EP1705365B1 - Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilglieds und variabler Übersetzung - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilglieds und variabler Übersetzung Download PDF

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EP1705365B1
EP1705365B1 EP06100702A EP06100702A EP1705365B1 EP 1705365 B1 EP1705365 B1 EP 1705365B1 EP 06100702 A EP06100702 A EP 06100702A EP 06100702 A EP06100702 A EP 06100702A EP 1705365 B1 EP1705365 B1 EP 1705365B1
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EP
European Patent Office
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piston
fuel injector
spring
injection valve
valve member
Prior art date
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EP06100702A
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French (fr)
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EP1705365A3 (de
EP1705365A2 (de
Inventor
Rudolf Heinz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1705365A3 publication Critical patent/EP1705365A3/de
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/083—Having two or more closing springs acting on injection-valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector with direct control of the injection valve member and variable ratio according to the preamble of claim 1.
  • the document EP 1174 615 A2 refers to a fuel injector with a directly controlled injection valve member, which cooperates with a valve seat and thereby controls the fuel delivery of the injector.
  • An actuator arrangement and a hydraulic pressure booster device are provided which serve to transmit the movement of the actuator arrangement to the injection valve member.
  • the pressure booster device comprises a piston element, a sleeve as a Vorhubelement and a control chamber, wherein the actuator assembly cooperates with the piston element and exerts a retraction force on the piston element.
  • the pressure booster device is designed such that it pulls the injection valve member by the pulling movement of the sleeve from its seat under the action of an initial retraction force on the piston member.
  • the movement of the injection valve element is decoupled from the piston element, such that an initial movement of the injection valve member is transferred from its seat and a further movement of the injection valve member of the actuator assembly to the injection valve member by the fluid within the control chamber, wherein the pressure booster means a variable translation of the movement of the actuator assembly ensures the valve member.
  • a fuel injector includes a piezo actuator that actuates an injection valve member. This is acted upon via a spring element in the closing direction.
  • the fuel injector further includes a hydraulic coupling space, which includes a booster piston and the injection valve member hydraulically connects with each other.
  • a sleeve-shaped body is supported, which cooperates with an intermediate stroke stop for the injection valve member forming edge.
  • the out EP 1174 615 A2 known fuel injector has an unfavorable in terms of manufacturing technology structure due to its nested pistons.
  • the solution according to DE 10 2004 028 522.5 adheres to the disadvantage that in the realized there two-stage hydraulic translation of the stroke of a piezoelectric actuator when switching the translation creates a force jump. This means that the actuator used must generate the force jump by an additional stroke, but during this additional stroke, preferably designed as a nozzle needle injection valve member does not move. This in turn means that in this phase, no stroke control of the preferably designed as a nozzle needle injection valve member is possible. However, this represents a highly undesirable condition.
  • a fuel injector is proposed with a two-stage, hydraulic ratio of Aktorhubes that already builds in the switching phase or during the action of the first gear ratio, the force for the necessary force jump, without the injector is stationary and in particular during the switching of the first level of translation in the second stage of the translation does not come to a standstill.
  • a stroke of the injection valve member which can preferably be embodied as a nozzle needle, which can be controlled in the first transmission phase of the two-stage hydraulic transmission over a larger voltage range of the actuator.
  • This can be a part of a Pre-injection phase in the combustion chamber of an internal combustion engine to inject injected pilot set much more accurate.
  • the spring element is designed so that at the highest system pressure (Common rail pressure) after the full stroke h V the force required for the force jump is established. At lower pressures, the switching time is earlier.
  • the spring used can be displayed in various design variants. Common to all variants is the fact that the spring is as compact and small builds to have the smallest possible hydraulic volume in the control room.
  • the spring used for the bias can be formed as a plate spring, as a tube spring or as well as coil spring. Except as a separate single component, the spring can also be designed integrated on the piston element. This variant is very advantageous because it has little tolerance.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through a proposed inventions fuel injector with direct control of the injection valve member and a variable ratio of the stroke of a piezoelectric actuator.
  • a fuel injector 1 comprises an injector body 2, which is also referred to as a holding body.
  • the injector body 2 of the fuel injector 1 is connected via a clamping nut 4 with a nozzle body 3 to a screw 5.
  • the injector body 2 comprises a high-pressure port 6, via which a cavity formed in the injector body 2 is pressurized with system pressure p CR , for example with the fuel pressure level prevailing in a high-pressure accumulator (common rail).
  • system pressure p CR system pressure
  • a nozzle chamber inlet 11 extends to a nozzle body 3 formed in the nozzle chamber 10, which surrounds an injector member 9 can be formed, for example, as a nozzle needle.
  • a pressure stage is formed on the needle-shaped injection valve member 9.
  • the needle-shaped injection valve member 9 is acted upon in the opening direction.
  • a piezoelectric actuator 8 is received in the cavity 7 of the injector 2.
  • the piezoelectric actuator 8 is shown in the illustration FIG. 1 only schematically reproduced and includes a plurality of stacked arranged piezocrystals, which undergo a change in current when current of the piezoelectric actuator 8.
  • the piezoactuator 8 expands within the cavity 7 of the injector body 2 in the vertical direction and thereby provides the forces required for actuating the injection valve member 9.
  • a Vorhubhülse 13 encloses both a first piston 12 and a second piston 14.
  • the two mutually facing end faces of the first piston 12 and the second piston 14 and the two pistons 12 and 14 surrounding Vorhubhülse 13 define a hydraulic coupling space 23.
  • the outer diameter of the Vorhubhülse 13 is denoted by d V.
  • the disc-shaped stop 18 acts on both an inner spring element 16 and an outer spring element 17, which can be formed, for example, both as spiral springs.
  • the inner spring element 16 is supported on an end face of the Vorhubhülse 13, while the outer spring element 17 is supported on a surface of the injector body 2, which in turn surrounds the Vorhubhülse 13.
  • Both the injector body 2 and the Vorhubhülse 13 lie with their the piezoelectric actuator 8 facing away from end faces along a parting line on an upper end face of the nozzle body 3.
  • the diameter of the first piston 12 is indicated by d A.
  • control chamber 20 below the second piston 14, on which the biasing spring 21 is accommodated, is the control chamber 20, in which a control chamber spring element 15 is received.
  • the control chamber spring element 15 rests on the one hand on the piston end face 19 of the second piston 14 and on the other hand is supported on an end face of the needle-shaped injection valve member 9 from. Diameter of the needle-shaped injection valve member 9 above the nozzle chamber 10 is denoted by d N.
  • FIG. 2 shows characteristic curves with respect to the switching energy, the opening pressures and the power stroke characteristic curves of fuel injectors with or without variable translator arrangement.
  • the pressure in the coupling chamber 23 is plotted over the stroke h E of the preferably needle-shaped injection valve member 9.
  • From the opening force curve 40 for a fuel injector without stepped ratio actuated piezoelectric actuator shows that its opening pressure p ⁇ , 3 is substantially below the opening pressure p ⁇ , 1 of a fuel injector, which operates with a piezoelectric actuator 8 with stepped ratio.
  • a piezoactuator 8 operating without a stepped transmission requires a switching energy indicated by the hatched area, given by the triangle abc as shown in FIG FIG. 2 ,
  • the second opening pressure p ⁇ 2 of the preferably needle-shaped injection valve member 9 of a fuel injector 1 with piezoelectric actuator 8 and step ratio is substantially lower. Therefore, a lower actuation force for the injection valve member 9 is required, so that such a piezoelectric actuator 8 has a smaller volume, ie smaller builds and therefore takes up less space.
  • a biasing spring 21 is used as proposed according to the invention, the force is continuously built up continuously from 0 until reaching the stroke h V.
  • the injection valve member 9 can therefore be driven continuously between the voltages U crit to U min , which can be a pilot injection over a larger voltage range realized, which significantly improves the precision of the pilot injection due to the fine gradation possibilities of Aktornapssbeetzschung during the first translation phase.
  • the representation according to FIG. 3 shows a variant of the biasing spring.
  • the biasing spring 21 is formed in the form of a plate spring and extends in the axial direction of the second piston 14 seen.
  • ⁇ x a lift gap is designated, which corresponds to the Vorhubweg h V.
  • S denotes the thickness of the biasing spring 21 designed as a plate spring.
  • FIG. 3 shows that the second piston 14 has a collar 22, on the support 53, the plate spring-shaped biasing spring 21 rests.
  • the biasing spring 21 is on the other hand on an end face 52 of the Vorhubhülse 13.
  • the Vorhubhülse 13 in turn is enclosed by the injector 2 of the fuel injector 1.
  • the biasing spring 21 is arranged in the lifting gap .DELTA.x.
  • Figure 3.1 shows that radial grooves 59 are formed in the end face 52 of the Vorhubhülse for pressure equalization.
  • FIG. 4 a further embodiment of a plate-shaped biasing spring is shown. From the embodiment, it is apparent that the plate spring-shaped biasing spring 21 between the collar 22, ie its support 53 and the lower end 52 of the Vorhubhülse 13 is received. The lifting gap ⁇ x.
  • the second piston 14 and the collar 22 are two separate, separate components.
  • the plate spring designed as a biasing spring 21 the biasing force is built up. The taking place due to positive engagement entrainment of the piston 14 takes place after passing through the stroke .DELTA.x. Therefore, the functions of preload and stroke are completely separated.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the biasing spring, designed as a tube spring.
  • the biasing spring 21 may be formed as a tube spring, which can be inserted into a receiving space 54 of the Vorhubhülse 13. According to the in FIG. 5 illustrated embodiment the biasing spring 21 is supported on an upper side 52 of the receiving space 54 on the one hand and on the support 53 of the collar 22 of the second piston 14 on the other hand. With ⁇ x the lifting gap is designated, which is identical to the Vorhubweg h V.
  • Figure 5.1 is a developed view of the lateral surface 55 of a bias spring formed as a tube spring 21 to remove.
  • the Bourdon tube has a regularly or irregularly arranged pattern of slots and circular openings which may be offset with respect to each other with respect to the axis of symmetry 51 of the biasing spring 21. Due to the design of the slit width or the diameter of the circular end portions formed, the rigidity of a bias spring formed as a tube spring 21 can be adjusted and adapted to the respective purposes in an optimal manner.
  • the representation according to FIG. 6 is to be taken as a coil spring formed biasing spring.
  • the Vorhubhülse 13 has a receiving space 54 in which the coil spring formed as a biasing spring 21 is housed.
  • the biasing spring 21 according to the in FIG. 6 illustrated embodiment is based on an upper side 52 of the receiving space 54 on the one hand and on the support 53 of the collar 22 of the second piston 14 on the other hand.
  • a designed as a spiral or coil spring biasing spring 21 is a particularly cost-effective component.
  • FIG. 7 a further embodiment of a biasing spring is shown, which is formed on a piston element.
  • an integrated spring element 56 is formed on symmetrically to the axis of symmetry 51 formed second piston 14. This may have at least one contact surface 58 which abuts against the underside of the Vorhubhülse 13. To influence the spring characteristic of the integrated spring element 56, this comprises a ring groove 57 which extends in a circular manner in the integrated spring element 56.
  • the integrally formed on the second piston 14 spring element 56 is characterized mainly by the fact that this can hardly be made tolerant. With ⁇ x the lifting gap is designated, which is identical to the stroke h V of the Vorhubhülse.
  • the representation according to FIG. 8 is a fuel injector with a directly actuated via a piezoelectric actuator injection valve member with variable translator arrangement refer.
  • FIG. 8 shows that the fuel injector 1 reproduced there analogously to the in FIG. 1 shown fuel injector has a piezoelectric actuator 8 which is disposed within a cavity 7.
  • the cavity 7 is acted upon via the high pressure port 6 with system pressure p CR from a high pressure source, not shown, with fuel.
  • the injector body 2 is connected to the nozzle body 3 via a clamping sleeve 4.
  • a piston guide 73 Located between the injector 2 and the nozzle body 3, also enclosed by the clamping sleeve 4, a piston guide 73.
  • the piston guide 73 is as well as the nozzle body 3 traversed by a nozzle chamber inlet 11, which opens into the nozzle chamber 10.
  • the piezoelectric actuator 8 acts on a first piston 12, which has an outer diameter d A.
  • the first piston 12 protrudes into the coupling space 23, in which also the collar 22, in this embodiment, is connected to the injection valve member 9.
  • the pre-lifting sleeve 13 strikes against the underside of the collar 22 and is acted upon by a spring element 70, which in turn is supported in the nozzle body 3.
  • an annular gap 71 extends in the direction of the seat of the injection valve member 9.
  • the biasing spring 21 is arranged between the underside of the piston guide 73 and the front end of the Vorhubhülse 13 facing the coupling space 23.
  • FIG. 9 From the illustration according to FIG. 9 is a plate-shaped configuration variant of the biasing spring 21 shows.
  • the biasing spring 21 is supported on the one hand next to the collar 22 lying on the end face 52 of the Vorhubhülse 13 and on the other hand on a contact surface 74 on the underside of the piston guide 73 from.
  • the Vorhubhülse 13 encloses the injection valve member 9 and is located on the underside of the collar 22 at.
  • the biasing spring 21 is effective along the stroke h V , wherein the stroke h V corresponds to the lifting gap .DELTA.x.
  • Figure 9.1 shows a developed section through the piston guide 73, at the contact surface 74 radial grooves 59 are formed for pressure equalization.
  • FIG. 10 or 10.1 are further embodiments of bias springs refer to the fuel injector according to the embodiment in FIG. 8 can be used.
  • the biasing spring 21 can be used as a Bourdon tube with an angular winding cross-section 80 as shown in FIG. 10 or as a Bourdon tube according to Figure 5.1 or also with a round spring wire cross-section as shown in FIG FIG. 10.1 be made. In both cases, the thus configured biasing spring 21 is partially embedded in the piston guide 73 and is applied to this on the contact surface 74 at. The biasing spring 21 is supported on the other hand on the end face 52 of the Vorhubhülse 13. With ⁇ x the lifting gap is designated, during which bridging a biasing force build-up takes place.
  • the inventively proposed very stiff designed biasing spring 21 can be as described above both fuel injectors according to the embodiment in FIG. 1 as well as fuel injectors according to the embodiment in FIG. 8 deploy.
  • the biasing spring 21, which can be formed both as a plate spring, as a tube spring, as a helical spring or as a spring element integrated on the piston 14, avoids the in FIG. 2 shown force jump 73 and replaces this by a continuous force buildup according to the characteristic curve 44 in accordance FIG. 2 ,
  • the force for the previously required force jump 43 can be gradually built up, without the injection valve member 9 resting, but constantly moving.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilglieds und variabler Übersetzung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.
    • Stand der Technik
  • Das Dokument EP 1174 615 A2 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit einem direkt angesteuerten Einspritzventilglied, welches mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch die Kraftstoffabgabe des Injektors steuert. Es sind eine Aktoranordnung und ein hydraulische Druckübersetzungseinrichtung vorgesehen, die der Übertragung der Bewegung der Aktoranordnung an das Einspritzventilglied dienen. Die Druckübersetzungseinrichtung umfasst eine Kolbenelement, eine Hülse als ein Vorhubelement und eine Steuerkammer, wobei die Aktoranordnung mit dem Kolbenelement zusammenwirkt und eine Rückzugskraft auf das Kolbenelement ausübt. Die Druckübersetzungseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass diese bei Einwirkung einer Anfangsrückzugskraft auf das Kolbenelement das Einspritzventilglied durch die ziehende Bewegung der Hülse aus seinem Sitz zieht. Die Bewegung des Einspritzventilelementes ist vom Kolbenelement entkoppelt, derart, dass eine Anfangsbewegung des Einspritzventilgliedes aus seinem Sitz und eine weitere Bewegung des Einspritzventilgliedes von der Aktoranordnung an das Einspritzventilglied durch das Fluid innerhalb der Steuerkammer übertragen wird, wobei die Druckübersetzungseinrichtung eine variable Übersetzung der Bewegung der Aktoranordnung an das Ventilglied sicherstellt.
  • DE 10 2004 028 522.5 bezieht sich auf einen Kraftstoffmjektor mit variabler Aktorübersetzung. Ein Kraftstoffinjektor umfasst einen Piezoaktor, der ein Einspritzventilglied betätigt. Dieses ist über ein Federelement in Schließrichtung beaufschlagt. Der Kraftstoffinjektor umfasst darüber hinaus einen hydraulischen Kopplungsraum, der einen Übersetzerkolben und das Einspritzventilglied hydraulisch miteinander verbindet. Am Einspritzventilglied stützt sich ein hülsenförmiger Körper ab, der mit einer einen Zwischenhubanschlag für das Einspritzventilglied bildenden Kante zusammenwirkt.
  • Der aus EP 1174 615 A2 bekannte Kraftstoffinjektor weist einen in fertigungstechnischer Hinsicht ungünstigen Aufbau aufgrund seiner ineinander geschachtelten Kolben auf. Der Lösung gemäß DE 10 2004 028 522.5 haftet der Nachteil an, dass bei der dort realisierten zweistufigen, hydraulischen Übersetzung des Hubs eines Piezoaktors beim Umschalten der Übersetzung ein Kraftsprung entsteht. Dies bedeutet, dass der eingesetzte Aktor den Kraftsprung durch einen Zusatzhub erzeugen muss, wobei jedoch während dieses Zusatzhubs das bevorzugt als Düsennadel ausgebildete Einspritzventilglied sich nicht bewegt. Dies bedeutet wiederum, dass in dieser Phase keine Hubsteuerung des bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes möglich ist. Dies stellt jedoch einen höchst unerwünschten Zustand dar.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das oben dargestellte technische Problem, eine Stillstandsphase des Einspritzventilgliedes während des Einspritzvorganges zu vermeiden, wir mit den in den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 beschriebenen beiden Alternativen gelöst.
  • Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird ein Kraftstoffinjektor mit einer zweistufigen, hydraulischen Übersetzung des Aktorhubes vorgeschlagen, der bereits in der Umschaltphase bzw. während der Wirkung der ersten Übersetzungsstufe die Kraft für den notwendigen Kraftsprung aufbaut, ohne dass das Einspritzventil stillsteht und insbesondere beim Umschaltvorgang von der ersten Übersetzerstufe in der zweite Übersetzerstufe keinen Stillstand erfährt. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein Hub des bevorzugt als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilglieds erzielen, der in der ersten Übersetzungsphase der zweistufigen hydraulischen Übersetzung über einen größeren Spannungsbereich des Aktors gesteuert werden kann. Damit lässt sich eine im Rahmen einer Voreinspritzphase in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzende Voreinspritzmenge wesentlich genauer einstellen.
  • Es wird vorgeschlagen, ein Federelement zwischen einer Vorhubhülse und einem Kolbenelement einzubringen, das so steif ausgelegt ist, dass der Hubweg hV zwischen der Vorhubhülse und dem Kolbenelement ausreicht, um die Umschaltkraft, d.h. die für den Kraftsprung erforderliche Kraft, aufzubauen. Dadurch wird der Kraftsprung, der andernfalls nach Anschlagen des Kolbenelementes an einer Vorhubhülse auftreten würde, umgangen, sondern die Kraft wird kontinuierlich während des Durchlaufens des Hubweges hV während der ersten Übersetzungsstufe allmählich aufgebaut. Der gesamte Hubweg hV zwischen dem Kolbenelement und der Vorhubhülse kann bei Einsatz eines entsprechend dimensionierten Federelementes zur Steuerung des Einspritzventilgliedes genutzt werden. Der Umschatzeitpuntkt ist druckbhängig.
  • Das Federelement ist so ausgelegt, dass bei höchstem Systemdruck (Common-Rail-Druck) nach dem vollen Hubweg hV die für den Kraftsprung erforderliche Kraft aufgebaut ist. Bei kleineren Drücken liegt der Umschaltzeitpunkt früher.
  • Die eingesetzte Feder ist in verschiedenen Ausführungsvarianten darstellbar. Sämtlichen Ausführungsvarianten gemeinsam ist der Umstand, dass die Feder möglichst kompakt und klein baut, um ein möglichst kleines hydraulisches Volumen im Steuerraum zu haben. Die zur Vorspannung eingesetzte Feder kann als Tellerfeder, als Rohrfeder oder auch als auch Schraubenfeder ausgebildet werden. Außer als separates Einzelbauteil, kann die Feder auch am Kolbenelement integriert ausgeführt werden. Diese Ausführungsvariante ist sehr vorteilhaft, da sie wenig toleranzbehaftet ist.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfmdung nachstehend detaillierter beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilgliedes mittels eines mit einer Vorhubhülse gekoppelten Übersetzerkolbens,
    Figur 2
    die einander gegenübergestellten Kennlinienverläufe hinsichtlich der Schaltenergie, der Öffnungsdrücke und der Krafthubkennlinien von Kraftstoffinjektoren mit bzw. ohne variable Übersetzeranordnung,
    Figur 3
    eine als Tellerfeder ausgebildete Feder zur Vorspannung,
    Figur 3.1
    einen abgewickelten Schnittverlauf durch die Vorhubhülse,
    Figur 4
    ein ebenfalls als Tellerfeder ausgebildetes Federelement,
    Figur 5
    eine Ausführungsvariante des Federelementes als Rohrfeder,
    Figur 6
    eine Ausführungsvariante des Federelementes als Schraubenfeder,
    Figur 7
    eine am Kolbenelement integrierte Feder,
    Figur 8
    einen Kraftstoffmjektor mit über einen Piezoaktor direkt betätigbaren Einspritzventilglied mit variabler Übersetzeranordnung,
    Figur 9
    ein Federelement zum Einsatz am Kraftstoffinjektor gemäß Figur 8 in einer ersten Ausführungsvariante,
    Figur 9.1
    einen abgewickelten Schnittverlauf durch eine Kolbenführung zur Darstellung von Radialnuten,
    Figur 10
    ein Federelement in einer weiteren Ausführungsvariante zum Einsatz an dem in Figur 8 dargestellten Kraftstoffinjektor und
    Figur 10.1
    eine alternative Ausführungsvariante des Federelements.
    Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des Einspritzventilgliedes und einer variablen Übersetzung des Hubweges eines Piezoaktors zu entnehmen.
  • Ein Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2, der auch als Haltekörper bezeichnet wird. Der Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 ist über eine Spannmutter 4 mit einem Düsenkörper 3 an eine Verschraubung 5 verbunden. Der Injektorkörper 2 umfasst einen Hochdruckanschluss 6, über welchen ein im Injektorkörper 2 ausgebildeter Hohlraum mit Systemdruck pCR, so z.B. mit dem in einem Hochdruckspeicher (common rail) herrschenden Kraftstoffdruckniveau beaufschlagt ist. Vom Hohlraum 7 des Injektorkörpers 2 verläuft ein Düsenraumzulauf 11 zu einem im Düsenkörper 3 ausgebildeten Düsenraum 10, der ein z.B. als Düsennadel ausbildbares Einspritzventilglied 9 umgibt. Im Bereich des Düsenraums 10, der ebenfalls mit Systemdruck beaufschlagt ist, ist am nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilglied 9 eine Druckstufe ausgebildet. Durch den im Düsenraum 10 herrschenden Systemdruck wird das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 9 in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
  • Im Hohlraum 7 des Injektorkörpers 2 ist ein Piezoaktor 8 aufgenommen. Der Piezoaktor 8 ist in der Darstellung gemäß Figur 1 nur schematisch wiedergegeben und umfasst eine Vielzahl von übereinander geschichtet angeordneten Piezokristallen, welche bei Bestromung des Piezoaktors 8 eine Längenänderung erfahren. Dadurch dehnt sich der Piezoaktor 8 innerhalb des Hohlraumes 7 des Injektorkörpers 2 in vertikale Richtung aus und stellt dadurch die zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 9 erforderlichen Kräfte zur Verfügung. Wird die Bestromung des Piezoaktors hingegen teilweise bzw. vollständig aufgehoben, so nehmen die einzelnen, in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Piezokristalle wieder ihre ursprüngliche Länge - in vertikale Richtung gesehen - an, so dass der Piezoaktor 8 als Ganzes gesehen wieder seine ursprüngliche Länge im nichtbestromten Zustand annimmt.
  • Der Darstellung gemäß Figur 1 ist entnehmbar, dass eine Vorhubhülse 13 sowohl einen ersten Kolben 12 als auch einen zweiten Kolben 14 umschliesst. Die beiden einander zuweisenden Stirnseiten des ersten Kolbens 12 und des zweiten Kolbens 14 sowie die beide Kolben 12 und 14 umgebende Vorhubhülse 13 begrenzen einen hydraulischen Kopplungsraum 23. Der Außendurchmesser der Vorhubhülse 13 ist mit dV bezeichnet.
  • Am ersten Kolben 12 befindet sich ein scheibenförmig ausgebildeter Anschlag 18, der an der Unterseite des Piezoaktors 8 anliegt. Der scheibenförmig ausgebildete Anschlag 18 beaufschlagt sowohl ein inneres Federelement 16 als auch ein äußeres Federelement 17, die beispielsweise beide als Spiralfedern ausgebildet werden können. Das innere Federelement 16 stützt sich auf einer Stirnseite der Vorhubhülse 13 ab, während sich das äußere Federelement 17 auf einer Fläche des Injektorkörpers 2 abstützt, der seinerseits die Vorhubhülse 13 umschließt. Sowohl der Injektorkörper 2 als auch die Vorhubhülse 13 liegen mit ihren dem Piezoaktor 8 abgewandten Stirnflächen entlang einer Trennfuge an einer oberen Planfläche des Düsenkörpers 3 an. Der Durchmesser des ersten Kolbens 12 ist durch dA bezeichnet.
  • Unterhalb der Vorhubhülse 13 liegend ist im Düsenkörper 3 des Kraftstoffinjektors 1 gemäß der Darstellung in Figur 1 ein Hohlraum ausgebildet. In diesem Hohlraum ist der zweite Kolben 14 aufgenommen, dessen verjüngtes Ende in der Vorhubhülse 13 hineinragt und innerhalb des Kopplungsraumes 23 der Stirnseite des ersten Kolbens 12 gegenüberliegt. Am zweiten Kolben 14 ist eine Vorspannfeder 21 aufgenommen, welche sich einerseits an einem Bund 22 des zweiten Kolbens 14 und andererseits an einer unteren Stirnfläche der Vorhubhülse 13 abstützt. Über eine nicht näher dargestellte Bohrung stehen der Hohlraum und ein eine Kolbenstirnfläche 19 des zweiten Kolbens 14 beaufschlagender Steuerraum 20 hydraulisch in Verbindung. In der Darstellung gemäß Figur 1 liegt die Kolbenstirnfläche 19 in einer Planfläche des Düsenkörpers 3 oberhalb des darin aufgenommenen Einspritzventilgliedes 9 an.
  • Unterhalb des zweiten Kolbens 14, an welchem die Vorspannfeder 21 aufgenommen ist, befmdet sich der Steuerraum 20, in welchem ein Steuerraum-Federelement 15 aufgenommen ist. Das Steuerraum-Federelement 15 liegt einerseits an der Kolbenstirnfläche 19 des zweiten Kolbens 14 an und stützt sich andererseits auf einer Stirnfläche des nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 9 ab. Durchmesser des nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 9 oberhalb des Düsenraums 10 ist durch dN bezeichnet.
  • Der Darstellung gemäß Figur 2 sind einander gegenübergestellte Kennlinienverläufe hinsichtlich der Schaltenergie, der Öffnungsdrücke und der Krafthubkennlinien von Kraftstoffinjektoren mit bzw. ohne variable Übersetzeranordnung zu entnehmen. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist der Druck im Kopplungsraum 23 über den Hub hE des bevorzugt nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 9 aufgetragen. Aus dem Öffnungskraftverlauf 40 für einen einen Kraftstoffinjektor ohne Stufenübersetzung betätigenden Piezoaktor geht hervor, dass dessen Öffnungsdruck pÖ,3 wesentlich unter dem Öffnungsdruck pÖ,1 eines Kraftstoffinjektors liegt, der mit einem Piezoaktor 8 mit Stufenübersetzung arbeitet. Entsprechend des Öffnungskraftverlaufes 40 benötigt ein ohne Stufenübersetzung arbeitender Piezoaktor 8 eine durch den schraffierten Bereich angedeutete Schaltenergie, gegeben durch das Dreieck a-b-c gemäß der Darstellung in Figur 2.
  • Demzufolge liegt der zweite Öffnungsdruck pÖ2 des bevorzugt nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 9 eines Kraftstoffinjektors 1 mit Piezoaktor 8 und Stufenübersetzung wesentlich niedriger. Daher ist auch eine geringere Betätigungskraft für das Einspritzventilglied 9 erforderlich, so dass ein derartiger Piezoaktor 8 ein geringeres Bauvolumen aufweist, d.h. kleiner baut und daher weniger Platz beansprucht.
  • Gemäß des Öffnungskraftverlaufes 41 für einen Kraftstoffinjektor mit Piezoaktor 8 und Stufenübersetzung nimmt der Druck p im Kopplungsraum 23 bei Erreichen des Vorhubes hV ab, um nach einem Kraftsprung - angedeutet durch Bezugszeichen 43 in Figur 2 - wieder stark anzusteigen und dann degressiv in Richtung auf Systemdruck pCR abzufallen. Bei Erreichen des maximalen Öffnungshubes hmax des nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 9 ist der Druck p im Kopplungsraum 23 mit dem Systemdruck pCR identisch. Die Schaltenergie eines Kraftstoffinjektors, dessen Einspritzventilglied 9 mit einem Piezoaktor 8 direkt angesteuert wird, liegt - vgl. Bezugszeichen 42 und gestrichelter Bereich in Figur 2 - erheblich niedriger, so dass ein dementsprechender Piezoaktor 8 kleiner ausgelegt werden kann, ohne die Funktion eines Kraftstoffinjektors 1 mit direkt angesteuertem, nadelförmig ausbildbaren Einspritzventilgliedes 9 zu beeinträchtigen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene in mehreren Ausführungsvarianten ausbildbare Vorspannfeder 21 und deren steife Auslegung ist es möglich, dass der in Figur 2 dargestellte Kraftsprung 43 umgangen wird und durch einen kontinuierlichen Kraftaufbau gemäß des Linienzuges 44 ersetzt wird. Im Gegensatz zum Kraftsprung 43 kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene, sehr steif ausgelegte Vorspannfeder 21 erreicht werden, dass die Umschaltkraft während des Hubweges hV innerhalb der ersten Übersetzungsstufe allmählich aufgebaut wird. Der Übergang zur zweiten Übersetzungsstufe erfolgt dann nicht mehr im Rahmen eines Kraftsprungs 43 - wie in Figur 2 dargestellt - sondern kontinuierlich. Die Spannung des Aktors 8 kann bei Vorliegen eines Kraftsprunges 43, wie in Figur 2 dargestellt, zwischen Ukrit und Umin zur Steuerung des Einspritzventilglieds 9 gesteuert werden, da hier normalerweise der Kraftsprung 43 vorliegt. Wird hingegen eine Vorspannfeder 21 wie erfindungsgemäß vorgeschlagen eingesetzt, wird die Kraft kontinuierlich von 0 bis zum Erreichen des Hubweges hV allmählich kontinuierlich aufgebaut. Wie Figur 2 entnehmbar ist, kann das Einspritzventilglied 9 demnach kontinuierlich zwischen den Spannungen Ukrit bis Umin angesteuert werden, wodurch sich eine Voreinspritzung über einen größeren Spannungsbereich realisieren lässt, was die Präzision der Voreinspritzmenge aufgrund der feinen Abstufungsmöglichkeiten der Aktorspannungsbeaufschlagung während der ersten Übersetzungsphase, erheblich verbessert.
  • Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine Ausführungsvariante der Vorspannfeder zu entnehmen.
  • Gemäß dieser Ausführungsvariante ist die Vorspannfeder 21 in Form einer Tellerfeder ausgebildet und erstreckt sich in axiale Richtung des zweiten Kolbens 14 gesehen. Mit Δx ist ein Hubspalt bezeichnet, der dem Vorhubweg hV entspricht. s bezeichnet die Dicke der als Tellerfeder ausgeführten Vorspannfeder 21.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der zweite Kolben 14 einen Bund 22 aufweist, auf dessen Auflage 53 die tellerfederförmig ausgebildete Vorspannfeder 21 aufliegt. Die Vorspannfeder 21 liegt andererseits an einer Stirnseite 52 der Vorhubhülse 13 an. Die Vorhubhülse 13 ihrerseits ist vom Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 umschlossen. Die Vorspannfeder 21 ist im Hubspalt Δx angeordnet. Figur 3.1 zeigt, dass in der Stirnseite 52 der Vorhubhülse Radialnuten 59 zum Druckausgleich ausgebildet sind.
  • Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine weitere Ausführungsvariante einer tellerförmig ausgebildeten Vorspannfeder zu entnehmen. Aus der Ausführungsvariante geht hervor, dass die tellerfederförmig ausgebildete Vorspannfeder 21 zwischen dem Bund 22, d.h. dessen Auflage 53 und der unteren Stirnseite 52 der Vorhubhülse 13 aufgenommen ist. Der Hubspalt Δx. Gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante stellen der zweite Kolben 14 und der Bund 22 zwei separate, voneinander getrennte Bauteile dar. Mittels der als Tellerfeder ausgebildeten Vorspannfeder 21 wird die Vorspannkraft aufgebaut. Die aufgrund von Formschluss erfolgende Mitnahme des Kolbens 14 erfolgt nach Durchfahren des Hubweges Δx. Daher sind die Funktionen Vorspannkraftaufbau und Hubanschlag vollständig voneinander getrennt.
  • Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Vorspannfeder, ausgebildet als Rohrfeder.
  • Die Vorspannfeder 21 kann als Rohrfeder ausgebildet werden, die in einen Aufnahmeraum 54 der Vorhubhülse 13 eingelassen werden kann. Gemäß der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante der Vorspannfeder 21 stützt sich diese an einer Oberseite 52 des Aufnahmeraumes 54 einerseits und auf der Auflage 53 des Bundes 22 des zweiten Kolbens 14 andererseits ab. Mit Δx ist der Hubspalt bezeichnet, der identisch zum Vorhubweg hV ist.
  • Figur 5.1 ist eine abgewickelte Darstellung der Mantelfläche 55 einer als Rohrfeder ausgebildeten Vorspannfeder 21 zu entnehmen. Die Rohrfeder weist ein regelmäßig oder unregelmäßig angeordnetes Muster von Schlitzen und kreisförmig verlaufenden Durchbrüchen auf, die versetzt zueinander in Bezug auf die Symmetrieachse 51 der Vorspannfeder 21 angeordnet sein können. Aufgrund der Auslegung der Schlitzbreite bzw. des Durchmessers der kreisförmig ausgebildeten Endbereiche kann die Steifigkeit einer als Rohrfeder ausgebildeten Vorspannfeder 21 eingestellt werden und an die jeweiligen Einsatzzwecke in optimaler Weise angepasst werden.
  • Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine als Spiralfeder ausgebildete Vorspannfeder zu entnehmen.
  • Analog zur Darstellung gemäß Figur 5 umfasst in dieser Ausführungsvariante die Vorhubhülse 13 einen Aufnahmeraum 54, in dem die als Spiralfeder ausgebildete Vorspannfeder 21 untergebracht ist. Die Vorspannfeder 21 gemäß der in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante stützt sich an einer Oberseite 52 des Aufnahmeraums 54 einerseits und auf der Auflage 53 des Bundes 22 des zweiten Kolbens 14 andererseits ab. Eine als Spiral- oder Schraubenfeder ausgeführte Vorspannfeder 21 stellt ein besonders kostengünstiges Bauteil dar.
  • Der Darstellung gemäß Figur 7 ist eine weitere Ausführungsvariante einer Vorspannfeder zu entnehmen, die an einem Kolbenelement ausgebildet ist.
  • Gemäß der in Figur 7 dargestellten Ausführungsvariante ist am symmetrisch zur Symmetrieachse 51 ausgebildeten zweiten Kolben 14 ein integriertes Federelement 56 ausgebildet. Dieses kann mindestens eine Kontaktfläche 58 aufweisen, welche an der Unterseite der Vorhubhülse 13 anschlägt. Zur Beeinflussung der Federcharakteristik des integrierten Federelementes 56 umfasst dieses eine Ringkehle 57, welche sich kreisförmig im integrierten Federelement 56 erstreckt. Das am zweiten Kolben 14 integriert ausgebildete Federelement 56 zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass dieses kaum toleranzbehaftet gefertigt werden kann. Mit Δx ist der Hubspalt bezeichnet, der identisch zum Hubweg hV der Vorhubhülse ist.
  • Der Darstellung gemäß Figur 8 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem über einen Piezoaktor direkt betätigbaren Einspritzventilglied mit variabler Übersetzeranordnung zu entnehmen.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 8 geht hervor, dass der dort wiedergegebene Kraftstoffinjektor 1 analog zum in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektor einen Piezoaktor 8 aufweist, der innerhalb eines Hohlraums 7 angeordnet ist. Der Hohlraum 7 wird über den Hochdruckanschluss 6 mit Systemdruck pCR von einer nicht näher dargestellten Hochdruckquelle mit Kraftstoff beaufschlagt. Der Injektorkörper 2 ist über eine Spannhülse 4 mit dem Düsenkörper 3 verbunden. Zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Düsenkörper 3 befindet sich, ebenfalls von der Spannhülse 4 umschlossen, eine Kolbenführung 73. Die Kolbenführung 73 ist ebenso wie der Düsenkörper 3 von einem Düsenraumzulauf 11 durchzogen, der im Düsenraum 10 mündet. Der Piezoaktor 8 beaufschlagt einen ersten Kolben 12, der einen Außendurchmesser dA aufweist. Der erste Kolben 12 ragt in den Kopplungsraum 23 hinein, in welchem ebenfalls der Bund 22, in dieser Ausführungsvariante mit dem Einspritzventilglied 9 verbunden ist. Zwischen dem Bund 22 und der dem Kopplungsraum 23 zuweisenden Stirnseite des ersten Kolbens 12 befindet sich ein Steuerraum-Federelement 15. Die Vorhubhülse 13 schlägt an der Unterseite des Bundes 22 an und ist über ein Federelement 70 beaufschlagt, welches sich seinerseits im Düsenkörper 3 abstützt. Vom Düsenraum 10 aus verläuft ein Ringspalt 71 in Richtung des Sitzes des Einspritzventilgliedes 9. Über den Ringspalt 71 strömt unter Systemdruck pCR stehender Kraftstoff den in Figur 8 nicht dargestellten Einspritzöffnungen am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 3 zu. In der Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors 1 gemäß Figur 8 ist die Vorspannfeder 21 zwischen der Unterseite des der Kolbenführung 73 und der dem Kopplungsraum 23 zuweisenden Stirnseite der Vorhubhülse 13 angeordnet.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 9 geht eine tellerförmig konfigurierte Ausführungsvariante der Vorspannfeder 21 hervor. Die Vorspannfeder 21 stützt sich einerseits neben dem Bund 22 liegend an der Stirnseite 52 der Vorhubhülse 13 und andererseits an einer Anlagefläche 74 an der Unterseite der Kolbenführung 73 ab. Das symmetrisch zur Symmetrieachse 51 ausgebildete Einspritzventilglied 9 weist einen Durchmesser dN auf. Die Vorhubhülse 13 umschließt das Einspritzventilglied 9 und liegt an der Unterseite des Bundes 22 an. Die Vorspannfeder 21 ist entlang des Hubweges hV wirksam, wobei der Hubweg hV dem Hubspalt Δx entspricht.
  • Figur 9.1 zeigt einen abgewickelten Schnitt durch die Kolbenführung 73, an deren Anlagefläche 74 Radialnuten 59 zum Druckausgleich ausgebildet sind.
  • Den Darstellungen gemäß der Figur 10 bzw. 10.1 sind weitere Ausführungsvarianten von Vorspannfedern zu entnehmen, die am Kraftstoffinjektor gemäß der Ausführung in Figur 8 eingesetzt werden können.
  • Die Vorspannfeder 21 kann als Rohrfeder mit einem eckigen Windungsquerschnitt 80 gemäß der Darstellung in Figur 10 oder als Rohrfeder gemäß Figur 5.1 oder auch mit einem runden Federdrahtquerschnitt gemäß der Darstellung in Figur 10.1 gefertigt werden. In beiden Fällen ist die derart ausgestaltete Vorspannfeder 21 teilweise in die Kolbenführung 73 eingelassen und liegt an dieser an der Anlagefläche 74 an. Die Vorspannfeder 21 stützt sich andererseits auf der Stirnseite 52 der Vorhubhülse 13 ab. Mit Δx ist der Hubspalt bezeichnet, während dessen Überbrückung ein Vorspannkraftaufbau erfolgt.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene sehr steif ausgelegte Vorspannfeder 21 lässt sich wie oben stehend beschrieben sowohl an Kraftstoffinjektoren gemäß der Ausführungsvariante in Figur 1 als auch Kraftstoffinjektoren gemäß der Ausführungsvariante in Figur 8 einsetzen. Die Vorspannfeder 21, die sowohl als Tellerfeder, als Rohrfeder, als Schraubenfeder oder auch als am Kolben 14 integriertes Federelement ausgebildet werden kann, vermeidet den in Figur 2 dargestellten Kraftsprung 73 und ersetzt diesen durch einen kontinuierlich erfolgenden Kraftaufbau gemäß der Kennlinie 44 gemäß Figur 2. Damit lässt sich während der Wirkung der ersten Übersetzungsstufe die Kraft für den bisher erforderlichen Kraftsprung 43 allmählich aufbauen, ohne dass das Einspritzventilglied 9 stillsteht, sondern ständig in Bewegung bleibt. Damit lässt sich innerhalb der ersten Übersetzungsstufe aufgrund eines erweiterten Spannungsbereiches zwischen Ukrit und Umin des Aktors 8 die Voreinspritzmenge wesentlich genauer einstellen als dies bei Kraftstoffinjektoren mit Druckübersetzung möglich war, die beim Umschalten von der ersten Übersetzungsstufe in die zweite Übersetzungsstufe einen Kraftsprung 43 gemäß der Darstellung in Figur 2 aufweisen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftstoffinjektor
    2
    Injektorkörper (Haltekörper)
    3
    Düsenkörper
    4
    Spannhülse
    5
    Verschraubung
    6
    Hochdruckanschluss (pCR)
    7
    Hohlraum
    8
    Aktor
    9
    Einspritzventilglied
    10
    Düsenraum
    11
    Düsenraumzulauf
    12
    erster Kolben
    13
    Vorhubhülse
    14
    zweiter Kolben
    15
    Steuerraum-Federelement
    16
    inneres Federelement
    17
    äußeres Federelement
    18
    Anschlag
    dA
    Durchmesser erster Kolben 12
    dN
    Durchmesser Einspritzventilglied 9
    19
    Kolbenstirnfläche zweiter Kolben 14
    hV
    Vorhubweg
    20
    Steuerraum
    21
    Vorspannfeder
    22
    Bund
    23
    Kopplungsraum
    pö
    Öffnungsdruck
    a,b,c
    Schaltenergie Aktor ohne Stufen-Übersetzung
    pÖ,1
    Öffnungsdruck für Hubbeginn
    pÖ,2
    Öffnungsdruck nach Umschaltung Übersetzungsverhältnis
    pÖ,3
    Öffnungsdruck ohne Stufen-Übersetzung
    Umax
    Maximalspannung
    Ukrit
    Umschaltspannung
    Umin
    Minimalspannung
    hmax
    Maximalhub Einspritzventilglied 9
    40
    Öffnungskraftverlauf Kraftstoffinjektor ohne Übersetzungsumschaltung
    41
    Öffnungskraftverlauf Kraftstoffinjektor mit Übersetzungsumschaltung
    42
    Schaltenergieaktor mit Stufenübersetzung
    pCR
    Systemdruck
    43
    Kraftsprung
    44
    kontinuierlicher Kraftverlauf
    Δx
    Hubspalt
    s
    Dicke Federelement (Tellerfeder)
    50
    Trennfuge
    51
    Symmetrieachse
    52
    Stirnseite Vorhubhülse
    53
    Auflagefläche Bund 22
    54
    Aufnahmeraum
    55
    abgewickelte Mantelfläche Rohrfeder
    56
    integriertes Federelement
    57
    Ringkehle
    58
    Kontaktfläche
    59
    Radialnut
    70
    Federelement Vorhubhülse
    71
    Ringspalt dV Durchmesser Vorhubhülse
    73
    Kolbenführung
    74
    Anlagefläche
    80
    eckiger Windungsquerschnitt
    81
    runder Windungsquerschnitt

Claims (7)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer mindestens zweistufigen oder mit einer variablen Druckübersetzung sowie einem Aktor (8), mit welchem ein Einspritzventilglied (9) betätigbar ist sowie einem Vorhubelement (13), welches während der Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes (9) einen Vorhubweg hv bis zum Erreichen eines Umschaltpunktes der Druckübersetzung zurücklegt, wobei ein Vorspann-Federelement (21) dem Einspritzventilglied (9) oder einem zweiten Kolben (14) zugeordnet ist, und wobei das Vorhubelement (13) als Hülse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse entweder einen ersten Kolben (12) und einen zweiten Kolben (14) umschließt oder im Kopfbereich des Einspritzventilgliedes (9) federbeaufschlagt aufgenommen ist, und dass das Vorspann-Federelement (21) an einer Auflagefläche (53) eines Bundes (22) des zweiten Kolbens (14) aufgenommen ist und sich an einer Stirnseite (52) des Vorhubelementes (13) abstützt oder auf einer Stirnseite (52) des Vorhubelementes (13) aufgenommen ist und sich an einer Anschlagfläche (74) einer Kolbenführung (73) abstützt, derart, dass das Vorspann-Federelement (21) die zum Umschalten der Druckübersetzung von einem ersten Öffnungsdruck pÖ,1 auf einen zweiten Öffnungsdruck pÖ,2 erforderliche Kraft während eines Vorhubweges hv (44) kontinuierlich aufbaut
  2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den zweiten Kolben (14) integrierte Federelement (56) eine Kontaktfläche (58) umfasst, welche sich an der Stirnseite (52) des Vorhubelementes (13) abstützt.
  3. Kraftstoffinjektor gemäß Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder an der Stirnseite (52) des Vorhubelements (13) oder an der Anlagefläche (74) der Kolbenführung (73) Radialnuten (59) zum Druckausgleich ausgebildet sind.
  4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspann-Federelement (21) als Tellerfeder, als Rohrfeder, als Schraubenfeder oder als in den ersten Kolben (14) integriertes Federelement (56) ausgebildet ist.
  5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen des Vorspann-Federelementes (21) rechteckförmig (80), polygonförmig oder kreisrund (81) ausgeführt sind.
  6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspann-Federelement (21) eine Querschnittsschwächung (57) aufweist.
  7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8) während der Passage des Vorhubweges hV (44) zur Steuerung einer Voreinspritzmenge mit einer zwischen Ukrit und Umin liegenden Spannung angesteuert ist und dass Einspritzventilglied (9) nach der Passage der dem Vorhubweg hV (44) entsprechenden Druckübersetzungsstufe kontinuierlich über den Umschaltpunkt weiter bewegt wird.
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