EP1865189A2

EP1865189A2 - Kraftstoffinjektor mit einem niederdruckseitig angeordneten Piezosteller

Info

Publication number: EP1865189A2
Application number: EP07106975A
Authority: EP
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: DE102006026381A1; EP1865189B1; EP1865189A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (10, 130), der über einen Hochdruckspeicherraum (12) mit unter einem Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Es ist ein Aktor (70) vorgesehen, der einen Ventilkolben (94) eines Schaltventils (92) betätigt. Über dieses ist entweder ein Differenzdruckraum (24) eines Druckverstärkers (18) und ein Steuerraum (40) oder ein Steuerraum (40) mit einem Niederdruckbereich (80) hydraulisch verbindbar. Der Aktor (70) ist mit einer Schutzbeschichtung (74) versehen. Der als Piezosteller ausgebildete Aktor (70) ist im Niederdruckbereich (80) des Kraftstoffinjektors (10, 130) angeordnet und betätigt den Ventilkolben (94) direkt, der zumindest nahezu druckausgeglichen ist

Description

Stand der Technik

DE 102 47 903 A1 bezieht sich auf eine druckverstärkte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit innenliegender Steuerleitung. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen mehrteiligen Injektorkörper, in welchem ein Druckübersetzer aufgenommen ist. Der Druckübersetzer ist über einen Differenzdruckraum betätigbar und umfasst einen Druckübersetzerkolben, der einen Arbeitsraum vom Differenzdruckraum trennt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst ein oberhalb des Injektorkörpers angeordnetes Schaltventil, über welchen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung betätigbar ist. Eine Druckänderung im Differenzdruckraum des Druckübersetzers erfolgt über eine zentrale Steuerleitung, die sich durch den Druckübersetzerkolben des Druckübersetzers erstreckt. Gemäß der aus DE 102 47 903 A1 dargestellten Lösung befindet sich der Aktor in Form eines elektromagnetischen Schaltventils außerhalb des Injektorkörpers.
DE 103 35 340 A1 bezieht sich auf ein Steuerventil für einen einen Druckübersetzer enthaltenden Kraftstoffinjektor. Aus DE 103 35 340 A1 geht hervor, dass zur Betätigung eines Druckübersetzers, welcher im Kraftstoffinjektor aufgenommen ist, ein Servoventil dient. Der Druckübersetzer weist einen Arbeitsraum auf, der durch einen Übersetzerkolben von einem Differenzdruckraum getrennt ist. Eine Druckänderung im Differenzdruckraum des Druckübersetzers erfolgt über das Servoventil, welchem ein dieses betätigendes elektromagnetisches Schaltventil zugeordnet ist. Der Steuerraum des Servoventils ist sowohl mit einer Hochdruckquelle verbindbar als auch in einen niederdruckseitigen Rücklauf druckentlastbar. Zur Erzeugung einer schnellen Schließbewegung ist am Ventilkolben des Servoventils zwischen dem Steuerraum und einem hydraulischen Raum eine in Schließrichtung des Ventilkolbens wirkende Druckstufe ausgebildet. Gemäß der aus DE 103 35 340 A1 dargestellten Lösung sind im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors sowohl das Servoventil als auch das dieses steuernde Schaltventil aufgenommen. Beim Schaltventil handelt es sich um einen elektromagnetischen Steller.
Bei Kraftstoffinjektoren, in denen wie in DE 103 35 340 A1 vorgeschlagen, Servoventile eingesetzt werden, sind über diesen eine große Rücklaufmenge, die vom Druckverstärker herrührt, zu steuern. Zur Betätigung des Servoventils ist in der Regel ein separates, von diesem getrenntes Schaltventil erforderlich. Servoventile sind durch zahlreiche Einzelteile gekennzeichnet, die in entsprechenden Toleranzen gefertigt werden müssen. Servoventile benötigen daher eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit, was eine aufwendige und teure Fertigung nach sich zieht.
An Kraftstoffinjektoren kommen daher piezoelektrische Steller zum Einsatz. Bei den piezoelektrischen Stellern wird ein hydraulischer Koppler eingesetzt, um einen Ausgleich von Temperaturdehnungen des piezoelektrischen Stellers und eine Hubübersetzung des nur geringe Hubwege ausführenden piezoelektrischen Stellers zu erreichen. Wird der piezoelektrische Steller dabei dem Systemdruck, d.h. dem in einem Hochdrucksammelraum herrschenden Druckniveau in der Größenordnung von 1600 bar und mehr ausgesetzt, wird die Abdichtung des piezoelektrischen Stellers gegenüber dem Systemdruck erforderlich. Dazu ist eine Beschichtung des piezoelektrischen Stellers nötig, die dem dauernd anstehenden hohen Systemdruck über die Lebensdauer des piezoelektrischen Stellers standhalten muss. Hierfür gibt es derzeit noch keine serientaugliche Lösung.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors einen direktschaltenden Piezosteller einzusetzen. Dieser Piezosteller wird im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet. Dadurch entstehen keine oder nur sehr geringe Druckbelastungen auf eine Schutzbeschichtung, die an der Außenfläche des Piezostellers angebracht ist. Der im Niederdruckbereich eines Kraftstoffinjektors herrschende Druck liegt deutlich unterhalb des Systemdrucks, welcher zum Beispiel im Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors ansteht und dem Druckniveau entspricht, mit dem ein Hochdruckspeicherraum (Common Rail) beaufschlagt ist. Aufgrund der nicht vorhandenen oder nur sehr geringen Druckbelastungen auf die Aktorschutzbeschichtung wird eine ausreichend hohe Lebensdauer solcher Beschichtungen erreicht und damit ein Serieneinsatz eines derart ausgebildeten Kraftstoffinjektors, der über einen Piezosteller angesteuert wird, erreicht.
Durch die optimierte konstruktive Auslegung mit einem bevorzugt invers arbeitenden Piezosteller und der Realisierung eines mechanischen Temperaturausgleichs wird andererseits eine sehr geringe Bauhöhe und damit ein kleines Bauvolumen des Kraftstoffinjektors erreicht und andererseits eine kostengünstige Gesamtkonstruktion. Der Aufbau des Schaltventils, welches über den Piezosteller betätigt wird, ist durch einen zumindest zweiteilig ausgebildeten Ventilkörper und eine einteilig ausgebildete Ventilnadel näher charakterisiert. An der Ventilnadel wird bevorzugt ein Flachsitz ausgebildet, welcher sich besonders einfach, insbesondere im Rahmen einer Großserienfertigung herstellen lässt.
Damit ein kleinbauender und kostengünstiger Piezosteller eingesetzt werden kann, ist die Ventilkolbeneinheit des durch den Piezosteller betätigten Schaltventils vollständig oder nahezu vollständig druckausgeglichen ausgebildet. Um die Druckausgeglichenheit des Schaltventils zu gewährleisten, wird das im Aufnahmeraum, in welchem der Piezosteller im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet ist, vorhandene Druckniveau genutzt. In einer besonders vorteilhaft ausgelegten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors wird im Bereich des Schaltventils an dessen Ventilkolben eine kleine Druckstufe ausgebildet, die derart ausgelegt ist, dass der Ventilsitz im geschlossenen Zustand durch hydraulische Druckkräfte belastet ist. Dies verbessert die Dichtheit des bevorzugt als Flachsitz ausgebildeten Dichtsitzes des Schaltventils. Die Ventilfunktion lässt sich dann unter Verzicht auf Federn realisieren und insbesondere muss die zur Abdichtung erforderliche Kraft nicht durch den Piezosteller aufgebracht werden. Wird die durch den Piezosteller aufzubringende Dichtkraft kleiner, so kann ein insbesondere kleiner dimensionierter und kostengünstigerer Piezoaktor eingesetzt werden, da der das zu betätigende Schaltventil im Piezosteller erforderliche Piezokristallstapel in geringerer Höhe ausgelegt werden kann, was einerseits Bauraum spart und andererseits die Kosten - wie vorstehend erwähnt - reduziert.
Es ist natürlich selbstverständlich möglich, zur Unterstützung der Ventilbewegung innerhalb des Schaltventils weiterhin Federn einzusetzen, um eine definierte Ausgangsstellung, die sich aufgrund der Dimensionierung der Federn, die das Schaltventil beaufschlagt, einstellt??? Um eine Auslegung des Schaltventils ohne Übersetzung zu erreichen, können die Sitzflächen in einem derart großen Durchmesser ausgelegt werden, um bei einem dem Piezosteller prinzipbedingt innewohnenden geringen Aktorhub die erforderlichen notwendigen Querschnitte freizugeben. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Auslegung mit einer kleinen Druckstufe innerhalb des Schaltventils, die so ausgelegt ist, dass der Ventilsitz des Schaltventils im geschlossenen Zustand durch hydraulische Druckkräfte belastet ist, womit eine Dichtheit gewährleistet werden kann. Es können jedoch auch weiterhin Federn eingesetzt werden, die die Ventilbewegung des Ventilkolbens des Schaltventils unterstützen und für eine definierte Ausgangsstellung des Ventilkolbens des Schaltventils sorgen. (aus EM 2005/1088)
Durch die optimierte konstruktive Auslegung mit einem drückend arbeitenden Piezosteller, der den 3/2-Ventilkolben des Schaltventils direkt ohne Übersetzung bewegt und einen hydraulischen Temperaturausgleich wird eine sehr einfache und kostengünstige Gesamtkonstruktion erreicht. Der Ventilaufbau mit zweiteiligem Ventilkörper und einem einteiligen Ventilkolben mit Flachsitz erlaubt eine sehr einfache Herstellbarkeit, was sich insbesondere hinsichtlich einer Großserienproduktion in günstigen Stückkosten niederschlägt.

Zeichnungen

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt

Figur 1: eine schematische Wiedergabe eines Kraftstoffinjektors mit einem 3/2-Ventil und einem Piezosteller im Niederdruckbereich mit einem Druckverstärker,
Figur 2: eine Ausführungsvariante des Piezostellers, der im Niederdruckbereich eines hubgesteuerten Kraftstoffinjektors angeordnet ist,
Figur 3: eine Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors, der ein direktschaltendes 3/2-Ventil aufweist, welches über einen im Niederdruckbereich angeordneten Piezosteller angesteuert wird, wobei der Piezosteller invers angesteuert ist,
Figur 4: eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors gemäß Figur 3 mit einem separaten hydraulischen Kopplermodul,
Figur 5: eine Ausführungsvariante des Niederdruckbereichs eines Kraftstoffinjektors mit einem 3/2 direktschaltenden Schaltventils mit einem Piezosteller, der invers arbeitet und
Figur 6: den Niederdruckbereich eines Kraftstoffinjektors mit einem servogesteuerten Einspritzventilglied, wobei lediglich der Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors dargestellt ist.

Ausführungsvarianten

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors mit einem im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors aufgenommenen Piezosteller und einem 3/2-Schaltventil sowie mit einem Druckverstärker.
Ein Kraftstoffinjektor 10 wird über einen Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Der Systemdruck innerhalb des Hochdruckspeicherraums 12 wird durch eine Hochdruckquelle, wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe, erzeugt. Das Systemdruckniveau im Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) liegt zwischen 1600 und 2000 bar. Der Kraftstoffinjektor 10 ist über eine Hochdruckleitung 14 mit dem Hochdruckspeicherraum 12 verbunden. Die Hochdruckleitung 14 mündet im Bereich eines Ventilkörpers 96 im Kraftstoffinjektor 10. Über die Hochdruckleitung 14 ist ein Arbeitsraum 22 eines Druckverstärkers 18, der in einem Injektorkörper 16 aufgenommen ist, mit Systemdruck beaufschlagt. Der Arbeitsraum 22 des Druckverstärkers 18 ist über einen Druckverstärkerkolben 20 von einem druckentlastbaren Differenzdruckraum 24 getrennt. Der Druckverstärker 18 umfasst ferner einen Kompressionsraum 26, in welchem ein entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 18 erhöhtes Druckniveau erzeugt wird. Im Arbeitsraum 22 des Druckverstärkers 18 ist ferner eine Kolbenfeder 28 enthalten, die den Druckverstärkerkolben 20 nach Betätigung desselben, d.h. einer Druckentlastung des Differenzdruckraums 24, wieder in seine Ruhelage zurückstellt.
Vom Kompressionsraum 20 verläuft ein Kompressionskanal 30, in dem eine erste Drosselstelle 36 ausgebildet ist, zu einem Steuerraum 40. Vom Differenzdruckraum 24 erstreckt sich ebenfalls eine Leitung zum Steuerraum 40, in der eine zweite Drosselstelle 38 ausgebildet ist. Im Steuerraum 40 ist eine ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied 50 in Schließrichtung beaufschlagende Feder 42 aufgenommen. Eine Kompressionsleitung 32 verbindet den im Injektorkörper 16 ausgebildeten Kompressionsraum 26 mit einem Düsenraum 46, der im Düsenkörper 44 ausgebildet ist und das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 50 ringförmig umschließt. Das Einspritzventilglied 50 weist in dem Bereich, in welchem es vom Düsenraum 46 umschlossen ist, eine Druckstufe 52 auf. Unterhalb des Sitzes des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 50 befindet sich mindestens eine Einspritzöffnung 54, über welche bei geöffnetem Einspritzventilglied 50 Kraftstoff in einen Brennraum 56 eingespritzt wird.
Der Kraftstoffinjektor 10 gemäß der in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante umfasst darüber hinaus einen Piezosteller 70, der eine Anzahl einen Piezokristallstapel 72 bildenden Piezoelemente aufweist, die stapelförmig übereinanderliegend angeordnet sind.
Der Piezosteller 70 ist im Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 aufgenommen, der von Kraftstoff befüllt ist. Der Piezosteller 70 ist von einer Beschichtung 74 umgeben, um den Piezokristallstapel 72 gegen den im Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 herrschenden Restdruck, d.h. den Niederdruck, zu schützen. Der Piezosteller 70 ist von einer Aktorfeder 78 umgeben, die bevorzugt als Rohrfeder ausgeführt ist.
Bei dem Piezosteller 70 des Kraftstoffinjektors 10 handelt es sich um einen invers angesteuerten Piezosteller, der im geschlossenen Zustand des Einspritzventilglieds 50, d.h. bei geschlossenen Einspritzöffnungen 54 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 bestromt ist. Um ein Öffnen des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 50 zu bewirken, wird die Bestromung des invers angesteuerten Piezostellers 70 aufgehoben. Zur Bestromung des Piezostellers 70 sind elektrische Anschlüsse 76 im Kopfbereich des Piezostellers 70 ausgebildet, die über ein erstes Gehäuseteil 84 nach außen geführt sind. Vom Niederdruckbereich 80, innerhalb dessen der Piezosteller 70 in einem Hohlraum 88 angeordnet ist, zweigt ein niederdruckseitiger Rücklauf 82 ab. Der Hohlraum 88 ist von dem ersten Gehäuseteil 84 sowie einem den Hohlraum 88 seitlich begrenzenden zweiten Gehäuseteil 86 begrenzt. Am Kopf des Piezostellers 70 kann zur Abstützung desselben ein weiteres Gehäuseteil 90 eingesetzt werden. Der Piezosteller 70 steht mit seiner Unterseite in direktem Kontakt mit einem Ventilkolben 94. Der Ventilkolben 94 ist von dem Ventilkörper 96 umschlossen. Der Ventilkolben 94 ist Bestandteil eines Schaltventils, welches als 3/2-Ventil ausgeführt ist. Unterhalb des Ventilkörpers 96 des Schaltventils 92 befindet sich eine Zwischenscheibe 98, in der ein hydraulischer Raum 100 ausgebildet ist. Der hydraulische Raum 100 steht über eine Überströmleitung 102 mit dem Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildeten Hohlraum 88 in Verbindung.
Das Schaltventil 92 umfasst einen ersten Ventilsitz 104, welcher bei Betätigung des Piezostellers 70 durch den Ventilkolben 94 geöffnet oder geschlossen werden kann. Darüber hinaus umfasst der Ventilkolben 94 einen zweiten Ventilsitz 106. Der Ventilkolben 94 ist in einer Kolbenführung 108 im Ventilkörper 96 geführt. Der Durchmesser des Ventilkolbens 94 ist durch Bezugszeichen 110 gekennzeichnet, der Durchmesser des ersten Ventilsitzes 104 im Ventilkörper 96 ist durch Bezugszeichen 112 identifiziert. Vorzugsweise entspricht der Durchmesser 112 des ersten Ventilsitzes 104 dem Durchmesser der Kolbenführung 108, d.h. dem Durchmesser 110 des Ventilkolbens 94. Darüber hinaus weist der Ventilkolben 94 am zweiten Ventilsitz 106 einen etwas größeren wirksamen hydraulischen Durchmesser auf, wodurch eine hydraulische Schließkraft am zweiten Ventilsitz 106 erzeugt wird. Dadurch wird die Abdichtung des ersten Ventilsitzes 104 unterstützt. Das Schaltventil 92 umfasst darüber hinaus einen ersten Ventilraum 114 sowie einen zweiten Ventilraum 116, in welchen eine Steuerleitung 34 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 des Druckverstärkers 18 mündet. Innerhalb des Ventilkörpers 96 des Schaltventils 92, welches bevorzugt als 3/2-Ventil ausgebildet ist, zweigt von der Hochdruckleitung 14 ein Abzweig 118 ab, der in den ersten Ventilraum 114 des Schaltventils 92 mündet.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors ist der Piezosteller 70 direkt zwischen dem Ventilkolben 94 und dem Einsatz 90 angeordnet und mittels der Feder 78 vorgespannt. Der Piezosteller 70 kann entweder fest mit dem Ventilkolben 94 und dem Einsatz 90 verbunden sein oder lediglich durch die Aktorfeder 78 eingespannt sein. Der Ausgleich von temperaturbedingten Dehnungen des Piezostellers 70 erfolgt mechanisch über zum Beispiel aus Invar gefertigten Ausgleichselementen, wie zum Beispiel das erste Gehäuseteil 84 und das zweite Gehäuseteil 86 sowie gegebenenfalls über ein aus geeignetem Material gefertigtes Einsatzteil 90.
Der erste Ventilraum 114 ist über den Abzweig 118 mit Systemdruck beaufschlagt. Im Ruhezustand ist der Piezosteller 70 aufgeladen und nimmt seine nominale Längenausdehnung an. Dadurch ist der zweite Ventilsitz 106 oberhalb des hydraulischen Raumes 100 geschlossen. Zur Betätigung des Einspritzventilglieds 50 wird der Piezosteller 70 über die elektrischen Anschlüsse 76 entladen, wodurch sich der Piezokristallstapel 72 des Piezostellers 70 verkürzt. Die Verkürzung des Piezokristallstapels 72 bewirkt eine Bewegung des Ventilkolbens 94 in dessen zweite Schaltstellung, in der der erste Ventilsitz 104 geöffnet und der zweite Ventilsitz 106 geschlossen wird. Dadurch entsteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Differenzdruckraum 24, der Steuerleitung 34, dem zweiten Ventilraum 116, dem hydraulischen Raum 100, der Überströmleitung 102 und dem Hohlraum 88 in den niederdruckseitigen Rücklauf 82. Aufgrund des sich im hydraulischen Raum 100 ausbildenden Staudrucks kann durch die größere hydraulisch wirksame Fläche am Ventilkolben 94 im Bereich des zweiten Ventilsitzes 106 eine die Schließkraft am ersten Ventilsitz 104 erhöhende Wirkung erzielt werden. Je größer diese über den Staudruck im hydraulischen Raum 100 erzeugte Schließkraft ist, desto kleiner kann der Piezosteller 70 dimensioniert werden, da durch diesen keine Dichtkraft aufzubringen ist. Dadurch wiederum lässt sich ein kleinerer und kostengünstiger Piezosteller 70 einsetzen. Bei der Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 - wie vorstehend beschrieben - fährt der Druckverstärkerkolben 20 in den Kompressionsraum 26 ein, von dem aus die Kompressionsleitung 32 zum Düsenraum 46 abzweigt. Damit steht im Düsenraum 46 im Bereich einer am bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 50 ausgebildeten Druckstufe 52 Höchstdruck an, das Einspritzventilglied 50 öffnet gegen die Wirkung der im Steuerraum 40 aufgenommenen Feder 42 und gibt die in den Brennraum 56 der Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 54 frei. Eine Wiederbefüllung des Differenzdruckraums 24 erfolgt über die Steuerleitung 34; der Kompressionsraum 26 wird über die Leitungen mit den Drosselstellen 36 und 38 wiederbefüllt.
Wird der Piezosteller 70 über die elektrischen Anschlüsse 76 erneut aufgeladen, lenkt sich der Piezosteller 70, wodurch der Ventilkolben 94 aus dem ersten Ventilsitz 104 wieder in den zweiten Ventilsitz 106, d.h. die obere Planseite der Zwischenscheibe 98, angestellt wird. Dadurch wird die Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 aufgehoben und unterstützt durch die Kolbenfeder 28 nimmt der Druckverstärkerkolben 20 des Druckverstärkers 18 wieder seine Ruhelage ein.
Wird der Ventilkolben 94 des Schaltventils 92 vollständig druckausgeglichen ausgeführt, d.h. wird auf die größere Dimensionierung des zweiten Ventilsitzes 106 bezüglich dessen hydraulischer Fläche verzichtet, wird die notwendige Schließkraft zur Sicherstellung der Dichtheit des ersten Ventilsitzes 104 durch zusätzliche Federn beziehungsweise über die Kraft des Piezostellers 70 bereitgestellt. Aufgrund der Anordnung des Piezostellers 70 im Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 verringert sich die Druckbelastung auf diesen und damit an die Beschichtung 74 des Piezostellers 70 zu stellenden Anforderungen. In vorteilhafter Weise weist der Piezosteller 70 "vergrabene" elektrische Anschlüsse 76 auf, wodurch die elektrischen Kontaktschichten gegen das Umgebungsmedium, d.h. den unter Niederdruck stehenden Kraftstoff, geschützt sind sowie eine Beschädigung durch elektrische Kurzschlüsse ausgeschlossen ist.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsvariante am Beispiel eines hubgesteuerten Kraftstoffinjektors mit einem in dessen Niederdruckbereich angeordneten Piezosteller, jedoch ohne Druckverstärker.
Ein in Figur 2 dargestellter hubgesteuerter Kraftstoffinjektor 130 umfasst den Piezosteller 70, der ebenfalls im Niederdruckbereich 80 des hubgesteuerten Kraftstoffinjektors 130 analog zur in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante aufgenommen ist. Der Niederdruckbereich 80, insbesondere der in diesem ausgebildete Hohlraum 88, ist vom ersten Gehäuseteil 84 und vom zweiten Gehäuseteil 86 begrenzt. Daneben befindet sich oberhalb des Piezostellers 70 das Einsatzteil 90, welches ebenfalls aus einem eine Dehnung aufgrund von Temperaturänderungen kompensierenden Material gefertigt ist. Der Piezokristallstapel 72 des Piezostellers 70 ist von der Beschichtung 74 umschlossen. Ferner ist der Piezosteller 70, der ebenfalls invers betrieben wird, über die Aktorfeder 78 vorgespannt. Die Aktorfeder 78 wird bevorzugt als Rohrfeder ausgeführt. Zwischen dem Piezosteller 70 und dem Ventilkolben 94, der im Ventilkörper 96 geführt ist, befindet sich ein Temperaturkompensationselement 134. Zur einfacheren Montage des Schaltventils 92 sind dessen Ventilkolben 94 und der Piezosteller 70 als zwei separate Bauteile ausgebildet. Der Piezosteller 70 ist zwischen dem Einsatzteil 90 und dem Temperaturkompensationselement 134 eingespannt. Unterhalb des Ventilkörpers 96 befindet sich die Zwischenscheibe 98, in der der hydraulische Raum 100 ausgebildet ist. Im hydraulischen Raum 100 befindet sich ein erstes Druckfederelement 132, welches bei Aufhebung der Bestromung des invers angesteuerten Piezostellers 70, d.h. bei dessen Verkürzung die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 94 unterstützt.
Der hubgesteuerte Kraftstoffinjektor 130 ist über den mit Systemdruck beaufschlagten Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) und die von diesem abzweigende Hochdruckleitung 14 mit Systemdruck beaufschlagt. Der Systemdruck steht über den von der Hochdruckleitung 14 abzweigenden Zweig 118 ebenfalls im ersten Ventilraum 114 des Schaltventils 92 an. Die Hochdruckleitung 14 mündet in einem hydraulischen Raum des hubgesteuerten Kraftstoffinjektors 130. Der Steuerraum 40 wird über eine Druckleitung, in der die erste Drosselstelle 36 ausgebildet ist, mit Systemdruck beaufschlagt. Die erste Drosselstelle 36 wirkt als Zulaufdrossel. Vom Steuerraum 40, der durch eine Dichthülse 140 begrenzt ist, verläuft eine Absteuerleitung, in der eine Ablaufdrossel 138 ausgebildet ist und die im zweiten Ventilraum 116 des Schaltventils 92 mündet.
Die Dichthülse 140 ist über eine Druckfeder beaufschlagt, die sich ihrerseits an einem Bund 146 des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 50 abstützt. An dessen Umfang befindet sich mindestens ein Anschliff 142, über den unter Systemdruck stehender Kraftstoff Einspritzöffnungen 54 zuströmt, und über die bei geöffnetem Einspritzventilglied 50 geöffneten Einspritzöffnungen 94 in den Brennraum 46 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Die Funktionsweise des Schaltventils 92 entspricht der Funktionsweise des im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Schaltventils 92. Der Ventilkolben 94 wird im Durchmesser 110 ausgebildet, welcher dem Innendurchmesser der Kolbenführung 108 entspricht. Eine Druckentlastung des Steuerraums 40 und damit eine Betätigung des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 50 erfolgt bei Aufhebung der Bestromung des invers angesteuerten Piezostellers 70. Der in Schließposition des Einspritzventilglieds 50 geschlossene zweite Ventilsitz 106 wird bei Aufhebung der Bestromung des Piezostellers 70 aufgrund der Verkürzung des Piezokristallstapels 72, unterstützt durch die Federkraft des ersten Druckfederelements 132, geöffnet, wohingegen der erste Ventilsitz 104 im Ventilkörper 96 geschlossen wird. Dadurch entsteht eine hydraulische Verbindung zwischen der die Ablaufdrossel 138 aufnehmenden Absteuerleitung, dem zweiten Ventilraum 116, dem hydraulischen Raum 100 und der Überströmleitung 102 in den Hohlraum 88 im Niederdruckbereich 80. Die aus dem Steuerraum 40 abgesteuerte Steuermenge wird in den niederdruckseitigen Rücklauf 82 geleitet. Der Durchmesser 112 am ersten Ventilsitz 104 wird bevorzugt identisch zum Durchmesser 110 des Ventilkolbens 94 ausgeführt, während der hydraulisch wirksame Durchmesser im Bereich des zweiten Ventilsitzes 106 des Ventilkolbens 94 größer als der Durchmesser 110 des Ventilkolbens 94 ausgelegt werden kann.
Figur 3 zeigt eine weitere, zweite Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors mit im Niederdruckbereich angeordneten Piezosteller, der invers angesteuert ist, wobei der Kraftstoffinjektor einen Druckverstärker enthält.
Der zweiten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung in Figur 3 ist entnehmbar, dass der Kraftstoffinjektor 10 über den Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff wird vom Hochdruckspeicherraum 12 über die Hochdruckleitung 14 in den Arbeitsraum 22 des Druckverstärkers 18, der sich im Injektorkörper 16 befindet, geleitet. Der Druckverstärker 18 umfasst den Druckverstärkerkolben 20, der den Arbeitsraum 22 vom Differenzdruckraum 24 trennt. Im Kompressionsraum 26 des Druckverstärkers 18 wird der unter Systemdruck stehende Kraftstoff auf ein erhöhtes Druckniveau entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 18 komprimiert. Vom Kompressionsraum 26 strömt der unter erhöhtem Druck stehende Kraftstoff über die Kompressionsleitung 32 dem Düsenraum 46 zu, welcher ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied 50 umschließt. Am bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 50 befindet sich in dem Bereich, der vom Düsenraum 46 ringförmig umschlossen ist, die Druckstufe 52. Im brennraumseitigen Ende des Einspritzventilglieds 50 befindet sich mindestens eine Einspritzöffnung 54, über welche bei geöffnetem Einspritzventilglied 50 unter erhöhtem Druck stehender Kraftstoff in den Brennraum 56 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 erfolgt über die Steuerleitung 34, in die eine Entlastungsleitung 164 mündet, in der sich eine Drosselstelle befindet und die sich von einem hydraulischen Raum aus erstreckt. Daneben mündet in die Entlastungsleitung 164 eine Absteuerleitung, die den Steuerraum 40 mit der Entlastungsleitung 164 verbindet. In der Absteuerleitung befindet sich die zweite Drosselstelle 38, die als Ablaufdrossel dient. Durch den Steuerraum 40 wird ein im Injektorkörper 16 geführtes Kolbenelement beaufschlagt, welches einen Durchgangskanal 158 aufweist und an der dem bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 50 zuweisenden Stirnseite mit einer balligen Kontur 162 versehen ist. Die Stirnseite des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 50 ist durch Bezugszeichen 160 bezeichnet. Eine Befüllung des Kompressionsraums 26 erfolgt über ein Befüllventil 166, welches den Kompressionsraum 26 mit dem die Feder 42 aufnehmenden hydraulischen Raum verbindet und nur in Befüllrichtung in Bezug auf den Kompressionsraum 26 durchströmbar ist.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 ist entnehmbar, dass die Steuerleitung 34 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 und zur Druckentlastung des Steuerraums 40 in den zweiten Ventilraum 116 des Schaltventils 92 mündet. Das Schaltventil 92 umfasst den Ventilkolben 94, der in der Kolbenführung 108 im Ventilkörper 96 geführt ist. Unterhalb des Ventilkörpers 96 befindet sich die Zwischenscheibe 98, in der der hydraulische Raum 100 ausgebildet ist und der das erste Druckfederelement 132 aufnimmt, welches eine Schließkraft auf den Ventilkolben 94 hinsichtlich der Abdichtung des zweiten Ventilsitzes 106 bewirkt. Der Ventilkolben 94 ist innerhalb der Kolbenführung 108 im Durchmesser 110 ausgebildet. Der erste Ventilsitz 104 im Ventilkörper 96 ist in einem Durchmesser 112 ausgebildet. An der dem ersten Druckfederelement 132 abgewandten Stirnseite weist der Ventilkolben 94 eine wannenförmige Vertiefung 154 auf.
In der in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors 10 mit Druckverstärker 18 ist der Piezosteller 70, einen Piezokristallstapel 72 umfassend, ebenfalls im Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 untergebracht. Der im Niederdruckbereich 80 ausgebildete Hohlraum 88 wird vom ersten Gehäuseteil 84 und vom zweiten Gehäuseteil 86 begrenzt. Der Piezosteller 70 weist die Beschichtung 74 zum Schutz des Piezokristallstapels 72 auf und wird über elektrische Anschlüsse 76 aufgeladen oder entladen. Bei dem Piezosteller 70 gemäß Figur 3 handelt es sich um einen nicht invers angesteuerten Piezosteller 70. Dies bedeutet, dass der Piezosteller 70 im Ruhezustand nicht aufgeladen ist und daher seine normale Länge einnimmt. Wird der Piezosteller 70 hingegen über die elektrischen Anschlüsse 76 aufgeladen, so erfolgt eine Längenausdehnung des Piezokristallstapels 72 und damit die Betätigung eines scheibenförmig ausgebildeten Einsatzes 150, an dem etwa mittig ein Zapfen ausgebildet ist. Der scheibenförmige Einsatz 150 ist durch ein zweites Druckfederelement 152 beaufschlagt, welches sich im Hohlraum 88 an einer Stufe des zweiten Gehäuseteils 86 abstützt. Der Zapfen, der die im Ventilkolben 94 zuweisenden Planseite des scheibenförmigen Einsatzes 150 kontaktiert die wannenförmige Ausnehmung 154 des Ventilkolbens 94 direkt ohne Ausbildung eines Spaltes.
Im deaktivierten Zustand des Piezostellers 70 nimmt dieser seine Normallänge ein, so dass aufgrund der Wirkung des ersten Druckfederelements 132 der zweite Ventilsitz 106 geschlossen ist. Dagegen steht der erste Ventilsitz 104 im Ventilkörper 95 des Schaltventils offen. Bei geschlossenem zweiten Ventilsitz 106 ist die Entlastungsleitung 34 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 des Druckverstärkers 18 vom niederdruckseitigen Rücklauf 82, der vom Hohlraum 88 im Niederdruckbereich 80 abzweigt, getrennt. Wird der Piezosteller 70 hingegen aufgeladen, so erfährt der Piezokristallstapel 72 eine Ausdehnung, so dass das scheibenförmige Einsatzteil 150 mit daran ausgebildeten Zapfen an die wannenförmige Ausnehmung 154 angestellt wird und den Ventilkolben 94 in vertikale Richtung nach unten bewegt. Dadurch wird der erste Ventilsitz 104 geschlossen, wohingegen der zweite Ventilsitz 106 öffnet. Nunmehr besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Differenzdruckraum 24 des Druckverstärkers 18, der Entlastungsleitung 34, dem zweiten Ventilraum 116 und über die den Zapfen unter Ausbildung eines Ringspalts umschließende Öffnung, dem Hohlraum 88 in den niederdruckseitigen Rücklauf 82. Gleichzeitig fährt der Druckverstärkerkolben 20 aufgrund der Druckentlastung des Differenzdruckraums 24 in den Kompressionsraum 26 ein, so dass unter Höchstdruck stehender Kraftstoff bei geschlossenem Befüllventil 166 über die Kompressionsleitung 82 dem Düsenraum 46 zuströmt. Aufgrund des im Düsenraum 46 anstehenden Höchstdruckniveaus wird durch die Druckstufe 52 am bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 50 dieses geöffnet und die in den Brennraum 56 mündenden Einspritzöffnungen 54 werden freigegeben.
Bei Aufhebung der Ladung des Piezostellers 70 verkürzt sich die Länge des Piezokristallstapels 72. Der Ventilkolben 94 wird durch das erste Druckfederelement 132 vertikal nach oben bewegt, so dass der zweite Ventilsitz 106 schließt und der erste Ventilsitz 104 - wie in Figur 3 dargestellt - öffnet. Dadurch wird die Entlastungsleitung 34 vom niederdruckseitigen Rücklauf 82 getrennt und der Druckverstärkerkolben 20 wird aus dem Kompressionsraum 26 unterstützt durch die Kolbenfeder 28 in seine Ruhelage bewegt. Gleichzeitig erfolgt eine Wiederbefüllung des Kompressionsraums 26 über das von einem hydraulischen Raum abzweigende, in Befüllrichtung des Kompressionsraums 26 durchströmbare Befüllventil 166. Die bei der Betätigung des Einspritzventilglieds 50 aus dem Steuerraum 40 abströmende Steuermenge wird über die als Ablaufdrossel dienende zweite Drosselstelle 38 und die Entlastungsleitung 164 über die Steuerleitung 34 abgesteuert.
Der Piezosteller 70 weist in der Darstellung gemäß Figur 3 oberhalb des Einsatzteiles 90 einen Kopplerraum 156 auf, der zum Ausgleich der temperaturbedingten Dehnung des Piezostellers 70 dient. Der Piezosteller 70 wird über das zweite Druckfederelement 152, welches im zweiten Gehäuseteil 86 abgestützt ist, in seine Ruhelage gestellt. Vorteilhafterweise befindet sich der Piezosteller 70 direkt im Niederdruckbereich 80 des Kraftstoffinjektors 10 und ist gegen den im Hohlraum 88 vorhandenen Kraftstoff durch die Beschichtung 74 geschützt. Da der Piezokristallstapel 72 des Piezostellers 70 lediglich mit Niederdruck beaufschlagt ist, verringern sich die Belastungen und Anforderungen an die Beschichtung 74 dementsprechend, so dass diese eine ausreichende Standzeit aufweist. Die elektrischen Anschlüsse 76 des Piezostellers 70 werden bevorzugt als vergrabene Elektroden ausgebildet, wodurch die elektrischen Kontaktschichten gegen das Umgebungsmedium geschützt sind und eine Beschädigung durch elektrische Kurzschlüsse ausgeschlossen werden kann.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine Ausführungsvariante des in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels des Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist der Kraftstoffinjektor gemäß Figur 3 lediglich oberhalb des Injektorkörpers 16 dargestellt. Der Injektorkörper 16, der Druckverstärker 18 sowie das Einspritzventilglied 50 und dessen Betätigungsmimik sind analog zur Ausführungsvariante gemäß Figur 3 aufgebaut und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 3 ist der Piezosteller 70 beziehungsweise das Einsatzteil 90 in einer mit dem ersten Gehäuseteil 84 zusammenwirkenden Aktorführung 174 aufgenommen. Die Aktorführung 174 ist gegen den im Hohlraum 88 befindlichen, unter Niederdruck stehenden Kraftstoff mittels einer Membran 170 geschützt. Die Membran 170 kann zum Beispiel faltenbalgartig ausgeführt sein. Innerhalb der Membran 170 befindet sich ein erstes Führungsteil 76, welches mit dem ersten Gehäuseteil 84 verbunden ist und an diesem gegebenenfalls federbeaufschlagt ausgebildetes zweites Führungsteil 178. Das zweite Führungsteil 178 ist fest mit dem Einsatzteil 90 verbunden. Die Membran 170 kapselt ein separates hydraulisches Kopplermodul, gebildet durch die Aktorführung 174. In dem von der Membran 170 umschlossenen Bereich kann auch ein Fremdmedium vorhanden sein. Ist zwischen dem Umfang des scheibenförmigen Einsatzteiles 150 und dem zweiten Gehäuseteil 86 eine Dichtung vorgesehen, kann der Hohlraum 88 komplett trocken sein, wobei der niederdruckseitige Rücklauf 82 in diesem Fall im unteren Bereich des zweiten Gehäuseteils 86 abzweigt.
Das von dem zweiten Druckfederelement 152 und der bevorzugt als Rohrfeder ausgestalteten Aktorfeder beaufschlagte Bauteil 150 kontaktiert mit seinem Zapfen die in Zusammenhang mit Figur 3 beschriebene wannenförmige Ausnehmung 154 des Ventilkolbens 94. Am Ventilkolben 94 sind der erste Ventilsitz 104 und der zweite Ventilsitz 106 ausgebildet. Die Funktionsweise des in Figur 4 teilweise dargestellten Kraftstoffinjektors 10 entspricht bis auf die Ausgestaltung des Piezostellers 70 und dessen Aktorführung 178 derjenigen, die bereits im Zusammenhang mit Figur 3 dargestellt und beschrieben wurde.
Figur 5 zeigt eine Darstellung des Ventilbereichs des Kraftstoffinjektors in einer dritten Ausführungsvariante ähnlich der vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen zweiten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors.
Der unterhalb des Ventilkörpers 96 liegende Teil des Kraftstoffinjektors 10 entspricht der in Figur 3 dargestellten Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels des Kraftstoffinjektors 10.
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist entnehmbar, dass der Ventilkörper 96 des Schaltventils 92 über die Hochdruckleitung 14, die vom Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) abzweigt, über den Abzweig 118 im ersten Ventilraum 114 des Schaltventils 92 mündet. Das Schaltventil 92 ist bevorzugt als 3/2-Ventil ausgeführt. Unterhalb des Ventilkörpers 96 befindet sich die Zwischenscheibe 98, in der sich der hydraulische Raum 100 befindet. Im hydraulischen Raum 100 ist das erste Druckfederelement 132 aufgenommen, welches eine Stirnseite des Ventilkolbens 94 beaufschlagt. Im Ventilkörper 96 des Schaltventils 92 ist der Ventilkolben 94 in einer Kolbenführung 108 aufgenommen. Die Kolbenführung 108 ist in einem Innendurchmesser ausgebildet, der dem Durchmesser 110 des Ventilkolbens 94 entspricht. Im Ventilkörper 96 des Schaltventils 92 befinden sich darüber hinaus der erste Ventilsitz 104 sowie der zweite Ventilsitz 106. Der mit 112 bezeichnete Durchmesser des ersten Ventilsitzes 104 im Ventilkörper 96 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser 110 des Ventilkolbens 94. Demgegenüber ist der zweite Ventilsitz 106 am Ventilkolben 94 bevorzugt in einem etwas größeren Durchmesser ausgeführt. Durch diesen Durchmesserunterschied wird eine hydraulische Schließkraft auf den zweiten Ventilsitz 106 ausgeübt. Diese unterstützt die Schließwirkung des ersten Druckfederelementes 132, welches im hydraulischen Raum 100 aufgenommen ist.
Durch die in Figur 5 dargestellte Bauform mit einem einteilig ausgebildeten Ventilkolben 94 und einem mehrere Gehäuseteile 84, 86, 90 aufweisenden Ventilgehäuse wird eine einfache und kostengünstige Fertigung erreicht, insbesondere wenn der Ventilkolben 94 über einen an einer zweiten Planseite 188 einer Scheibe 184 ausgebildeten Flachsitz abgedichtet werden kann.
Der Piezosteller 70 ist in der Darstellung gemäß Figur 5 zwischen dem Einsatzteil 90 und dem scheibenförmigen Bauteil 150 mit Zapfen aufgenommen. Der nicht-invers betriebene Piezosteller 70 wird durch die Aktorfeder 78, welche das Bauteil 150 untergreift, vorgespannt. Die Aktorfeder 78 stützt sich auf einer ersten Planseite 186 d er Scheibe 184 ab. Der Zapfen des Bauteils 150 durchsetzt eine Öffnung 182 in der Scheibe 184. Zwischen der Stirnseite des Zapfens und dem Boden der wannenförmigen Ausnehmung 154 stellt sich bei geschlossenem zweiten Ventilsitz 106 ein Spalt 180 ein, der zum Ausgleich von Resttoleranzen dient und ein sicheres Schließen des Ventils gewährleistet.
Der Ausgleich von Temperaturdehnungen des Piezostellers 70 erfolgt mechanisch über entsprechende Dehnungen des Einsatzteils 90 des ersten Gehäuseteils 84, durch welche die elektrischen Anschlüsse 76 geleitet sind sowie durch eine Dehnung des zweiten Gehäuseteils 86, welches den Hohlraum 88 begrenzt. Die Bauteile 84, 90 beziehungsweise 86 werden bevorzugt aus einem Material wie zum Beispiel Invar gefertigt. Im Ruhezustand des Piezostellers 70 ist dieser nicht aufgeladen und nimmt seine nominale Länge ein. Zur Aktivierung des Kraftstoffinjektors 10 wird der Piezosteller 70 über die elektrischen Kontakte 76 aufgeladen, wodurch sich der Piezokristallstapel 72, der von einer Beschichtung 74 umschlossen ist, ausdehnt. Dies bewirkt eine vertikal nach unten gerichtete Bewegung des Ventilkolbens 94, wodurch der zweite Ventilsitz 106 öffnet und der erste Ventilsitz 104 im Ventilkörper 96 geschlossen wird. Dadurch erfolgt eine hydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Ventilraum 160, in den die Entlastungsleitung 34 mündet mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 82, der über den Hohlraum 88 und die Öffnung 182 in der Scheibe 184 mit dem zweiten Ventilraum 116 hydraulisch in Verbindung steht.
Beim Entladen des Piezostellers 70 verkürzt sich dessen Piezokristallstapellänge, so dass der Ventilkolben 94 durch das erste Druckfederelement 132 wieder in seine Ruhelage gestellt wird, d.h. der zweite Ventilsitz 106 wird wieder geschlossen.
Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine Abwandlung der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante eines hubgesteuerten Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Gemäß dieser Ausführungsvariante wird das Schaltventil 92 über die Hochdruckleitung 14 und den Abzweig 118 über den Hochdruckspeicherraum 12 (Common Rail) mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Demzufolge steht der erste Ventilraum 114 des Schaltventils 92 unter Systemdruck. Der Ventilkolben 94 des Schaltventils 92 ist durch das im hydraulischen Raum 100 aufgenommene erste Druckfederelement 132 beaufschlagt, so dass der Ventilkolben 94, dessen zweiter Ventilsitz 106 die wannenförmige Ausnehmung 154 begrenzt, geschlossen ist. Der zweite Ventilsitz 106 des Ventilkolbens 94 ist an die zweite Planseite 188, die als Flachsitz wirkt, angestellt. Die Scheibe 184 umfasst die Öffnung 182, durch welche ein Zapfen des Bauteils 150 unter Ausbildung eines Ringspaltes hindurchragt. Das den Piezokristallstapel 72 untergreifende Bauteil 150 ist durch die Aktorfeder 78 vorgespannt, die sich ihrer ihrerseits an der ersten Planseite 186 der Scheibe 184 abstützt. Zwischen dem Zapfen am Bauteil 150 und dem Boden der wannenförmigen Ausnehmung 154 im Bereich des zweiten Ventilsitzes 106 des Ventilkolbens 94 bildet sich der durch Bezugszeichen 180 identifizierte Spalt aus.
Der Piezosteller 70, dessen Piezokristallstapel 72 von der Beschichtung 74 umschlossen ist, ist im Niederdruckbereich 80, d.h. im Hohlraum 88 des hubgesteuerten Kraftstoffinjektors 130 aufgenommen. Vom Hohlraum 88 zweigt ein niederdruckseitiger Rücklauf 82 ab. Die Durchmesserverhältnisse der Kolbenführung 108 des Ventilkolbens 94 sowie des ersten Ventilsitzes 104 im Ventilkörper 96 entsprechen denjenigen, die in Figur 5 bereits beschrieben wurden. Das Schaltventil 92 wird in der Darstellung gemäß Figur 6 zur Steuerung eines hubgesteuerten Kraftstoffinjektors 130 mit servogesteuert betätigtem Einspritzventilglied 50 eingesetzt. Das Schaltventil 92 steuert in der in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante anstelle des Druckes in einem Differenzdruckraum 24 eines Druckverstärkers dieser Ausführungsvariante den Druck im Steuerraum, der das Einspritzventilglied 50 unmittelbar beaufschlagt.

Claims

Kraftstoffinjektor (10, 130), der über einen Hochdruckspeicherraum (12) mit unter einem Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, mit einem Aktor (70), der einen Ventilkolben (94) eines Schaltventils (92) betätigt, über welches entweder ein Differenzdruckraum (24) eines Druckverstärkers (18) und ein Steuerraum (40) oder ein Steuerraum (40) mit einem Niederdruckbereich (80) hydraulisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der als Piezosteller ausgebildete Aktor (70) im Niederdruckbereich (80) des Kraftstoffinjektors (10, 130) angeordnet ist und den Ventilkolben (94) direkt betätigt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (94) mindestens einen ersten Ventilsitz (104) und mindestens einen zweiten Ventilsitz (106) aufweist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes (106) am Ventilkolben (94) einem Durchmesser einer Kolbenführung (108) entspricht und diesen bevorzugt übersteigt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Niederdruckbereich (80) zuweisende Stirnseite des Ventilkolbens (94) durch das in einem Hohlraum (88) anstehende niederdruckseitige Druckniveau beaufschlagt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (94) an der dem Niederdruckbereich (80) zuweisenden Stirnseite eine wannenförmige Ausnehmung (154) aufweist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Piezosteller ausgeführte Aktor (70) im Niederdruckbereich (80) von Kraftstoff umgeben angeordnet ist und im Niederdruckbereich (80) mindestens ein Kompensationselement (84, 90, 134, 150) ausgebildet ist, das das Temperaturänderungsverhalten des Betätigungsorgans (70) zumindest teilweise kompensiert.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Piezosteller ausgebildete Aktor (70) entweder fest mit dem Ventilkolben (94) und einem Gehäuseteil (84, 90) verbunden ist oder durch eine Aktorfeder (78) zwischen diesen eingespannt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Piezosteller ausgebildete Aktor (70) mit einem Modul (174) in Verbindung steht, das ein erstes und ein zweites Führungsteil (176, 178) aufweist, die über eine Membran (170) gegen den Niederdruckbereich (80) abgeschirmt sind.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Piezosteller ausgebildete Aktor (70) von einem scheibenförmigen Bauteil (150) teilweise umschlossen ist, welches einen stiftförmigen Vorsprung aufweist, der dem Ventilkolben (94) unter Ausbildung eines Spaltes (180) zum Ausgleich von Toleranzen gegenüberliegt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz (106) eine Verbindung zwischen einem Differenzdruckraum (24) oder einem Steuerraum (40) zum niederdruckseitigen Rücklauf steuert und der erste Ventilsitz (104) eine Verbindung zwischen einer Druckquelle (12) zumindest zu einem Steuerraum (40) oder zu einer Drossel (86) steuert.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (70) im Bereich eines Kopfes (90) von einem in einem Kopplerraum (156) oder in einem Hohlraum herrschenden Druckniveau beaufschlagt ist.