed according to the invention fuel first comes from a fuel tank 2 by means of a high-pressure pump 3 via a high-pressure line 4 into a high-pressure fuel store 5.
  • Connections 6 are arranged on the high-pressure fuel store 5, which correspond to the number of cylinders of the crimping juicer.
  • Each of the connections 6 is connected via a fuel feed line 7 to a fuel injector 1 designed according to the invention.
  • the fuel injector 1 comprises a pressure booster 8 designed as a booster piston, which is guided in a booster housing 9, and an injection valve member 10.
  • the injection valve member 10 is in a booster section 11, a guide section 12 and a needle section 13 graded.
  • the pressure booster 8, the booster housing 9 and the injection valve member 10 are accommodated in a housing.
  • the housing is divided into an injector housing part 14 and a nozzle housing part 15.
  • the hijector housing part 14 and the nozzle housing part 15 are preferably connected non-positively by means of a nozzle clamping nut, not shown here.
  • the fuel injector 1 comprises an injection opening 16, which can be closed by the needle section 13 of the injection valve member 10.
  • the needle section 13 of the injection valve member 10 is placed against a sealing edge 17 arranged above the injection opening 16.
  • An exclusively axial movement for opening and closing the at least one injection opening 16 is ensured in that the injection valve member 10 is guided with its guide section 12 in a needle guide 18 arranged in the nozzle housing part 15.
  • the translator section 11 of the injection valve member 10 is enclosed by a sleeve 19, which also serves as a needle guide.
  • the sleeve 19 serves as a lateral delimitation of a translation space 20.
  • the sleeve 19 is provided with a biting edge 21 which is pressed against a shoulder 22 of the translator housing 9.
  • a liquid-tight and thus pressure-tight connection of the sleeve 19 to the shoulder 22 of the translator housing 9 is achieved.
  • a spring element 24 is supported on an end face 23 of the sleeve 19 opposite the biting edge 21.
  • the spring element 24 is annular and surrounds the booster section 11 of the injection valve member 10.
  • Suitable spring elements 24 are for example spiral springs, tube springs or other ring-shaped spring elements known to the person skilled in the art.
  • the spring element 24 is supported against a ring 25, which is preferably arranged in a recess 26, which is located between the translator section 11 and the guide section 12 of the injection valve member 10.
  • the translator housing 9 is surrounded by a second spring element 27, which is supported on one side on a step 28 on the translator housing 9 and on the other side on a ring 29 which rests on a step 30 on the pressure booster 8.
  • the step 28 serves at the same time as a guide for the translator housing 9 in the injector housing part 14.
  • the spring force applied by the spring element 27 fixes the translator housing 9 on a shoulder 31 on the nozzle housing part 15.
  • the spring element 27 is received in a first spring space 32, which is arranged between the translator housing 9 and the inner wall 33 of the injector housing part 14.
  • At least one groove 34 which is preferably axially aligned, is accommodated in step 28 of the converter housing 9.
  • the first spring space 32 with a translator section stands over the at least one groove 34, grooves 35 formed in the shoulder 31 on the nozzle housing part 15 and an at least one annular gap 36 which is formed between the outer wall 37 of the sleeve 19 and the inner wall 38 of the nozzle housing part 15 11 of the injection valve member 10 surrounding second spring space 39 in hydraulic connection.
  • the at least one groove 34 and the grooves 35 in the shoulder 31 of the nozzle housing part 15 are preferably aligned such that their positions correspond radially and axially.
  • the second spring space 39 is in hydraulic connection with a pressure chamber 41 via at least one channel, which is formed between at least one bevel 40 in the guide section 12 of the injection valve member 10 and the needle guide 18.
  • the fuel injector 1 is controlled via an actuator, which acts on an upper end face 42 of the pressure booster 8.
  • a piezo actuator 43 is preferably used as the actuator. Electromagnets or hydraulic / mechanical actuators are also suitable.
  • the fuel injector 1 is operated hydraulically with fuel under system pressure.
  • the fuel is provided by the high-pressure fuel reservoir 5.
  • the fuel flows via the fuel feed line 7 into an annular space 44 which surrounds the piezo actuator 43.
  • the fuel under system pressure reaches the first spring space 32 via a gap 45 between the pressure booster 8 and the inner wall 33 of the hijector housing part 14.
  • the fuel flows via the at least one groove 34, the grooves 35 in the shoulder 31 of the nozzle housing part 15 and the annular gap 36 into the second spring space 39.
  • system pressure prevails both in the annular space 44 and in the first spring space 32, the second spring space 39 and the pressure space 41.
  • the system pressure is preferably in the range from 1300 to 1600 bar.
  • the piezo actuator 43 is energized. As a result, the piezo crystals in the piezo actuator 43 expand and the piezo actuator 43 elongates. Because the piezo actuator 43 acts directly on the upper end face 42 of the pressure intensifier 8, the pressure intensifier 8 is moved into the translation space 20 with a lower end face 47 against the direction of movement identified by the arrow 46. As a result, the volume in the translation space 20 decreases, which increases the pressure therein. This increases the hydraulic force which acts on an end face 48 on the transmission section 11 of the injection valve member 10.
  • the hydraulic force acting on the end face 48 is a hydraulic force acting on a first pressure stage 49 on the ring 25, on a second pressure stage 50 between the guide section 12 and the needle section 13 of the injection valve member 10 and on a third pressure stage 51 in the needle section 13 of the injection valve member 10 opposite direction.
  • the injection valve member 10 is placed on the sealing edge 17 and thus closes the at least one injection opening 16 a combustion chamber 52 of the internal combustion engine.
  • the closing of the at least one injection opening 16 is supported by the spring force of the spring element 24.
  • the spring element 24 acts on an end face 54 of the ring 25 opposite the first pressure stage 49.
  • the current supply to the piezo actuator 43 is released.
  • the piezo crystals contract and the piezo actuator 43 contracts.
  • the pressure booster 8 moves in the direction of movement indicated by the arrow 46.
  • the lower end face 47 of the pressure intensifier 8 moves out of the translation space 20, which increases its volume. Due to the increasing volume of the translation space 20, the pressure in the translation space 20 decreases. Since the pressure in the translation space 20 drops below the system pressure, it is necessary for the connection between the sleeve 19 and the shoulder 22 is pressure-tight in the translator housing 9.
  • the translation space 20 is filled by means of guide leakage between the converter housing 9 and the pressure converter 8 or between the inside 43 of the sleeve 19 and the translation section 11 of the injection valve member 10.
  • Injection valve member 10 from the sealing edge 17 and thus releases the at least one injection opening 16.
  • fuel flows from the pressure chamber 41 into the combustion chamber 52 via the injection opening 16.
  • the piezo actuator 43 is energized again. As a result, the piezo crystals expand and the piezo actuator 43 lengthens. As a result, the pressure booster 8 moves back into the translation space 20 counter to the direction of movement indicated by the arrow 46, as a result of which the volume of the translation space 20 is reduced. This in turn increases the pressure in the translation space 20 and thus the hydraulic force acting on the end face 48 of the transmission section 11 of the injection valve member 10. At the same time, the hydraulic force acting on the first pressure stage 49, the second pressure stage 50 and the third pressure stage 51 remains constant since the second spring chamber 39 and the pressure chamber 41 are acted upon by a constant system pressure.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoffhochdruckspeicher (5), einen Druckübersetzer (8) und ein Einspritzventil glied (10) umfassend, welches zumindest ein Übersetzerabschnitt (11) und einen mindestens eine Einspritzöffnung (16) verschließenden Nadelabschnitt (13) aufweist. Der Druckübersetzer (8) ist in einem Übersetzergehäuse (9) aufgenommen und stützt sich auf ein Federelement (27) ab, welches das Übersetzergehäuse (9) umgibt. Hierdurch wird das Übersetzergehäuse (9) auf einem das Einspritzventilglied (10) umschließenden Düsengehäuseteil (15) fixiert.

Description

Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung
Technisches Gebiet
Zur Versorgung der Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt. Insbesondere bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen wird der Einspritzdruck über einen Hochdruckspeicher bereitgestellt. Aufgrund des im Vergleich zur Einspritzmenge großen Kraftstoffvolumens im Hochdruckspeicher wer- den Druckschwankungen während des Einspritzvorganges vermieden. Der Betrieb der Kraftstoffinjektoren erfolgt hydraulisch mit dem über den Hochdruckspeicher bereit gestellten Kraftstoff.
Stand der Technik
Kraftstoffinjektoren wie sie nach dem Stand der Technik für Hochdruckspeichersysteme eingesetzt werden, sind zum Beispiel aus Mollenhauer, Handbuch Dieselmotoren, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 2002 bekannt. Bei Kraftstoffinjektoren für Hochdruckspei- chersysteme ist sowohl der Offhungs- als auch die Schließvorgang hydraulisch gesteuert. Hierzu wird ein Steueπaum, in dem sich Kraftstoff unter Einspritzdruck befindet, durch ein Steuerventil verschlossen. Der Kraftstoffdruck wirkt auf die Rückseite eines Steuerkolbens, der in den Steuerraum hinein wirkt, und auf eine Druckschulter an einem Einspritzöff un- gen verschließenden Einspritzventilglied. Dabei ist die hydraulische Kraft auf die Rück- seite des Steuerkolbens der hydraulischen Kraft, die auf die Druckschulter wirkt, entgegengesetzt. Aufgrund der größeren Fläche am Steuerkolben bleibt die Düse geschlossen. Sobald das Steuerventil den Steuerraum öffnet, wird der Druck im Steuerraum abgebaut und die hydraulische Kraft auf die Druckschulter wird größer als die auf die Rückseite des Steuerkolbens wirkende Druckkraft. Dies führt dazu, dass das Einspritzventilglied öffnet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstof injektoren erfolgt die Kraftstoffversorgung sowohl des Steuenaumes als auch eines Druckraumes, aus dem der Kraftstoff über Einspritzöffnungen in den Brennraum gelangt, über Zuleitungen im Injektorgehäuse. Zudem haben die aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren mit Einspritzventilglied, Steuerkolben und Steuerventil einen komplexen Aufbau. Ferner ist es erforderlich, bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstof injektoren Kraftstoffleitungen im Gehäuse zu fertigen.
Darstellung der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen Druckübersetzer und ein Einspritzventilglied. Das Einspritzventilglied ist vorzugsweise in einen Ubersetzerabschnitt, einen Führungsabschnitt und einen Nadelabschnitt geteilt, wobei der Nadelabschnitt des Einspritzventilgliedes zumindest eine Einspritzöffnung verschließt bzw. zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine frei gibt. Der Druckübersetzer des Kraftstoffinjektors ist in einem Ubersetzergehäuse aufgenommen und stützt sich auf ein das Ubersetzergehäuse umgebenes Federelement ab. Mit seiner anderen Seite stützt sich das Federelement auf einer am Ubersetzergehäuse ausgebildete Stufe ab, wodurch das Ubersetzergehäuse auf einem das Einspritzventilglied umschließenden Düsengehäuseteil fixiert ist. Geeignete Federelemente sind insbesondere Rohrfedern, es können jedoch auch Spiralfedern oder andere ringförmig ausgebildete Federelemente eingesetzt werden.
Der Druckübersetzer, das Ubersetzergehäuse und ein zur Betätigung des Kraftstoffinjektors eingesetzter Aktor sind durch ein Injektorgehäuseteil umschlossen, welches vorzugsweise kraftschlüssig mittels einer Düsenspannmutter, mit dem Düsengehäuseteil verbunden ist.
Der zur Ansteuerung des Kraftstoffinjektors eingesetzte Aktor ist vorzugsweise ein Piezo- aktor. Neben dem Piezoaktor können jedoch auch Elektromagneten oder hydraulisch/mechanische Steller eingesetzt werden.
Der Übersetzerabschnitt des Einspritzventilgliedes ist durch eine Hülse umschlossen, in welcher das Einspritzventilglied geführt ist. An einer dem Ubersetzergehäuse zugewandten Stirnseite der Hülse ist eine Beißkante ausgebildet. Mittels eines Federelementes, welches auf eine der Beißkante gegenüberliegende Stirnseite der Hülse wirkt, wird die Beißkante der Hülse gegen den Absatz des Übersetzergehäuses gepresst. Hierdurch entsteht eine druck- und damit flüssigkeitsdichte Verbindung. Die andere Seite des Federelementes, welches den Übersetzerabschnitt des Einspritzventilgliedes umgibt, stützt sich auf einen Ring auf, welcher in einem Einstich zwischen dem Übersetzerabschnitt und dem Führungsabschnitt des Einspritzventilgliedes angeordnet ist. Durch die Hülse und den Absatz des Übersetzergehäuses wird ein rotationssymmetrischer Übersetzenaum umschlossen, welcher an seiner dem Aktor zugewandten Seite durch eine untere Stirnfläche des Druckübersetzers und an seiner der mindestens einen Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors zugewandten Seite durch eine Stirnfläche des Übersetzerbe- reichs des Emspritzventilgliedes begrenzt wird.
Der Betrieb des Kraftstoffinjektors erfolgt hydraulisch mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff. Der Systemdruck liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1300 bis 1600 bar.
Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff strömt aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher über eine Kraftstoffzuleitung in einen den Aktor umgebenden Ringraum. Aus dem Ringraum strömt der Kraftstoff durch einen Spalt zwischen dem Druckübersetzer und der Innenwand des Injektorgehäuseteils in einen das Ubersetzergehäuse umgebenden ersten Federraum. Von dort strömt der Kraftstoff über mindestens eine Nut in der Stufe des Über- setzergehäuses auf der sich das Federelement abstützt, und die als Führung des Übersetzergehäuses, im Injektorgehäuseteil dient, über Nuten im Düsengehäuseteil und einen Ringspalt zwischen der Innenwand des Düsengehäuseteils und der Außenwand der Hülse in einem zweiten Fedenaum. Aus dem zweiten Federraum gelangt der Kraftstoff entlang einem Anschliff im Führungsabschnitt des Einspritzventilgliedes in einen den Nadelabschnitt des Einspritzventilgliedes umgebenen Druckraum. Hierdurch sind sowohl der Ringraum, der erste Fedenaum, der zweite Fedenaum und der Druckraum mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff befüllt.
Die Befüllung des Übersetzenaumes erfolgt vorzugsweise durch Führungsleckage zwi- sehen der Innenfläche der Hülse und dem Übersetzerabschnitt des Einspritzventilgliedes oder durch Führungsleckage zwischen dem Ubersetzergehäuse und dem Druckübersetzer. Für den Betrieb des Kraftstoffinjektors ist es erforderlich, dass sich der Druck im Übersetzenaum ändert. Hierdurch kann der Druck im Übersetzenaum vom Systemdruck verschieden sein und sich somit auch von dem Druck in dem den Übersetzenaum umgebenen Ringspalt unterscheiden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die durch die Beißkante an der Hülse gebildete Verbindung zwischen der Hülse und dem Absatz im Ubersetzergehäuse druckdicht ist.
Zum Schließen der mindestens einen Einspritzöffnung durch den Nadelabschnitt des Ein- spritzventilgliedes wird der Piezoaktor bestromt. Hierdurch dehnen sich die Kristalle im Piezoaktor aus und der Piezoaktor längt sich. Der Piezoaktor wirkt direkt auf eine obere Stirnfläche des Druckübersetzers, wodurch dieser bei bestromten Piezoaktor in den Übersetzenaum einfährt. Hierdurch verkleinert sich das Volumen des Übersetzenaumes und der Druck im Übersetzenaum steigt. Aufgrund des steigenden Druckes im Übersetzenaum nimmt die hydraulische Kraft, die auf die Stirnfläche des Übersetzerabschnitts des Einspritzventilgliedes wirkt, zu. Hierdurch wird das Einspritzventilglied in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung bewegt und verschließt diese. Das den Übersetzerabschnitt des Einspritzventilgliedes umgebende Federelement wirkt unterstützend beim Schließvor- gang.
Zum Öffnen der mindestens einen Einspritzöffhung wird die Bestromung des Piezoaktors aufgehoben. Hierdurch kontrahieren die Piezokristalle und der Piezoaktor zieht sich zusammen. Hierdurch bewegt sich der Druckübersetzer aus dem Übersetzenaum, wodurch sich dessen Volumen vergrößert. Unterstützend bei der Bewegung des Druckübersetzers wirkt das das Ubersetzergehäuse umgebende Federelement, welches sich auf eine Stufe am Druckübersetzer stützt.
Durch das sich vergrößernde Volumen im Übersetzenaum nimmt der Druck im Überset- zenaum ab. Hierdurch reduziert sich ebenfalls die auf die Stirnfläche des Übersetzerabschnitts des Einspritzventilgliedes wirkende hydraulische Kraft. Auf Druckstufen am Einspritzventilglied wirkt eine hydraulische Kraft, die der hydraulischen Kraft entgegengerichtet ist, die auf die Stirnfläche des Übersetzerabschnitts des Einspritzventilgliedes wirkt. Sobald die auf die Druckstufen wirkende Kraft größer ist als die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerabschnitts und die Federkraft des den Ubersetzerabschnitt umgehenden Federelementes, hebt der Nadelabschnitt des Einspritzventilgliedes aus seinem Dichtsitz und gibt die so die mindestens eine Einspritzöffhung frei.
Zum erneuten Verschließen der mindestens einen Einspritzöffhung wird der Piezoaktor wieder bestromt, wodurch sich die Piezokristalle ausdehnen und der Piezoaktor längt. Hierdurch wird der Druckübersetzer wieder in den Übersetzenaum bewegt, wodurch sich das Volumen des Übersetzenaumes ve ingert und der Druck darin ansteigt. Aufgrund des steigenden Druckes im Übersetzenaum nimmt die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerabschnitts des Einspritzventilgliedes zu. Sobald diese Kraft größer ist, als die auf die Druckstufen des Einspritzventilgliedes in entgegengesetzte Richtung wirkende hydraulische Kraft, wird der Nadelabschnitt des Einspritzventilgliedes wieder in seinen Dichtsitz gestellt und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffhung.
Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffmj ektor . Ausfυhrungsvarianten
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor dargestellt.
Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor 1 gelangt zunächst Kraftstoff aus einem Kraftstoffvonatsbehälter 2 mittels einer Hochdruckpumpe 3 über eine Hochdruckleitung 4 in eine Kraftstoffhochdruckspeicher 5. Am Kraftstoffhochdruckspeicher 5 sind Anschlüsse 6 angeordnet, die der Anzahl der Zylinder der Verbreimungslsxaftmaschine entsprechen. Jeder der Anschlüsse 6 ist über eine Kraftstoffzuleitung 7 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor 1 verbunden. Der Kraftstoffinjektor 1 um- fasst einen als Übersetzerkolben ausgebildeten Druckübersetzer 8, der in einem Ubersetzergehäuse 9 geführt ist, sowie ein Einspritzventilglied 10. Das Einspritzventilglied 10 ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 1 in einen Übersetzerab- schnitt 11, einen Führungsabschnitt 12 und einen Nadelabschnitt 13 gestuft.
Der Druckübersetzer 8, das Ubersetzergehäuse 9 und das Einspritzventilglied 10 sind in einem Gehäuse aufgenommen. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Gehäuse in ein Injektorgehäuseteil 14 und ein Düsengehäuseteil 15 aufgeteilt. Die Verbindung des hijektorgehäuseteils 14 und des Düsengehäuseteils 15 erfolgt vorzugsweise kraftschlüssig mittels eines hier nicht dargestellten Düsenspannmutter.
Weiterhin umfasst der Kraft Stoffinjektor 1 eine Einspritzöffhung 16, welche durch den Nadelabschnitt 13 des Einspritzventilgliedes 10 verschlossen werden kann. Zum Ver- schließen der Einspritzöffnung 16 wird der Nadelabschnitt 13 des Einspritzventilgliedes 10 an eine oberhalb der Einspritzöffhung 16 angeordnete Dichtkante 17 gestellt. Eine ausschließlich axiale Bewegung zum Öffnen und Verschließen der mindestens einen Einspritzöffhung 16 wird dadurch gewährleistet, dass das Einspritzventilglied 10 mit seinem Führungsabschnitt 12 in einer im Düsengehäuseteil 15 angeordneten Nadelführung 18 ge- f hrt ist. Zudem ist der Übersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10 von einer Hülse 19 umschlossen, welche ebenfalls als Nadelführung dient. Ferner dient die Hülse 19 als seitliche Begrenzung eines Übersetzenaumes 20. Hierzu ist die Hülse 19 mit einer Beißkante 21 versehen, die gegen einen Absatz 22 des Übersetzergehäuses 9 gepresst wird. Hierdurch wird eine flüssigkeits- und damit druckdichte Verbindung der Hülse 19 mit dem Absatz 22 des Übersetzergehäuses 9 eneicht.
An einer der Beißkante 21 gegenüberliegenden Stirnfläche 23 der Hülse 19 stützt sich ein Federelement 24 ab. Das Federelement 24 ist ringförmig ausgebildet und umschließt den Übersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10. Als Federelemente 24 eignen sich zum Beispiel Spiralfedern, Rohrfedern oder weitere dem Fachmann bekannte, ringförmig ausgebildete Federelemente. Mit seiner anderen Seite stützt sich das Federelement 24 gegen einen Ring 25, welcher vorzugsweise in einem Einstich 26, der sich zwischen dem Übersetzerabschnitt 11 und dem Führungsabschnitt 12 des Einspritzventilgliedes 10 befin- det, angeordnet ist.
Das Ubersetzergehäuse 9 ist von einem zweiten Federelement 27 umgeben, welches sich mit einer Seite auf einer Stufe 28 am Ubersetzergehäuse 9 und mit seiner anderen Seite an einem Ring 29, welcher an einer Stufe 30 am Druckübersetzer 8 anliegt, abstützt. Die Stufe 28 dient dabei gleichzeitig als Führung des Ubersetzergehäuses 9 im Injektorgehäuseteil 14. Durch die von dem Federelement 27 aufgebrachte Federkraft wird das Ubersetzergehäuse 9 auf einem Absatz 31 am Düsengehäuseteil 15 fixiert. Das Federelement 27 ist in einem ersten Fedenaum 32 aufgenommen, welcher zwischen dem Ubersetzergehäuse 9 und der Innenwand 33 des Injektorgehäuseteils 14 angeordnet ist. In der Stufe 28 des Über- setzergehäuses 9 ist mindestens eine Nut 34, die vorzugsweise axial ausgerichtet ist, aufgenommen. Über die mindestens eine Nut 34, im Absatz 31 am Düsengehäuseteil 15 ausgebildete Nuten 35 und einen mindestens eine Ringspalt 36, der zwischen der Außenwand 37 der Hülse 19 und der Innenwand 38 des Düsengehäuseteils 15 ausgebildet ist, steht der erste Fedenaum 32 mit einem den Übersetzerabschnitts 11 des Einspritzventilgliedes 10 umgebenden zweiten Fedenaum 39 in hydraulischer Verbindung. Hierzu sind die mindestens eine Nut 34 und die Nuten 35 im Absatz 31 des Düsengehäuseteils 15 vorzugsweise so ausgerichtet, dass ihre Positionen radial und axial übereinstimmen. Der zweite Fedenaum 39 steht über mindestens einen Kanal, der zwischen mindestens einem Anschliff 40 im Führungsabschnitt 12 des Einspritzventilgliedes 10 und der Nadelführung 18 ausgebildet ist, in hydraulischer Verbindung mit einem Druckraum 41.
Die Steuerung des Kraftstoffinjektors 1 erfolgt über einen Aktor, welcher auf eine obere Stirnfläche 42 des Druckübersetzers 8 wirkt. Als Aktor wird vorzugsweise ein Piezoaktor 43 eingesetzt. Es eignen sich aber auch Elektromagneten oder hydraulisch/mechanisch Steller.
Der Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 erfolgt hydraulisch mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff. Der Kraftstoff wird durch den Kraftstoffhochdruckspeicher 5 bereitgestellt. Über die Kraftstoffzuleitung 7 strömt der Kraftstoff in einen Ringraum 44, der den Piezo- aktor 43 umgibt. Über einen Spalt 45 zwischen dem Druckübersetzer 8 und der Innenwand 33 des hijektorgehäuseteils 14 gelangt der unter Systemdruck stehende Kraftstoff in den ersten Fedenaum 32. Über die mindestens eine Nut 34, die Nuten 35 im Absatz 31 des Düsengehäuseteils 15 und den Ringspalt 36 strömt der Kraftstoff in den zweiten Fedenaum 39. Von dort gelangt der Kraftstoff entlang dem mindestens einen Anschliff 40 in den Du- senraum 41. Aufgrund der hydraulischen Verbindungen zwischen dem Ringraum 44, dem ersten Fedenaum 32, dem zweiten Fedenaum 39 und dem Druckraum 41 henscht sowohl im Ringraum 44, als auch im ersten Fedenaum 32, dem zweiten Fedenaum 39 und dem Druckraum 41 Systemdruck. Der Systemdruck liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1300 bis 1600 bar.
Durch das im Vergleich zur Einspritzmenge große Kraftstoffvolumen im Kraftstoffhochdruckspeicher 5 bleibt auch beim Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 der Druck im Ringraum 44, im ersten Fedenaum 32, im zweiten Fedenaum 39 und im Druckraum 41 konstant.
Zum Verschließen der mindestens einen Einspritzöffnung 16 wird der Piezoaktor 43 bestromt. Hierdurch dehnen sich die Piezokristalle im Piezoaktor 43 aus und der Piezoaktor 43 längt sich. Dadurch, dass der Piezoaktor 43 direkt auf die obere Stirnfläche 42 des Druckübersetzers 8 wirkt, wird der Druckübersetzer 8 entgegen der mit dem Pfeil 46 ge- kennzeichneten Bewegungsrichtung mit einer unteren Stirnseite 47 in den Übersetzenaum 20 bewegt. Hierdurch ve ingert sich das Volumen im Übersetzenaum 20, wodurch der Druck darin steigt. Hierdurch steigt die hydraulische Kraft, die auf eine Stirnfläche 48 am Ubersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10 wirkt. Die auf die Stirnfläche 48 wirkende hydraulische Kraft ist einer auf eine erste Druckstufe 49 am Ring 25, auf eine zweite Druckstufe 50 zwischen dem Führungsabschnitt 12 und dem Nadelabschnitt 13 des Einspritzventilgliedes 10 und auf eine dritte Druckstufe 51 im Nadelabschnitt 13 des Einspritzventilgliedes 10 wirkenden hydraulischen Kraft entgegengerichtet. Sobald die auf die Stirnfläche 48 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die auf die erste Druckstufe 49, die zweite Druckstufe 50 und die dritte Druckstufe 51 wirkende hydraulische Kraft, wird das Einspritzventilglied 10 an die Dichtkante 17 gestellt und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffhung 16 zu einem Brennraum 52 der Verbrennungskraftmaschine. Das Verschließen der mindestens eine Einspritzöffnung 16 wird durch die Federkraft des Federelementes 24 unterstützt. Hierzu wirkt das Federelement 24 auf eine der ersten Druckstufe 49 gegenüberliegende Stirnfläche 54 des Ringes 25.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 52 der Verbrennungskraftmaschine wird die Bestromung des Piezoaktors 43 aufgehoben. Hierdurch kontrahieren die Piezokristalle und der Piezoaktor 43 zieht sich zusammen. Unterstützt durch die von dem Federelement 27 ausgeübte Federkraft bewegt sich der Druckübersetzer 8 in die mit dem Pfeil 46 ge- kennzeichnete Bewegungsrichtung. Hierdurch bewegt sich die untere Stirnfläche 47 des Druckübersetzers 8 aus dem Übersetzenaum 20, wodurch sich dessen Volumen vergrößert. Aufgrund des sich vergrößernden Volumens des Übersetzenaumes 20 nimmt der Druck im Übersetzenaum 20 ab. Da der Druck im Übersetzenaum 20 hierbei unter den Systemdruck sinkt, ist es erforderlich, dass die Verbindung zwischen der Hülse 19 und dem Absatz 22 im Ubersetzergehäuse 9 druckdicht ist. Die Befüllung des Übersetzenaumes 20 erfolgt durch Führungsleckage zwischen dem Ubersetzergehäuse 9 und dem Druckübersetzer 8 bzw. zwischen der Innenseite 43 der Hülse 19 und dem Ubersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10.
Aufgrund des sinkenden Drucks im Übersetzenaum 20 bei nicht bestromten Piezoaktor 43 nimmt die auf die Stirnfläche 38 des Ubersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10 wirkende hydraulische Kraft ab. Sobald die auf die erste Druckstufe 49, die zweite Druckstufe 50 und die dritte Druckstufe 51 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die hyd- raulische Kraft auf die Stirnfläche 38 und die Federkraft des Federelementes 34, hebt sich das
Einspritzventilglied 10 aus der Dichtkante 17 und gibt so die mindestens eine Einspritzöffnung 16 frei. Hierbei strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 41 über die Einspritzöffnung 16 in den Brennraum 52.
Zum Verschließen der mindestens einen Einspritzöffhung 16 wird der Piezoaktor 43 wieder bestromt. Die Piezokristalle dehnen sich dadurch aus und der Piezoaktor 43 längt sich. Hierdurch fährt der Druckübersetzer 8 wieder entgegen der mit dem Pfeil 46 gekennzeichneten Bewegungsrichtung in den Übersetzenaum 20 ein, wodurch sich das Volumen des Übersetzenaumes 20 veningert. Hierdurch vergrößert sich wiederum der Druck im Übersetzenaum 20 und damit die auf die Stirnfläche 48 des Ubersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10 wirkende hydraulische Kraft. Gleichzeitig bleibt die auf die erste Druckstufe 49, die zweite Druckstufe 50 und die dritte Druckstufe 51 wirkende hydraulische Kraft konstant, da der zweite Fedenaum 39 und der Druckraum 41 von konstant blei- bendem Systemdruck beaufschlagt sind. Sobald die auf den Ring 25 wirkende Federkraft des Federelementes 24 und die hydraulische Kraft, die auf die Stirnfläche 48 am Übersetzerabschnitt 11 des Einspritzventilgliedes 10 wirkt, größer ist als die auf die erste Druckstufe 49, die zweite Druckstufe 50 und die dritte Druckstufe 51 wirkende hydraulische Kraft, bewegt sich das Einspritzventilglied 10 in Richtung der mindestens eine Einspritz- Öffnung 16 und wird an die Dichtkante 17 gestellt. Hierdurch wird die mindestens eine Einspritzöffnung 16 verschlossen und der Einspritzvorgang in den Brennraum 52 beendet. Bezugszeichenliste
Kraftstoffinketor
Kraftstoffvonatsbehälter
Hochdruckpumpe
Hochdruckleitung
Kraftstoffhochdruckspeicher
Anschluss
Kraftstoffzuleitung
Druckübersetzer
Ubersetzergehäuse
Einspritzventilglied
Ubersetzerabschnitt
Führungsabschnitt
Nadelabschnitt
Inj ektorgehäuseteil
Düsengehäuseteil
Einspritzöffhung
Dichtkante
Nadelführung
Hülse
Übersetzenaum
Beißkante
Absatz
Stirnfläche der Hülse 19
Federelement
Ring
Einstich
Federelement
Stufe am Ubersetzergehäuse 9
Ring
Stufe am Druckübersetzer 8
Absatz am Düsengehäuseteil 15
Erster Fedenaum
Innenwand des Injektorgehäuseteils 14
Nut
Nut im Absatz 31 am Düsengehäuseteil 15
Ringspalt
Außenwand der Hülse 19 rnnenwand des Düsengehäuseteils 15
Zweiter Fedenaum
Anschliff
Druckraum
Obere Stirnfläche
Piezoaktor
Ringraum
Spalt
Bewegungsrichtung des Druckübersetzers 8
Untere Stirnfläche
Stirnfläche am Übersetzerbereich 11
Erste Druckstufe
Zweite Druckstufe
Dritte Druckstufe
Brennraum
Innenseite der Hülse 19
Stirnfläche des Rings 25

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor für Verbrennungslα-aftmaschinen mit Kraftstoffhochdruckspeicher (5), einen Druckübersetzer (8) und ein Einspritzventilglied (10) umfassend, welches zumindest einen Ubersetzerabschnitt (11) und einen mindestens eine Einspritzöffhung (16) verschließenden Nadelabschnitt (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (8) in einem Ubersetzergehäuse (9) aufgenommen ist und sich auf einem Federelement (27) abstützt, welches das Ubersetzergehäuse (9) umgibt, wodurch das Ubersetzergehäuse (9) auf einem das Einspritzventilglied (10) umschließenden Düsengehäuseteil (15) fixiert ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ubersetzergehäuse (9) von einem Injektorgehäuseteil (14) umschlossen ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (1) durch einen Piezoaktor (43) angesteuert wird.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (43) direkt auf eine obere Stirnfläche (42) des Druckübersetzers (8) wirkt.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerabschnitt (11) des Einspritzventilgliedes (10) durch eine Hülse (19) umschlossen ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (19) einen Übersetzenaum (20) seitlich begrenzt und abdichtet.
7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzenaum (20) an zwei gegenüberliegenden Seiten durch eine untere Stirnfläche (47) des Druck- Übersetzers (8) und durch eine Stirnfläche (48) des Übersetzerabschnitts (11) des Einspritzventilgliedes (10) begrenzt wird
8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (19) eine Beißkante (21) aufweist, die mittels eines den Übersetzerabschnitt (11) des Einspritz- ventilgliedes (10) umgebenden Federelementes (24) gegen einen Absatz (22) des Ubersetzergehäuses (9) gedrückt wird und so eine druckdichte seitliche Begrenzung des Übersetzenaumes (20) bildet.
9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (10) einen Führungsabschnitt (12) mit mindestens einem Anschliff (40) umfasst.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsab- schnitt (12) des Einspritzventilgliedes (10) in einer Nadelführung (18) im Düsengehäuseteil (15) geführt wird.
11. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ubersetzergehäuse mit einer Stufe (28) im Injektorgehäuseteil (14) geführt wird.
12. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Ubersetzergehäuse (9) umgebender erster Fedenaum (32) und ein den Übersetzerabschnitt (11) des Einspritzventilgliedes (10) umgebender zweiter Fedenaum (39) durch mindestens eine Nut (34) in der Stufe (28), einen Ringspalt (36) und Nuten (35) im Düsengehäuseteil (15) miteinander hydraulisch verbunden sind.
13. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Nadelabschnitt (13) des Einspritzventilgliedes (10) umgebender Druckraum (41) und der den Übersetzerabschnitt (11) des Einspritzventilgliedes (10) umgebende zweite Fedenaum (39) durch den mindestens einen Anschliff (40) in Führungsabschnitt (12) des Einspritzventilgliedes (10) miteinander hydraulisch verbunden sind.
14. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Fedenaum (32), im zweiten Fedenaum (39) und im Druckraum (41) Sys- temdruck henscht.
15. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzenaum (20) durch Führungsleckage zwischen der Hülse (19) und dem Ü- bersetzerabschnitt (11) des Einspritzventilgliedes (10) bzw. zwischen dem Übersetzer- gehäuse (9) und dem Druckübersetzer (8) mit Kraftstoff versorgt wird.
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