EP1872008B1 - Zweistufig öffnender kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP1872008B1
EP1872008B1 EP06708665A EP06708665A EP1872008B1 EP 1872008 B1 EP1872008 B1 EP 1872008B1 EP 06708665 A EP06708665 A EP 06708665A EP 06708665 A EP06708665 A EP 06708665A EP 1872008 B1 EP1872008 B1 EP 1872008B1
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EP
European Patent Office
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piston
control
closing direction
valve member
injection valve
Prior art date
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EP06708665A
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English (en)
French (fr)
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EP1872008A1 (de
Inventor
Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—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
    • F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions

Definitions

  • the invention relates to a two-stage fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the invention relates to a fuel injector with direct needle control and hydraulic stroke reversal.
  • both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used.
  • fuel injection systems come next pump-injector units, pump-line-nozzle units and storage injection systems are used.
  • Storage injection systems (common rail) advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the internal combustion engine.
  • a fuel injector which has a valve member which cooperates with a valve seat to control fuel injection from the injector. Furthermore, the fuel injector has an actuator and an amplifier, wherein the amplifier transmits an actuator movement to the valve element.
  • a fuel injector with direct needle control in which a nozzle needle is actuated to open with a pushing actuator stroke, is off DE 103 33 573 B3 known.
  • the piezoelectric actuator is connected to a booster piston, which acts with opposite pressure surfaces on two opposite compartments, which are connected via two hydraulic connections in each case with a control chamber. Both control chambers are each exposed to a control surface, which are arranged opposite one another at a control piston connected to the nozzle needle.
  • Another fuel injector with oppressive actuator to open the nozzle needle is off DE 19519 191 A1 known.
  • a further piston is guided within a pot-shaped booster piston, which is connected to the piezoelectric actuator, which is drive-coupled with the nozzle needle.
  • a one-stage stroke reversal of the stroke of the piezoelectric actuator is realized with respect to the opening stroke of the nozzle needle.
  • a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is proposed, which has the advantages of a direct needle control and at the same time those described above Disadvantages of an inverse needle control avoids.
  • a basic idea of the present invention is to use the hydraulic stroke reversal, for a two-stage hydraulic stroke reversal.
  • This hydraulic stroke reversal causes a longitudinal expansion of the actuator leads to an opening of the injector and thus to initiate the injection process, whereas a subsequent contraction of the actuator causes a closing of the fuel injector.
  • the actuator can, for example, in the idle state (fuel injector closed, no injection) in de-energized state, i. be acted upon with no or only a small voltage, and be acted upon accordingly only to trigger the injection process with a corresponding current or voltage.
  • a basic idea of the present invention is that a two-stage stroke reversal is used.
  • this two-stage stroke reversal of the stroke translator is used, which causes an inverse translation of the extent of the actuator.
  • the fuel injector has an injection valve member which can be moved linearly in a closing direction and which releases or closes at least one injection opening in an injector body via at least one sealing seat. Furthermore, the fuel injector has at least one actuator acting linearly in the closing direction, which may preferably be a piezoactuator. Other types of actuators are conceivable, for example, magnetic actuators or similar actuators. Furthermore, the fuel injector has at least one control piston, which can be moved linearly in the closing direction by the actuator, and at least one hydraulically inversely coupled to the at least one control piston via a second control chamber, and a translator piston which can be displaced linearly in the closing direction. The at least one booster piston is displaceable in the closing direction against the closing direction by a movement of the at least one control piston.
  • the inverse coupling between the at least one control piston and the at least one booster piston can take place, for example, by the at least one second control chamber being essentially delimited by the injector body, at least one second sealing sleeve, the at least one booster piston and the at least one control piston.
  • the at least one booster piston and the at least one control piston within the at least one second control chamber each have at least one hydraulically effective surface, which have the same sign with respect to the closing direction. This ensures that a movement of the at least one control piston in one direction (for example in the closing direction) via a located in the at least one second control chamber hydraulic fluid (for example, fuel) movement of the at least one booster piston in the opposite direction (ie, for example, against the closing direction) entails.
  • the respective stroke ratio of the movements of control piston and booster piston is given by the inverse ratio of the respective hydraulically active surfaces within the second control chamber.
  • the fuel injector has at least one first control chamber, wherein at least one volume of the at least one first control chamber can be enlarged by a displacement of the at least one control piston in the closing direction.
  • This can be done, in particular, in that the at least one first control chamber is delimited essentially by the injector body, at least one first sealing sleeve and the control piston.
  • the at least one first control chamber is fluidically in communication with a rear space, wherein a pressure reduction in the at least one rear space acts on the injection valve member against a hydraulic force against the closing direction.
  • This can be done by the at least one back space is essentially limited by the at least one booster piston and at least one hydraulically effective surface of the injection valve member.
  • the at least one first control chamber and the at least one rear chamber can be fluidly connected via at least one pressure compensation channel embedded in the at least one control piston and / or the at least one booster piston.
  • this at least one pressure equalization channel has at least one throttle element, for example a throttle element in the form of a bottleneck of the at least one pressure equalization channel.
  • the fuel injector may in particular be designed such that the at least one control piston is at least partially formed as a sleeve and at least partially surrounds the at least one booster piston, wherein the at least one control piston and the at least one booster piston are linearly against each other.
  • the at least one linear actuator is actuated, for example supplied with current, then there is a longitudinal expansion of the at least one actuator and the at least one Control piston is moved in the closing direction.
  • a first pressure p 1 of a hydraulic fluid in the short term is lowered at least a first control chamber and a second pressure p 2 of a hydraulic fluid increases a second control chamber at least in the. Due to the pressure increase of the pressure p 2 , the at least one booster piston is displaced counter to the closing direction, the second pressure p 2 of the hydraulic fluid dropping again.
  • hydraulic fluid flows from the at least one rear space through the at least pressure equalization channel into the at least one first control space (if necessary delayed by the throttle element), pressure equalization essentially taking place between the at least one rear space and the at least one first control space.
  • a third pressure p 3 of the hydraulic fluid drops into the at least one rear space, as a result of which the injection valve member is lifted counter to the closing direction and releases the at least one injection opening.
  • the invention may also be designed so that the at least one booster piston has a driving device, for example a mechanical stop, which is suitable for entrainment of the injection valve member in a movement of the at least one booster piston against the closing direction.
  • a driving device for example a mechanical stop
  • the at least one booster piston moves in the opposite direction to the closing direction, first a take-up of the injection valve member against the closing direction and thus a rapid opening of the injection valve member.
  • the caused by the pressure reduction of the pressure p 1 in the at least one first control chamber pressure drop in the at least one rear space then causes an additional lifting de injection valve member against the closing direction and thus an additional stroke of the injection valve member.
  • this configuration has the effect that, even with comparatively short actuators, for example piezo actuators, a sufficient stroke of the injection valve member can be achieved and thus sufficient injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is ensured.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a fuel injector 110 for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 110 has an injector body 112, which has a modular design and comprises an actuator chamber body 114, a first intermediate element 116, a pressure chamber body 118, a second intermediate element 120 and a nozzle chamber body 122.
  • the fuel injector 110 is connected via a (not shown) high-pressure line which opens into an actuator chamber 124 of the fuel injector 110 (fuel supply symbolically represented by the arrow 126) with a pressure accumulator (common rail), of which the fuel injector 110 with pressurized fuel is fed.
  • a pressure accumulator common rail
  • the fuel injector 110 has an injection valve member 128, which is mounted by means of a guide section 130 in the second intermediate element 120 such that the injection valve member 128 is displaceable parallel to a closing direction 134.
  • the injection valve member 128 is conical in its closing direction 134 in the lower end.
  • the injection valve member 128 in the closing direction 134 is acted upon by a force, the injection valve member 128 is pressed into a sealing seat 136, whereby a blind hole-shaped portion 138 of a needle chamber 140 is sealed tightly against fuel, whereby in a wall of the blind-shaped portion 138 recessed injection ports 142 fuel-tight become.
  • the fuel flowing from the fuel inlet 126 into the actuator chamber 124 of the fuel injector 110 can be conveyed through first fuel channels 144 (for example in the form of bores in the first intermediate element 116) from the actuator chamber 124 into a pressure chamber 146 and from there via further fuel channels 148 in the second intermediate element 120 enter the needle chamber 140.
  • first fuel channels 144 for example in the form of bores in the first intermediate element 116
  • the fuel can pass along an annular gap 151 between the injection valve member 128 and the nozzle chamber body 122 up to the sealing seat 136.
  • the fuel injector 110 has a piezoactuator 150, which is embedded in the actuator chamber 124 and can be energized or supplied with voltage via electrical contacts (not shown) such that a change in length of the piezoactuator 150 in the closing direction 134 can take place.
  • the piezoactuator 150 is tightly encased in a fuel-tight manner in order to prevent damage to the piezoactuator 150 as a result of the pressurized fuel in the actuator chamber 124.
  • the piezoelectric actuator 150 is biased by a biasing member 153 and is fixedly connected to a control surface 152 with a control piston 154.
  • the control piston 154 is linearly displaceably mounted in the first intermediate element 116 in the closing direction 134 by means of a guide region 156.
  • the control piston 154 is embodied in its upper region, guided within the guide region 156, as a solid cylinder with a diameter d 0 and is widened to a diameter d 1 in its lower region, which is mounted inside the pressure chamber 146.
  • a shoulder 158 At the transition between the area with diameter d 0 and the area with diameter d 1 is a shoulder 158 in the form of a surface 158th formed perpendicular to the closing direction 134.
  • This shoulder 158 acts as a hydraulic surface 158 of the control piston 154.
  • the control piston 154 is surrounded by a first sealing sleeve 160, which has the shape of a hollow cylinder with inner diameter d 1 .
  • the first sealing sleeve 160 is provided with a biting edge 162.
  • first sealing sleeve 160 is pressed against the first intermediate element 116, whereby between the first sealing sleeve 160, the first intermediate member 116 and the control piston 154, a first control chamber 166 is formed which has the shape of a concentric around the control piston 154 circular cylinder and which is sealed by the sealing sleeve 160 fuel-tight against the remaining pressure chamber 146.
  • the control piston 154 is formed in its lower region as a hollow cylinder and has a cylindrical cavity 168 with diameter d 2 . Within this cavity 168, a translator piston 170 with an outer diameter d 2, which is likewise substantially cylindrical in its outer dimensions, is introduced. This booster piston 170 is displaceable within the cavity 168 linearly parallel to the closing direction 134 against the control piston 154. In this case, a discharge channel 172 in the control piston 154 ensures that the cavity 168 remaining between the booster piston 170 and the control piston 154 always has the same fuel pressure as the remaining pressure chamber 146.
  • the booster piston 170 has a substantially cylindrical cavity 174 in its interior.
  • the injection valve member 128 is movable with its upper portion 176 in the cavity 174 such that the rear space 178 is substantially fuel-tight against the environment (ie in particular against a second control chamber 192, see below) sealed.
  • the injection valve member 128 also has a recess 180 in its upper portion 176 within which a nozzle spring 182 is mounted, via which the injection valve member 128 is supported against the booster piston 170. This nozzle spring 182 exerts a force on the injection valve member 128 in the closing direction 134.
  • the cavity 174 of the booster piston 170 has a circular mechanical stop 184.
  • the booster piston 170 engages this mechanical stop 184 in an annular shoulder 186 of the injection valve member 128, which at the transition between the diameter d 3 and the diameter d 4 of the injection valve member 128 is formed.
  • the injection valve member 128 is mechanically entrained and raised counter to the closing direction 134.
  • the booster piston 170 may be constructed from two individual parts bolted together. In this case, first the injection valve member 128 can be inserted into a first item and then the second item to be screwed onto the first item to the in FIG. 1 shown construction, in which the booster piston 170, the injection valve member 128 partially encloses to achieve.
  • control piston 154 is surrounded by a second sealing sleeve 188, which in turn has an annular shape with inner diameter d 1 and which has a biting edge 190 at its lower end.
  • the second sealing sleeve 180 is supported by the spring element 164 against the first sealing sleeve 160 is pressed fuel-tight manner against the second intermediate element 120.
  • the second control chamber 192 facing end surfaces 194 of the control piston 154 and 196 of the booster piston 170 which have the shape of circular surfaces perpendicular to the closing direction 134, respectively hydraulically effective surfaces 194, 196 for the control piston 154 and the booster piston 170.
  • These hydraulically effective surfaces 194, 196 have the same sign with respect to the closing direction 134.
  • the first control chamber 166 and the rear chamber 178 are connected to each other by a pressure equalization channel 198.
  • This pressure equalization channel 198 is formed in this embodiment as a bore in the control piston 154 and the booster piston 170, wherein the bore in the control piston 154 for manufacturing simplification of a parallel to the closing direction 134 extending blind hole and a perpendicular thereto bore, which outwardly with a screw is closed, composed.
  • the diameter of these holes, in particular the bore in the booster piston 170 is chosen so large that even with a relative displacement between the control piston 154 and booster piston 170 in the closing direction 134, a flow through this pressure equalization channel 198 is ensured with fuel.
  • the pressure compensation channel 198 in this exemplary embodiment has a throttle element 200 in the form of a constriction of the bore of the pressure compensation channel 198.
  • the mode of operation of the fuel injector 110 results from the following description of the initiation of an injection process. If the piezoelectric actuator 150 is acted on by a voltage, it expands in the closing direction 134 and acts on the control piston 154 via the control surface 152, so that the control piston 154 is moved in the closing direction 134. As a result, the volume of the first control chamber 166 is increased, whereby the fuel pressure p 1 in the first control chamber 166 drops. Furthermore, the volume of the second control chamber 192 is reduced in the short term, whereby a short-term fuel pressure p 2 in the second control chamber 192 increases.
  • the booster piston 170 is thus lifted by the stroke h 1 against the closing direction 134.
  • the booster piston 170 thereby takes the injection valve member 128 by means of the annular shoulder 186 so that it is lifted out of its seat 136, whereby a faster first stroke of the injection valve member 128 takes place.
  • the drop in the pressure p 1 in the first control chamber 166 causes fuel to flow through the pressure equalization channel 198 from the rear space 178 above the injection valve member 128 into the first control chamber 166.
  • the pressure p 3 in the back space 178 gradually equalizes to the pressure p 1 in the second control chamber 166, this pressure compensation, however, due to the throttle element 200, delayed to the stroke of the booster piston 170 is effected by this pressure drop of the pressure p 3 in the back space 178th an additional hydraulic force is exerted on the injection valve member 128 against the closing direction 134.
  • the rear space 178 thus acts, together with the first control chamber 166, as a second stage of a Hubüber hypothesis.
  • the injection valve member 128 is additionally lifted in addition to by the mechanical stop 184 and the upward movement of the booster piston 170 upward movement and further removed from its seat 136. Overall, this raising of the injection valve member 128 causes fuel to pass through the annulus 151 into the blind-hole shaped region 138, from where it is injected through the injection ports 142 into the combustion chamber. As a result of the two-stage stroke ratio and the partially mechanical, partially hydraulic raising of the injection valve member 128, a fast opening of the injection valve can thus take place, and a sufficient stroke of the injection valve member 128 can be achieved even with small lengths of the piezoactuator 150.
  • the electrical control of the piezoactuator 150 is accordingly changed again in such a way that the piezoelectric actuator 150 contracts, as a result of which the control piston 154 is raised again counter to the closing direction 134.
  • the pressure p 1 in the first control chamber 166 increases again in the short term and the pressure p 2 in the second control chamber 192 decreases.
  • the booster piston 170 is moved downwards, ie in the closing direction 134.
  • the pressure p 3 in the rear chamber 178 increases, so that a hydraulic force is exerted on the injection valve member 128, whereby the injection valve member 128 in Closing direction 134 moves until the injection valve member 128 rests again against the sealing seat 136 and closes the blind-hole-shaped region 138 in a fuel-tight manner.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen zweistufig öffnenden Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung und hydraulischer Hubumkehr.
    • Stand der Technik
  • Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Common-Rail-Injektoren mit Piezo-Aktoren bekannt, bei welchen eine Düsennadel über den Druck in einem oder mehreren Steuerräumen gesteuert wird. Der Druck in diesem beziehungsweise diesen Steuerräumen wird über den Piezo-Aktor und gegebenenfalls ein oder mehrere Steuerventile gesteuert. Bei derartigen Aufbauten wird also die Düsennadel indirekt durch den Piezo-Aktor gesteuert.
  • Neben diesen indirekt gesteuerten Common-Rail-Injektoren sind mittlerweile aus dem Stand der Technik auch Systeme bekannt, bei denen eine Düsennadel direkt von einem Piezo-Aktor gesteuert wird. Derartige Injektoren weisen eine große Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit sowie zumeist einen vergleichsweise einfachen Injektoraufbau auf. Derartige Injektoren benötigen jedoch lange Piezo-Aktoren, um den notwendigen Düsennadelhub zu erreichen.
  • Aus der EP 1 174 615 A2 ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, welcher ein Ventilelement aufweist, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, um eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Injektor zu steuern. Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor einen Aktor und einen Verstärker auf, wobei der Verstärker eine Aktorbewegung auf das Ventilelement überträgt.
  • Die in der EP 1 174 615 A2 beschriebene Anordnung weist, wie auch viele andere aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen mit direkter Nadelsteuerung, verschiedene Nachteile auf. So handelt es sich insbesondere bei dem beschriebenen Injektor um einen Injektor mit einer so genannten "inversen Nadelsteuerung". Damit der Kraftstoffinjektor geschlossen ist, muss das Ventilglied in den Ventilsitz gepresst werden, um die Einspritzöffnungen zu verschließen. In diesem Zustand befindet sich der Kraftstoffinjektor jedoch nur, wenn der Aktor bestromt ist und somit seine maximal mögliche Längenausdehnung aufweist. Im Ruhezustand hingegen, d.h. bei unbestromtem Aktor, werden die Einspritzöffnungen freigegeben. Dies hat insbesondere den Nachteil, dass der Aktor weitgehend immer bestromt werden muss, was den Aktor ständig belastet und die Lebensdauer der Aktoren und somit der Kraftstoffinjektoren erheblich verringert.
  • Ein Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung, bei dem eine Düsennadel zum Öffnen mit einem drückenden Aktorhub angesteuert wird, ist aus DE 103 33 573 B3 bekannt. Dabei ist der Piezoaktor mit einem Übersetzerkolben verbunden, der mit gegenüberliegenden Druckflächen auf zwei gegenüberliegende Übersetzerräume einwirkt, die über zwei hydraulische Verbindungen jeweils mit einem Steuerraum verbunden sind. Beiden Steuerräumen ist jeweils eine Steuerfläche ausgesetzt, die gegenüberliegend an einem mit der Düsennadel verbundenen Steuerkolben angeordnet sind. Durch Betätigen des Piezoaktors entsteht infolge des Hubs des Übersetzerkolbens in dem einen Übersetzerraum eine Druckerhöhung, die in den einen Steuerraum übertragen wird, und in dem anderen Übersetzerraum eine Druckreduzierung, die in den anderen Steuerraum übertragen wird. Dadurch entsteht eine einstufige Hubumkehr zwischen dem drückenden Piezoaktor und der beim Öffnen ziehenden Düsennadel, wobei aufgrund der entgegengesetzt wirkenden Druckkräfte in den gegenüberliegenden Druckräumen die auf die Düsennadel wirkenden Öffnungskräfte und Schließkräfte verstärkt werden.
  • Ein weiterer Kraftstoffinjektor mit drückendem Aktor zum Öffnen der Düsennadel ist aus DE 19519 191 A1 bekannt. Bei diesem Kraftstoffinjektor ist innerhalb eines topfförmigen Übersetzerkolben, der mit dem Piezoaktor verbunden ist, ein weiterer Kolben geführt, der mit der Düsennadel antriebsgekoppelt ist. Durch diese Kolben-in-Kolben-Führung des Übersetzerkolbens und des Düsennadelkolbens wird eine einstufige Hubumkehr des Hubs des Piezoaktors bezüglich des Öffnungshubs der Düsennadel realisiert.
    • Vorteile der Erfindung
  • Es wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welcher die Vorteile einer direkten Nadelsteuerung aufweist und gleichzeitig die oben beschriebenen Nachteile einer inversen Nadelsteuerung vermeidet. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die hydraulische Hubumkehr, für eine zweistufige hydraulische Hubumkehr, einzusetzen.
  • Diese hydraulische Hubumkehr bewirkt, dass eine Längenausdehnung des Aktors zu einem Öffnen des Einspritzventils und damit zu einem Auslösen des Einspritzvorganges führt, wohingehend eine anschließende Kontraktion des Aktors ein Schließen des Kraftstoffinjektors bewirkt. Auf diese Weise kann der Aktor beispielsweise im Ruhezustand (Kraftstoffinjektor geschlossen, kein Einspritzen) in unbestromtem Zustand, d.h. mit keiner oder nur mit einer geringen Spannung beaufschlagt, gehalten werden und entsprechend nur zum Auslösen des Einspritzvorgangs mit einer entsprechenden Bestromung bzw. Spannung beaufschlagt werden.
  • Weiterhin besteht ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, dass eine zweistufige Hubumkehr eingesetzt wird. Bei dieser zweistufigen Hubumkehr wird der Hubübersetzer eingesetzt, welcher eine inverse Übersetzung der Ausdehnung des Aktors bewirkt. Als zweite Stufe der Hubübersetzung wird der Rückraum des Hubübersetzers ausgenutzt.
  • Der Kraftstoffinjektor weist ein linear in einer Schließrichtung bewegbares Einspritzventilglied auf, welches über mindestens einen Dichtsitz mindestens eine Einspritzöffnung in einem Injektorkörper freigibt oder verschließt. Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor mindestens einen linear in der Schließrichtung wirkenden Aktor auf, wobei es sich vorzugsweise um einen Piezoaktor handeln kann. Auch andere Typen von Aktoren sind denkbar, beispielsweise Magnet-Aktoren oder ähnliche Aktoren. Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor mindestens einen linear in der Schließrichtung durch den Aktor bewegbaren Steuerkolben auf, sowie mindestens einen mit dem mindestens einen Steuerkolben über einen zweiten Steuerraum hydraulisch invers gekoppelten, linear in Schließrichtung verschiebbaren Übersetzerkolben. Der mindestens eine Übersetzerkolben ist durch eine Bewegung des mindestens einen Steuerkolbens in Schließrichtung entgegen der Schließrichtung verschiebbar.
  • Die inverse Kopplung zwischen dem mindestens einen Steuerkolben und dem mindestens einen Übersetzerkolben kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der mindestens eine zweite Steuerraum im Wesentlichen durch den Injektorkörper, mindestens eine zweite Dichthülse, den mindestens einen Übersetzerkolben und den mindestens einen Steuerkolben begrenzt wird. Dabei sollen der mindestens eine Übersetzerkolben und der mindestens eine Steuerkolben innerhalb des mindestens einen zweiten Steuerraums jeweils mindestens eine hydraulisch wirksame Fläche aufweisen, welche bezüglich der Schließrichtung gleiche Vorzeichen haben. Dadurch ist gewährleistet, dass eine Bewegung des mindestens einen Steuerkolbens in eine Richtung (beispielsweise in Schließrichtung) über eine in dem mindestens einen zweiten Steuerraum befindliche Hydraulikflüssigkeit (beispielsweise Kraftstoff) eine Bewegung des mindestens einen Übersetzerkolbens in der entgegengesetzten Richtung (also beispielsweise entgegen der Schließrichtung) zur Folge hat. Das jeweilige Hubverhältnis der Bewegungen von Steuerkolben und Übersetzerkolben ist dabei durch das inverse Verhältnis der jeweiligen hydraulisch wirksamen Flächen innerhalb des zweiten Steuerraums gegeben.
  • Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor mindestens einen ersten Steuerraum auf, wobei durch eine Verschiebung des mindestens einen Steuerkolbens in Schließrichtung mindestens ein Volumen des mindestens einen ersten Steuerraums vergrößerbar ist. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass der mindestens eine erste Steuerraum im wesentlichen durch den Injektorkörper mindestens eine erste Dichthülse und den Steuerkolben begrenzt wird. Der mindestens eine erste Steuerraum steht fluidisch in Verbindung mit einem Rückraum, wobei eine Druckabsenkung in dem mindestens einen Rückraum das Einspritzventilglied mit einer hydraulischen Kraft entgegen der Schließrichtung beaufschlagt. Dies kann dadurch erfolgen, dass der mindestens eine Rückraum im Wesentlichen durch den mindestens einen Übersetzerkolben und mindestens eine hydraulisch wirksame Fläche des Einspritzventilglieds begrenzt wird.
  • Insbesondere können der mindestens eine erste Steuerraum und der mindestens eine Rückraum über mindestens einen in den mindestens einen Steuerkolben und/oder den mindestens einen Übersetzerkolben eingelassenen Druckausgleichskanal fluidisch verbunden sein. Vorteilhafterweise weist dieser mindestens eine Druckausgleichskanal mindestens ein Drosselelement, beispielsweise ein Drosselelement in Form einer Engstelle des mindestens einen Diuckausgleichkanals, auf.
  • Der Kraftstoffinjektor kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass der mindestens eine Steuerkolben zumindest teilweise als Hülse ausgebildet ist und den mindestens einen Übersetzerkolben zumindest teilweise umschließt, wobei der mindestens eine Steuerkolben und der mindestens eine Übersetzerkolben linear gegeneinander verschiebbar sind.
  • Wird der mindestens eine lineare Aktor angesteuert, beispielsweise mit Strom beaufschlagt, so erfolgt eine Längenausdehnung des mindestens einen Aktors und der mindestens eine Steuerkolben wird in Schließrichtung verschoben. Dadurch wird kurzfristig ein erster Druck p1 einer Hydraulikflüssigkeit in dem mindestens einen ersten Steuerraum abgesenkt und ein zweiter Druck p2 einer Hydraulikflüssigkeit in dem mindestens einen zweiten Steuerraum erhöht. Durch den Druckanstieg des Drucks p2 wird der mindestens eine Übersetzerkolben entgegen der Schließrichtung verschoben, wobei der zweite Druck p2 der Hydraulikflüssigkeit wieder absinkt. Weiterhin strömt (gegebenenfalls durch das Drosselelement zeitverzögert) Hydraulikflüssigkeit aus dem mindestens einen Rückraum durch den mindestens Druckausgleichskanal in den mindestens einen ersten Steuerraum, wobei zwischen dem mindestens einen Rückraum und dem mindestens einen ersten Steuerraum im Wesentlichen ein Druckausgleich erfolgt. Dadurch sinkt ein dritter Druck p3 der Hydraulikflüssigkeit in den mindestens einen Rückraum, wodurch das Einspritzventilglied entgegen der Schließrichtung angehoben wird und die mindestens eine Einspritzöffnung freigibt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Erfindung auch so ausgestaltet sein, dass der mindestens eine Übersetzerkolben eine Mitnahmevorrichtung, beispielsweise einen mechanischen Anschlag aufweist, welcher zur Mitnahme des Einspritzventilglieds bei einer Bewegung des mindestens einen Übersetzerkolbens entgegen der Schließrichtung geeignet ist. In dieser Ausgestaltung erfolgt, wenn sich der mindestens eine Übersetzerkolben entgegen der Schließrichtung bewegt, zunächst eine Mitnahme des Einspritzventilglieds entgegen der Schließrichtung und somit ein schnelles Öffnen des Einspritzventilglieds. Der durch die Druckabsenkung des Druckes p1 in dem mindestens einen ersten Steuerraum bewirkte Druckabfall in dem mindestens einen Rückraum bewirkt dann ein zusätzliches Anheben de Einspritzventilglieds entgegen der Schließrichtung und somit einen zusätzlichen Hub des Einspritzventilglieds. Diese Ausgestaltung bewirkt insgesamt, dass auch bei vergleichsweise kurzen Aktoren,beispielsweise Piezoaktoren, ein genügender Hub des Einspritzventilsglieds erreicht werden kann und somit eine ausreichende Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
    Es zeigt:
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel einen Kraftstoffinjektors mit direkter Nadelsteuerung und zweistufiger Hubumkehr.
    Ausführungsbeispiel
  • Die einzige Figur (Figur 1) zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 110 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor 110 weist einen Injektorkörper 112 auf, welcher modular aufgebaut ist und einen Aktorraumkörper 114, ein erstes Zwischenelement 116, einen Druckraumkörper 118, ein zweites Zwischenelement 120 und einen Düsenraumkörper 122 umfasst. Der Kraftstoffinjektor 110 ist über eine (nicht dargestellte) Hochdruckleitung, welche in einen Aktorraum 124 des Kraftstoffinjektors 110 mündet (Kraftstoffzulauf symbolisch dargestellt durch den Pfeil 126) mit einem Druckspeicher (Common-Rail) verbunden, von dem der Kraftstoffinjektor 110 mit unter Druck stehendem Kraftstoff gespeist wird.
  • Der Kraftstoffinjektor 110 weist ein Einspritzventilglied 128 auf, welches mittels eines Führungsabschnittes 130 im zweiten Zwischenelement 120 derart gelagert ist, dass das Einspritzventilglied 128 parallel zu einer Schließrichtung 134 verschiebbar ist. Das Einspritzventilglied 128 ist in seinem in Schließrichtung 134 unteren Ende kegelförmig ausgestaltet. Wird das Einspritzventilglied 128 in Schließrichtung 134 mit einer Kraft beaufschlagt, so wird das Einspritzventilglied 128 in einen Dichtsitz 136 gepresst, wodurch ein sacklochförmiger Bereich 138 eines Nadelraums 140 dicht gegen Kraftstoff abgedichtet wird, wodurch in eine Wand des sacklochförmigen Bereichs 138 eingelassene Einspritzöffnungen 142 kraftstoffdicht verschlossen werden.
  • Der aus dem Kraftstoffzulauf 126 in den Aktorraum 124 des Kraftstoffinjektor 110 einströmende Kraftstoff kann durch erste Kraftstoffkanäle 144 (beispielsweise in Form von Bohrungen in dem ersten Zwischenelement 116) vom Aktorraum 124 in einen Druckraum 146 und von dort über weitere Kraftstoftkanäle 148 in dem zweiten Zwischenelement 120 in den Nadelraum 140 gelangen. Innerhalb des Nadelraums 140 kann der Kraftstoff entlang eines Ringspalts 151 zwischen Einspritzventilglied 128 und Düsenraumkörper 122 bis hin zum Dichtsitz 136 gelangen.
  • Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor 110 einen Piezoaktor 150 auf, welcher in den Aktorraum 124 eingelassen ist und über (nicht dargestellte) elektrische Kontakte bestrombar bzw. mit Spannung beaufschlagbar ist, derart, dass eine Längenänderung des Piezoaktors 150 in Schließrichtung 134 erfolgen kann. Der Piezoaktor 150 ist kraftstoff dicht ummantelt, um eine Schädigung des Piezoaktors 150 durch den unter Druck stehenden Kraftstoff im Aktorraum 124 zu vermeiden.
  • Der Piezoaktor 150 ist über ein Vorspannelement 153 vorgespannt und ist an einer Steuerfläche 152 fest mit einem Steuerkolben 154 verbunden. Der Steuerkolben 154 ist mittels eines Führungsbereichs 156 in dem ersten Zwischenelement 116 in Schließrichtung 134 linear verschiebbar gelagert. Der Steuerkolben 154 ist in seinem oberen, innerhalb des Führungsbereichs 156 geführten Bereichs als Massivzylinder mit Durchmesser d0 ausgeführt und ist in seinem unteren Bereich, welcher innerhalb des Druckraums 146 gelagert ist, auf einen Durchmesser d1 aufgeweitet. Am Übergang zwischen dem Bereich mit Durchmesser d0 und dem Bereich mit Durchmesser d1 ist eine Schulter 158 in Form einer Fläche 158 senkrecht zur Schließrichtung 134 ausgebildet. Diese Schulter 158 wirkt als hydraulische Fläche 158 des Steuerkolbens 154. Im Bereich dieser Schulter 158 ist der Steuerkolben 154 von einer ersten Dichthülse 160 umgeben, welche die Form eines Hohlzylinders mit Innendurchmesser d1 aufweist. An ihrem oberen Rand ist die erste Dichthülse 160 mit einer Beißkante 162 versehen. Durch ein Federelement 164 wird die erste Dichthülse 160 gegen das erste Zwischenelement 116 gepresst, wodurch zwischen der ersten Dichthülse 160, dem ersten Zwischenelement 116 und dem Steuerkolben 154 ein erster Steuerraum 166 entsteht, welcher die Form eines um den Steuerkolben 154 konzentrischen Kreiszylinders aufweist und welcher durch die Dichthülse 160 kraftstoffdicht gegen den übrigen Druckraum 146 abgedichtet ist.
  • Der Steuerkolben 154 ist in seinem unteren Bereich als Hohlzylinder ausgebildet und weist einen zylinderförmigen Hohlraum 168 mit Durchmesser d2 auf. Innerhalb dieses Hohlraums 168 ist ein in seinen äußeren Abmessungen ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmig ausgestalteter Übersetzerkolben 170 mit Außendurchmesser d2 eingebracht. Dieser Übersetzerkolben 170 ist innerhalb des Hohlraums 168 linear parallel zur Schließrichtung 134 gegen den Steuerkolben 154 verschiebbar. Dabei sorgt ein Entlastungskanal 172 in dem Steuerkolben 154 dafür, dass der zwischen Übersetzerkolben 170 und Steuerkolben 154 verbleibende Hohlraum 168 stets den gleichen Kraftstoffdruck aufweist wie der verbleibende Druckraum 146.
  • Der Übersetzerkolben 170 weist in seinem Inneren einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum 174 auf. Das Einspritzventilglied 128, welches im Bereich des Führungsabschnitts 130 zylinderförmig Gestalt mit Durchmesser d3 aufweist, weist an seinem oberen Ende eine zylinderförmig Verdickung 176 mit Durchmesser d4 auf, welcher in den Hohlraum 174 des Übersetzerkolbens 170 eingelassen ist, dergestalt, dass der Übersetzerkolben 170 diesen aufgeweiteten oberen Abschnitt 176 umschließt, wobei sich zwischen dem oberen Abschnitt 176 des Einspritzventilglieds 128 und dem ÜbersetzerkoIben 170 ein Rückraum 178 bildet. Dabei ist das Einspritzventilglied 128 mit seinem oberen Abschnitt 176 derart in dem Hohlraum 174 beweglich, dass der Rückraum 178 im Wesentlichen kraftstoffdicht gegen die Umgebung (d. h. insbesondere gegen einen zweiten Steuerraum 192, siehe unten) abgedichtet ist. Die dem Rückraum 178 zugewandte, senkrecht zur Schließrichtung 134 angeordnete Gesamtfläche des Einspritzventilglieds 128, welche insgesamt eine gestufte Kreisfläche mit Durchmesser d4 aufweist, bildet somit eine hydraulisch wirksame Fläche des Einspritzventilglieds 128. Das Einspritzventilglied 128 weist außerdem in seinem oberen Abschnitt 176 eine Vertiefung 180, innerhalb derer eine Düsenfeder 182 gelagert ist, über welche das Einspritzventilglied 128 gegen den Übersetzerkolben 170 abgestützt ist. Diese Düsenfeder 182 übt eine Kraft auf das Einspritzventilglied 128 in Schließrichtung 134 aus.
  • Weiterhin weist der Hohlraum 174 des Übersetzerkolbens 170 einen kreisförmig ausgebildeten mechanischen Anschlag 184 auf. Bei einer Aufwärtsbewegung des Übersetzerkolbens 170 greift dieser mechanische Anschlag 184 in eine Ringschulter 186 des Einspritzventilglieds 128 ein, welche am Übergang zwischen dem Durchmesser d3 und dem Durchmesser d4 des Einspritzventilglieds 128 ausgebildet ist. Dadurch wird bei einer Aufwärtsbewegung des Übersetzerkolbens 170 das Einspritzventilglied 128 mechanisch mitgenommen und entgegen der Schließrichtung 134 angehoben. Zum Zwecke einer vereinfachten Montage des Kraftstoffinjektors 110 kann beispielsweise der Übersetzerkolben 170 aus zwei miteinander verschraubten Einzelteilen aufgebaut sein. Dabei kann zunächst das Einspritzventilglied 128 in ein erstes Einzelteil eingeschoben werden und dann das zweite Einzelteil auf das erste Einzelteil aufgeschraubt werden, um den in Figur 1 dargestellten Aufbau, bei dem der Übersetzerkolben 170 das Einspritzventilglied 128 teilweise umschließt, zu erzielen.
  • An seinem unteren Ende ist der Steuerkolben 154 von einer zweiten Dichthülse 188 umgeben, welche wiederum kreisringförmige Gestalt mit Innendurchmesser d1 aufweist und welche an ihrem unteren Ende eine Beißkante 190 aufweist. Die zweite Dichthülse 180 ist über das Federelement 164 gegen die erste Dichthülse 160 abgestützt wird kraftstoffdicht gegen das zweite Zwischenelement 120 gepresst. Dadurch entsteht ein zweiter Steuerraum 192, welcher im Wesentlichen durch die zweite Dichthülse 180, das zweite Zwischenelement 120 des Injektorkörpers 112, das Einspritzventilglied 128, den Steuerkolben 154 und den Übersetzerkolben 170 begrenzt wird. Dabei bilden die dem zweiten Steuerraum 192 zugewandten Stirnflächen 194 des Steuerkolbens 154 und 196 des Übersetzerkolbens 170, welche die Gestalt von Kreisringflächen senkrecht zur Schließrichtung 134 aufweisen, jeweils hydraulisch wirksame Flächen 194, 196 für den Steuerkolben 154 und den Übersetzerkolben 170. Diese hydraulisch wirksamen Flächen 194, 196 haben bezüglich der Schließrichtung 134 das gleiche Vorzeichen.
  • Der erste Steuerraum 166 und der Rückraum 178 sind durch einen Druckausgleichskanal 198 miteinander verbunden. Dieser Druckausgleichskanal 198 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Bohrung im Steuerkolben 154 und im Übersetzerkolben 170 ausgebildet, wobei sich die Bohrung im Steuerkolben 154 zur fertigungstechnischen Vereinfachung aus einer parallel zur Schließrichtung 134 verlaufenden Sachlochbohrung und einer senkrecht dazu verlaufenden Bohrung, welche nach außen hin mit einer Schraube verschlossen ist, zusammensetzt. Der Durchmesser dieser Bohrungen, insbesondere der Bohrung im Übersetzerkolben 170, ist dabei so groß gewählt, dass auch bei einer relativen Verschiebung zwischen Steuerkolben 154 und Übersetzerkolben 170 in Schließrichtung 134 ein Durchströmen dieses Druckausgleichkanals 198 mit Kraftstoff sichergestellt ist. Im Bereich des Übersetzerkolbens 170 weist der Druckausgleichskanal 198 in diesem Ausführungsbeispiel ein Drosselelement 200 in Form einer Verengung der Bohrung des Druckausgleichkanals 198.
  • Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 110 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Initiierung eines Einspritzvorgangs. Wird der Piezoaktor 150 mit einer Spannung beaufschlagt, so dehnt sich dieser in Schließrichtung 134 aus und wirkt über die Steuerfläche 152 auf den Steuerkolben 154 ein, so dass der Steuerkolben 154 in Schließrichtung 134 bewegt wird. Dadurch wird das Volumen des ersten Steuerraums 166 vergrößert, wodurch der Kraftstoffdruck p1 im ersten Steuerraum 166 absinkt. Weiterhin wird kurzfristig das Volumen des zweiten Steuerraums 192 verringert, wodurch kurzfristig ein Kraftstoffdruck p2 in dem zweiten Steuerraum 192 ansteigt. Durch dieses Druckanstieg wird eine hydraulische Kraft auf die hydraulische Fläche 196 des Übersetzerkolbens 170 ausgeübt, wodurch der Übersetzerkolben 170 entgegen der Schließrichtung 134 angehoben wird. Das Verhältnis des Hubs h1 des Steuerkolbens 154 und des Hubs h2 des Übersetzerkolbens 170 berechnet sich dabei aus dem Flächenverhältnis der hydraulischen Flächen 194 und 196: h 1 h 2 = - d 2 2 + d 3 2 d 1 2 - d 2 2
    Figure imgb0001
  • Somit wird der Übersetzerkolben 170 also um den Hub h1 entgegen der Schließrichtung 134 angehoben. Über den mechanischen Anschlag 184 nimmt der Übersetzerkolben 170 dabei mittels der Ringschulter 186 das Einspritzventilglied 128 mit, so dass dieses aus seinem Sitz 136 gehoben wird, wodurch ein schneller erster Hub des Einspritzventilglieds 128 erfolgt.
  • Weiterhin bewirkt der Abfall des Drucks p1 im ersten Steuerraum 166, dass Kraftstoff durch den Druckausgleichskanal 198 vom Rückraum 178 oberhalb des Einspritzventilglieds 128 in den ersten Steuerraum 166 strömt. Dabei gleicht sich der Druck p3 im Rückraum 178 allmählich an den Druck p1 im zweiten Steuerraum 166 an, wobei dieser Druckausgleich jedoch, bedingt durch das Drosselelement 200, zeitverzögert zum Hub des Übersetzerkolbens 170 erfolgt Durch diesen Druckabfall des Drucks p3 im Rückraum 178 wird eine zusätzliche hydraulische Kraft auf das Einspritzventilglied 128 entgegen der Schließrichtung 134 ausgeübt. Der Rückraum 178 wirkt somit, gemeinsam mit dem ersten Steuerraum 166, als zweite Stufe einer Hubübersetzung. Damit wird das Einspritzventilglied 128 zusätzlich zur durch den mechanischen Anschlag 184 und die Aufwärtsbewegung des Übersetzerkolbens 170 bedingten Aufwärtsbewegung zusätzlich angehoben und weiter aus seinem Sitz 136 entfernt. Insgesamt bewirkt dieses Anheben des Einspritzventilglieds 128, dass Kraftstoff über den Ringraum 151 in den sacklochförmigen Bereich 138 gelangen kann, von wo er durch die Einspritzöffnungen 142 in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die zweistufige Hubübersetzung und die teilweise mechanische, teilweise hydraulische Anhebung des Einspritzventilglieds 128 kann somit ein schnelles Öffnen des Einspritzventils erfolgen, und es kann auch bei geringen Längen des Piezoaktors 150 ein ausreichender Hub des Einspritzventilglieds 128 erzielt werden.
  • Zum Verschließen der Einspritzöffnungen 142 wird entsprechend wieder die elektrische Ansteuerung des Piezoaktors 150 dahingehend geändert, dass sich der Piezoaktor 150 zusammenzieht, wodurch der Steuerkolben 154 wieder entgegen der Schließrichtung 134 angehoben wird. Dadurch steigt kurzfristig der Druck p1 im ersten Steuerraum 166 wieder an und der Druck p2 im zweiten Steuerraum 192 sinkt ab. Entsprechend wird durch hydraulische Kopplung der Übersetzerkolben 170 nach unten, d.h. in Schließrichtung 134 bewegt. Zusätzlich steigt aufgrund eines Druckausgleichs zwischen dem ersten Steuerraum 166 und dem Rückraum 178 der Druck p3 im Rückraum 178 an, so dass eine hydraulische Kraft auf das Einspritzventilglied 128 ausgeübt wird, wodurch das Einspritzventilglied 128 sich in Schließrichtung 134 bewegt, so lange, bis das Einspritzventilglied 128 wieder am Dichtsitz 136 anliegt und den sacklochförmigen Bereich 138 kraftstoffdicht verschließt.
    • Bezugszeichenliste
    • 110
    Kraftstoffinjektor
    112
    Injektorkörper
    114
    Aktorraumkörper
    116
    erstes Zwischenelement
    118
    Druckraumkörper
    120
    zweites Zwischenelement
    122
    Düsenraumkörper
    124
    Aktorraum
    126
    Kraftstoffzulauf
    128
    Einspritzventilglied
    130
    Führungsabschnitt
    134
    Schließrichtung
    136
    Dichtsitz
    138
    sacklochförmiger Bereich
    140
    Nadelraum
    142
    Einspritzöffnungen
    144
    Kraftstoffkanal
    146
    Druckraum
    148
    Kraftstoffkanal
    150
    Piezoaktor
    151 1
    Ringraum
    152
    Steuerfläche
    153
    Vorspannelement
    154
    Steuerkolben
    156
    Führungsbereich
    158
    Schulter
    160
    erste Dichthülse
    162
    Beißkante
    164
    Federelement
    166
    erster Steuerraum
    168
    Hohlraum
    170
    Übersetzerkolben
    172
    Entlastungskanal
    174
    Hohlraum
    176
    oberer Abschnitt des Einspritzventilglieds
    178
    Rückraum
    180
    Vertiefung
    182
    Düsefeder
    184
    mechanischer Anschlag
    186
    Ringschulter
    188
    zweite Dichthülse
    190
    Beißkante
    192
    zweiter Steuerraum
    194
    hydraulisch wirksame Fläche des Steuerkolbens
    196
    hydraulisch wirksame Fläche des Übersetzerkolbens
    198
    Druckausgleichskanal
    200
    Drosselelement

Claims (9)

  1. Kraftstoffinjektor (110) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (110) folgendes aufweist:
    a) ein linear in einer Schließrichtung (134) bewegbares, über mindestens einen Dichtsitz (136) mindestens eine Einspritzöffnung (142) in einem Injektorkörper (112) freigebendes oder verschließendes Einspritzventilglied (128);
    b) mindestens einen linear in der Schließrichtung (134) wirkenden Aktor (150);
    c) mindestens einen linear in der Schließrichtung (134) durch den Aktor (150) bewegbaren Steuerkolben (154);
    d) mindestens einen ersten Steuerraum (166), wobei durch eine Verschiebung des mindestens einen Steuerkolbens (154) in Schließrichtung (134) ein Volumen des mindestens einen ersten Steuerraums (166) vergrößerbar ist
    e) mindestens einen mit dem mindestens einen Steuerkolben (154) über einen zweiten Steuerraum (192) hydraulisch invers gekoppelten, linear in Schließrichtung (134) verschiebbaren Übersetzerkolben (170), wobei der mindestens eine Übersetzerkolben (170) durch eine Bewegung des mindestens einen Steuerkolbens (154) in Schließrichtung (134) entgegen der Schließrichtung (134) verschiebbar ist; und
    f) mindestens einen mit dem mindestens einen ersten Steuerraum (166) fluidisch in Verbindung stehenden Rückraum (178), wobei durch eine Druckabsenkung in dem mindestens einen Rückraum (178) das Einspritzventilglied (128) mit einer hydraulischen Kraft entgegen der Schließrichtung (134) beaufschlagbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Übersetzerkolben (170) zumindest teilweise als Hülse ausgebildet ist und das Einspritzventilglied (128) teilweise umschließt, wobei der mindestens eine Übersetzerkolben (170) und das Einspritzventilglied (128) linear gegeneinander verschiebbar sind, und dass der mindestens eine Rückraum (178) im Wesentlichen durch den mindestens einen Übersetzerkolben (170) und das Einspritzventilglied (128) begrenzt wird, wobei das Einspritzventilglied (128) innerhalb des Rückraums (178) mindestens eine vierte hydraulisch wirksame Fläche aufweist.
  2. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steuerkolben (154) zumindest teilweise als Hülse ausgebildet ist und den mindestens einen Übersetzerkolben (170) zumindest teilweise umschließt, wobei der mindestens eine Steuerkolben (154) und der mindestens eine Übersetzerkolben (170) linear gegeneinander verschiebbar sind
  3. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Übersetzerkolben (170) und/oder das Einspritzventilglied (128) eine Mitnahmevorrichtung (184, 186) zur mechanischen Mitnahme des Einspritzventilglieds (128) bei Anheben des mindestens einen Übersetzerkolbens (170) entgegen der Schließrichtung (134) aufweist.
  4. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Steuerraum (166) im Wesentlichen durch den Injektorkörper (112), mindestens eine erste Dichthülse (160), und den mindestens einen Steuerkolben (154) begrenzt wird, wobei der mindestens eine Steuerkolben (154) innerhalb des mindestens einen ersten Steuerraums (166) eine erste hydraulisch wirksame Fläche (158) aufweist.
  5. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Steuerraum (192) im Wesentlichen durch mindestens eine zweite Dichthülse (188), den mindestens einen Steuerkolben (154) und den mindestens einen Übersetzerkolben (170) begrenzt wird, wobei der mindestens eine Steuerkolben (154) innerhalb des zweiten Steuerraums (192) eine zweite hydraulisch wirksame Fläche (194) aufweist und wobei der mindestens eine Übersetzerkolben (170) innerhalb des zweiten Steuerraums (192) eine dritte hydraulisch wirksame Fläche (196) aufweist, wobei die zweite hydraulisch wirksame Fläche (194) und die dritte hydraulisch wirksame Fläche (196) bezüglich der Schließrichtung (134) das selbe Vorzeichen aufweisen.
  6. Kraftstoffinjektor (110) gemäß den beiden vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichthülse (160) und die zweite Dichthülse (188) durch mindestens ein erstes Federelement (164) gegeneinander abgestützt sind.
  7. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Steuerraum (166) und der mindestens eine Rückraum (178) über mindestens einen in den mindestens einen Steuerkolben (154) und/oder den mindestens einen Übersetzerkolben (170) eingelassenen Druckausgleichskanal (198) fluidisch verbunden sind.
  8. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckausgleichskanal (198) mindestens ein Drosselelement (200) aufweist.
  9. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (128) durch mindestens ein zweites Federelement (182) gegen den mindestens einen Übersetzerkolben (170) abgestützt ist, wobei das mindestens eine zweite Federelement (182) eine Kraft in Schließrichtung (134) auf das Einspritzventilglied (128) ausübt.
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