EP1908953A2 - Kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents

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EP1908953A2
EP1908953A2 EP07114426A EP07114426A EP1908953A2 EP 1908953 A2 EP1908953 A2 EP 1908953A2 EP 07114426 A EP07114426 A EP 07114426A EP 07114426 A EP07114426 A EP 07114426A EP 1908953 A2 EP1908953 A2 EP 1908953A2
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EP
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pressure
chamber
fuel injection
pressure booster
section
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EP07114426A
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EP1908953B1 (de
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle.
  • an injection pressure can preferably be adapted to a load and a rotational speed of the internal combustion engine.
  • a high injection pressure helps to reduce pollutant emissions and at the same time to achieve a high specific power.
  • This injection pressure can be further increased by a pressure booster or a pressure booster is arranged in common-rail injection systems.
  • the fuel injection system according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a pressure booster with a simple, coaxial design with an internal pressure booster control chamber through which the pressure booster builds significantly shorter.
  • a pressure booster with a stepped piston instead of a pressure booster with a stepped piston, the interior of a hollow piston is relieved to achieve activation of the translation.
  • the elimination of the double guide also leads to much simpler components, which are inexpensive to produce.
  • a hydraulic connection of the pressure booster control chamber can also be effected simply via corresponding interfaces between different sections of an injector containing the pressure booster, as a result of which further, expensive process steps can be saved.
  • the fuel injection system has at least one injector for injecting the fuel, in which the pressure booster is arranged or formed.
  • an injector has an injector body, which consists essentially of an actuator section, a pressure booster section and a needle section.
  • an intermediate plate is arranged between the actuator section and the pressure booster section, while an end plate is arranged on an end of the pressure booster section facing away from the intermediate plate.
  • the pressure booster is arranged in the pressure booster section, which has a hollow piston guided in the pressure booster section and a plunger coaxially immersed in the latter, wherein the two pistons delimit an internal pressure booster control chamber.
  • An annular translator chamber of the pressure booster in which the high injection pressure is generated due to an adjustment of the hollow piston in the direction of the end plate, is thereby axially limited by the hollow piston and the end plate, while a radial boundary of the booster chamber is given by the pressure booster section and the plunger.
  • the needle section is arranged with a nozzle chamber and a nozzle needle which can be adjusted in height, the translator chamber being connected to the nozzle chamber via a hydraulic path.
  • the nozzle space for opening the nozzle needle can be connected to a return line which is unpressurized relative to the system pressure, so that indirectly via the nozzle chamber the interrupter space can also be connected to the return line.
  • the actuator section limits a pressurized space under system pressure, in which an actuator is arranged.
  • the arrangement of the actuator, for example one Piezo-actuator, within the injector in Aktorabites creates a particularly space-minimizing construction, which also eliminates the need to arrange an actuator outside of the injector and thus a complex connection of the same with the injector.
  • the actuator is braced via a spring device in the pressure chamber of Aktorabêtes and arranged fixed in position.
  • a coupling path is arranged, which hydraulically connects the pressure chamber of the Aktorabitess with a, located in the pressure booster section on a side facing away from the pressure booster control chamber side of the hollow piston, the hollow piston rear.
  • the intermediate plate can be used as a coupling member between the actuator section and the pressure booster section, wherein the system pressure is always applied by the coupling path both in the pressure chamber and in the hollow piston rear space.
  • the above-mentioned actuator actuates in the activated state a stroke adjustable arranged in Aktorabêt valve piston having a first and a second valve seat, wherein in a first stroke end of the first valve seat closed and the second valve seat is open and opened in a second stroke end of the first valve seat and the second valve seat closed is.
  • the actuator acts directly on a coupler space on the valve piston and adjusts this at least between its two stroke end positions. In the first stroke end position of the first valve seat is closed, whereby a hydraulic connection between the pressure translator control chamber and the non-pressurized return is interrupted.
  • the second valve seat is open, so that a pressure equalization between the pressure booster control chamber and the hollow piston rear space and thus via the coupling path with the pressure chamber and a pressure source connected thereto is possible.
  • the first valve seat in its second stroke end position, is opened, so that a hydraulic connection between the pressure booster control chamber and the non-pressurized return is provided, while a connection between the pressure booster control chamber and the hollow piston rear space is interrupted.
  • the valve piston with its two valve seats offers the great advantage of being able to perform a control function structurally simple and at the same time to allow extremely short switching times.
  • the nozzle needle is designed so that pressurization of the nozzle chamber supports an opening movement of the nozzle needle.
  • the nozzle needle has an inflow surface, which faces the nozzle chamber and which leads to an opening movement of the nozzle needle when pressure is applied to the nozzle chamber.
  • a nozzle needle spring which is arranged in a needle closing space and which biases the nozzle needle into its closed position for the nozzle needle to move into its closed position and to close the at least one injection hole.
  • the hydraulic pressure in the nozzle chamber is used together with a nozzle needle spring in a structurally ingenious way to control the opening and closing movement of the nozzle needle, due to the coupling of the nozzle needle spring with the counteracting pressure in Nozzle space an extremely fast switching operation can be achieved.
  • a fuel injection system 45 comprises at least one injector 1, wherein the fuel injection system 45 can be arranged in particular in a motor vehicle and serves for supplying fuel to the individual cylinders of an internal combustion engine. If several injectors 1 are connected to a common high-pressure fuel line or to a common pressure source 7, it is a so-called common-rail system.
  • the injector 1 has an injector body 2, which essentially comprises an actuator section 3, a pressure booster section 4 and a needle section 5.
  • the actuator section 3 and the pressure booster section 4 are not using one here illustrated connecting element, in particular after the manner of a union nut, firmly connected.
  • the injector body 2 In its needle section 5, the injector body 2 has at least one injection hole 6, through which fuel can be injected into an injection space, not shown. Connected to the injector 1 on the one hand hydraulically with a pressure accumulator or a pressure source 7 and on the other hand electrically via corresponding lines 8 with an injection control system.
  • the injector 1 has an actuator 9, in particular a piezo actuator, which expands in an activated state with regard to its axial longitudinal extent.
  • a valve piston 10 is provided, which has a first valve seat 11 and a second valve seat 12 and which is mounted in a stroke-adjustable manner in the injector body 2.
  • the valve piston 10 is mounted adjustable in stroke between a first end position and a second stroke end position, wherein according to FIGS. 1 to 3, the first stroke end position is shown. In this first stroke end position, the first valve seat 11 is closed and the second valve seat 12 is opened, while in the second stroke end position the first valve seat 11 is opened and the second valve seat 12 is closed.
  • the actuator 9 is arranged in a pressure chamber 13, which is hydraulically connected to the pressure accumulator or the pressure source 7 and is under system pressure. As a result, the actuator 9 can be arranged to save space within the injector body 2, which has a positive effect on a space requirement.
  • the valve piston 10 side facing the actuator 9 has a surrounding this sealing sleeve 14, which is biased by a spring means 15 in the direction of the valve piston 10.
  • the sealing sleeve 14, the actuator 9 and the valve piston 10 essentially define a coupler space 16, which is usually separated hydraulically from the pressure chamber 13 by the sealing sleeve 14.
  • an intermediate plate 17 is arranged between the actuator section 3 and the pressure booster section 4, while an end plate 18 is arranged on the pressure booster section 4 between the pressure booster section 4 and the needle section 5.
  • the pressure booster section 4 is thus axially limited on the one hand by the intermediate plate 17 and on the other hand by the end plate 18.
  • a pressure booster 19 is arranged, which essentially comprises a hollow piston 20 and an immersed in this plunger 21 and is designed to increase a fuel injection pressure relative to the system pressure.
  • the hollow piston 20 is guided in the pressure booster section 4 and serves as a guide for the coaxial plunging into the hollow piston 20 plunger 21. Together, the hollow piston 20 and the plunger 21 define a pressure booster control chamber 22.
  • On a the pressure booster control chamber 22 side facing away from the hollow piston 20 is the System pressure, wherein the hollow piston 20 defines on this side together with the intermediate plate 17 and the pressure booster section 4 a hollow piston rear space 23.
  • a return spring 24 is provided, which biases the hollow piston 20 of the end plate 18 away.
  • an opening spring 25 is arranged, which biases the plunger 21 in the extension from the hollow piston 20, that is, down here.
  • a booster chamber 26 is provided, which is bounded in the radial direction on the one hand by the pressure booster section 4 and on the other hand by the plunger 21.
  • the booster chamber 26 is connected via a hydraulic path 27 with a nozzle chamber 28.
  • a needle closing space 30 is arranged on a side facing away from the injection hole 6 of the nozzle needle 29, in which a needle damper piston 31 is arranged hubver tone and which is connected via a hydraulic line 32 for opening the nozzle needle 29 with a relative to the system pressure unpressurized return 33.
  • a rear space 34 of the needle damper piston 31 is hydraulically connected to the hydraulic line 32, wherein the hydraulic line 32 may be throttled differently in the area close to the needle closing chamber 30 and near the rear space 34.
  • the needle closing chamber 30 is connected via a further hydraulic line 32 'to the booster chamber 26, wherein in the further hydraulic line 32' a check device 36 is arranged, which is continuous only in the direction of the needle closing chamber 30 to the booster chamber 26.
  • the needle damper piston 31 according to FIGS. 1 to 3 is traversed by an axial passage opening 35, which is closed at one end by the nozzle needle 29 and at the other end communicates with the rear space 34.
  • a closing spring 37 is arranged, which biases the needle damper piston 31 in the direction of the nozzle needle 29.
  • a coupling path 38 which connects the pressure intensifier control chamber 22 with a plunger chamber 39 hydraulically.
  • the plunger piston chamber 39 and thus also the pressure booster control chamber 22 are via corresponding coupling paths 38 'and 38 "in the end plate 18 with a, extending in a wall of the pressure booster section 4 control line 40 and above depending on the position of the valve piston 10 with the hollow piston rear chamber 23 or the return 33rd hydraulically connected.
  • a control rod 41 is provided, which penetrates the hollow piston 20 in the axial direction.
  • the control rod 41 On its side facing the intermediate plate 17, the control rod 41 is surrounded by a control sleeve 44 which, together with the control rod 41 and the intermediate plate 17, defines a rod control chamber 42.
  • a spring device 15 ' is provided, which biases the control sleeve 44 against the intermediate plate 17.
  • a passage 43 is provided which connects the rod control chamber 42 hydraulically with the pressure booster control chamber 22.
  • the coupling path 38 is arranged in the plunger 21, so that a connection between the pressure translator control chamber 22 and the plunger piston chamber 39 is also provided.
  • no control line 40 is provided in the wall of the pressure booster section 4.
  • the reduction of the pressure in the pressure booster control chamber 22 causes a downward movement of the hollow piston 20, whereby the pressure in the booster chamber 26 and thus in the nozzle chamber 28 increases.
  • the increase of the pressure in the nozzle chamber 28 and the lowering of the pressure in the back space 34 or in the needle closing space 30 by an appropriate throttling cause an opening movement of the nozzle needle 29, whereby it releases the at least one injection hole 6 and injects fuel into a combustion chamber with increased injection pressure ,
  • the actuator 9 is discharged, whereupon it contracts, here moved up and the valve piston 10 moves back to its first stroke end position, in which the first valve seat 11 is closed and the second valve seat 12 is opened.
  • the second valve seat 12 of the pressure booster control chamber 22 is subjected to system pressure, whereby the hollow piston 20 intimidveranim to its original position and the pressure in the booster chamber 26 and thus in the nozzle chamber 28 drops.
  • the drop in pressure in the nozzle chamber 28 connected to the pressure increase to system pressure in the rear space 34 and in the needle closing chamber 30 cause a closing movement of the nozzle needle 29 and thereby terminating the injection process.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage (45) einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Druckübersetzer (19) zur Erhöhung eines Kraftstoffeinspritzdrucks gegenüber einem Systemdruck, der einen in einem Druckübersetzerabschnitt (4) geführten Hohlkolben (20) und einen koaxial in diesen eintauchenden Tauchkolben (21) aufweist, wobei der Hohlkolben (20) und der Tauchkolben (21) einen Druckübersetzersteuerraum (22) begrenzen und wobei auf einer dem Druckübersetzersteuerraum (22) abgewandten Seite des Hohlkolbens (20) der Systemdruck anliegt.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
  • Zur Einbringung von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren werden zur Zeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt, wobei ein Einspritzdruck vorzugsweise an eine Last und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Hierbei hilft insbesondere ein hoher Einspritzdruck, eine Schadstoffemission zu senken und gleichzeitig eine hohe spezifische Leistung zu erzielen. Dieser Einspritzdruck kann weiter gesteigert werden, indem bei Common-Rail-Einspritzsystemen ein Druckverstärker bzw. eine Druckübersetzer angeordnet wird.
  • Derzeit bekannte Bauformen von Druckübersetzern verwenden üblicherweise einen Stufenkolben als Druckübersetzer, welcher eine Doppelführung aufweist und dadurch über zwei Führungsbereiche in einem Injektor geführt ist. Diese beiden Führungsbereiche müssen für eine reibungslose Funktion des Injektors exakt zueinander ausgerichtet und gefertigt sein, was einen nicht zu unterschätzenden Fertigungsaufwand erfordert. Darüber hinaus ergibt sich eine ungünstige, da lange Bauform des Druckübersetzers.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Druckübersetzer eine einfache, koaxiale Bauform mit einem innen liegenden Druckübersetzersteuerraum aufweist, durch welche der Druckübersetzer deutlich kürzer baut. Anstelle eines Druckübersetzers mit einem Stufenkolben, wird der Innenbereich eines Hohlkolbens entlastet, um eine Aktivierung der Übersetzung zu erreichen. Der Entfall der Doppelführung führt darüber hinaus zu deutlich einfacheren Bauteilen, welche kostengünstig herstellbar sind. Ebenso kann auch eine hydraulische Anbindung des Druckübersetzersteuerraums einfach über entsprechende Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Abschnitten eines den Druckübersetzer beinhaltenden Injektors erfolgen, wodurch weitere, teure Prozessschritte eingespart werden können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kraftstoffeinspritzanlage zumindest einen Injektor zum Eindüsen des Kraftstoffs auf, in dem der Druckübersetzer angeordnet bzw. ausgebildet ist. Prinzipiell weist ein solcher Injektor einen Injektorkörper auf, welcher im wesentlichen aus einem Aktorabschnitt, einem Druckübersetzerabschnitt und einem Nadelabschnitt besteht. Zwischen dem Aktorabschnitt und dem Druckübersetzerabschnitt ist dabei eine Zwischenplatte angeordnet, während an einem der Zwischenplatte abgewandten Ende des Druckübersetzerabschnittes eine Endplatte angeordnet ist. Zur Erhöhung eines Kraftstoffeinspritzdruckes gegenüber einem Systemdruck ist im Druckübersetzerabschnitt der Druckübersetzer angeordnet, der einen im Druckübersetzerabschnitt geführten Hohlkolben und einen koaxial in diesen eintauchenden Tauchkolben aufweist, wobei die beiden Kolben einen innen liegenden Druckübersetzersteuerraum begrenzen. Auf einer dem Druckübersetzersteuerraum abgewandten Seite des Hohlkolbens liegt dabei der Systemdruck an. Ein ringförmiger Übersetzerraum des Druckübersetzers, in welchem der hohe Einspritzdruck aufgrund einer Verstellbewegung des Hohlkolbens in Richtung der Endplatte erzeugt wird, wird dabei vom Hohlkolben und von der Endplatte axial begrenzt, während eine radiale Begrenzung des Übersetzerraums durch den Druckübersetzerabschnitt und den Tauchkolben gegeben ist. Jenseits der Endplatte ist der Nadelabschnitt mit einem Düsenraum und einer in diesem hubverstellbaren Düsennadel angeordnet, wobei der Übersetzerraum über einen Hydraulikpfad mit dem Düsenraum verbunden ist. Des Weiteren ist der Düsenraum zum Öffnen der Düsennadel mit einem relativ zum Systemdruck drucklosen Rücklauf verbindbar, so dass indirekt über den Düsenraum auch der Übersetzerraum mit dem Rücklauf verbindbar ist.
    Zweckmäßig begrenzt der Aktorabschnitt einen unter Systemdruck stehenden Druckraum, in welchem ein Aktor angeordnet ist. Die Anordnung des Aktors, beispielsweise eines Piezo-Aktors, innerhalb des Injektorgehäuses im Aktorabschnitt schafft eine besonders bauraumminimierende Bauweise, welche zudem ein Anordnen eines Aktors außerhalb des Injektors und damit ein aufwendiges Verbinden desselben mit dem Injektor erübrigt. Der Aktor ist dabei über eine Federeinrichtung im Druckraum des Aktorabschnittes verspannt und so lagefixiert angeordnet. In der Zwischenplatte ist ein Kopplungspfad angeordnet, welcher den Druckraum des Aktorabschnitts mit einem, im Druckübersetzerabschnitt auf einer dem Druckübersetzersteuerraum abgewandten Seite des Hohlkolbens gelegenen, Hohlkolbenrückraum hydraulisch verbindet. Hierdurch kann die Zwischenplatte als Kopplungsglied zwischen dem Aktorabschnitt und dem Druckübersetzerabschnitt verwendet werden, wobei durch den Kopplungspfad sowohl im Druckraum als auch im Hohlkolbenrückraum stets der Systemdruck anliegt. Oben genannter Aktor betätigt in aktiviertem Zustand einen hubverstellbar im Aktorabschnitt angeordneten Ventilkolben mit einem ersten und einem zweiten Ventilsitz, wobei in einer ersten Hubendstellung der erste Ventilsitz geschlossen und der zweite Ventilsitz geöffnet ist und in einer zweiten Hubendstellung der erste Ventilsitz geöffnet und der zweite Ventilsitz geschlossen ist. Der Aktor wirkt dabei direkt über einen Kopplerraum auf den Ventilkolben und verstellt diesen zumindest zwischen seinen zwei Hubendstellungen. In der ersten Hubendstellung ist der erste Ventilsitz geschlossen, wodurch eine hydraulische Verbindung zwischen dem Druckübersetzersteuerraum und dem drucklosen Rücklauf unterbrochen ist. Demgegenüber ist der zweite Ventilsitz geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen dem Druckübersetzersteuerraum und dem Hohlkolbenrückraum und damit über den Kopplungspfad auch mit dem Druckraum und einer daran angeschlossenen Druckquelle möglich ist. In seiner zweiten Hubendstellung ist wie oben erwähnt, der erste Ventilsitz geöffnet, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen dem Druckübersetzersteuerraum und dem drucklosen Rücklauf gegeben ist, während eine Verbindung zwischen dem Druckübersetzersteuerraum und dem Hohlkolbenrückraum unterbrochen ist. Der Ventilkolben mit seinen zwei Ventilsitzen bietet dabei den großen Vorteil, eine Steuerfunktion konstruktiv einfach ausführen zu können und zugleich extrem kurze Schaltzeiten zu ermöglichen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Düsennadel so ausgebildet, dass eine Druckbeaufschlagung des Düsenraums eine Öffnungsbewegung der Düsennadel unterstützt. Dabei weist die Düsennadel eine Anströmfläche auf, welche dem Düsenraum zugewandt ist und welche bei einer Druckbeaufschlagung des Düsenraums zu einer Öffnungsbewegung der Düsennadel führt. Bei einer Erniedrigung des Drucks im Düsenraum sorgt eine Düsennadelfeder, die in einem Nadelschließraum angeordnet ist und welche die Düsennadel in ihre Schließstellung vorspannt dafür, dass die Düsennadel in ihre Schließstellung verfährt und das wenigstens eine Spritzloch verschließt. Durch den derart ausgebildeten Düsenraum bzw. die so ausgebildete Düsennadel wird der hydraulische Druck im Düsenraum zusammen mit einer Düsennadelfeder in konstruktiv genialer Weise dazu verwendet, die Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Düsennadel zu steuern, wobei aufgrund der Kopplung der Düsennadelfeder mit dem entgegenwirkenden Druck im Düsenraum ein extrem schneller Schaltvorgang erzielt werden kann.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
    • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen jeweils schematisch,
    • Fig. 1 bis Fig. 3
    eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einem stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen, einen Druckübersetzer aufweisenden Injektor bei verschiedenen Ausführungsformen.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Entsprechend den Fig. 1 bis 3 umfasst eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage 45 zumindest einen Injektor 1, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage 45 insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann und zur Kraftstoffversorgung der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine dient. Sofern mehrere Injektoren 1 an eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung bzw. an eine gemeinsame Druckquelle 7 angeschlossen sind, handelt es sich um ein sogenanntes Common-Rail-System. Der Injektor 1 weist einen Injektorkörper 2 auf, der im wesentlichen einen Aktorabschnitt 3, einen Druckübersetzerabschnitt 4 und einen Nadelabschnitt 5 umfasst. Üblicherweise sind der Aktorabschnitt 3 und der Druckübersetzerabschnitt 4 mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Verbindungselementes, insbesondere nach der Art einer Überwurfmutter, fest miteinander verbunden. In seinem Nadelabschnitt 5 weist der Injektorkörper 2 wenigstens ein Spritzloch 6 auf, durch welches Kraftstoff in einen nicht gezeigten Einspritzraum einspritzbar ist. Verbunden ist der Injektor 1 einerseits hydraulisch mit einem Druckspeicher oder einer Druckquelle 7 und andererseits elektrisch über entsprechende Leitungen 8 mit einer Einspritzsteueranlage.
  • Der Injektor 1 weist in seinem Aktorabschnitt 3 einen Aktor 9, insbesondere einen Piezo-Aktor auf, welcher sich in aktiviertem Zustand hinsichtlich seiner axialen Längserstreckung ausdehnt. Des Weiteren ist im Aktorabschnitt 3 ein Ventilkolben 10 vorgesehen, welcher einen ersten Ventilsitz 11 und einen zweiten Ventilsitz 12 aufweist und welcher hubverstellbar im Injektorkörper 2 gelagert ist. Dabei ist der Ventilkolben 10 zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Hubendstellung hubverstellbar gelagert, wobei gemäß den Fig. 1 bis 3 die erste Hubendstellung gezeigt ist. In dieser ersten Hubendstellung ist der erste Ventilsitz 11 geschlossen und der zweite Ventilsitz 12 geöffnet, während in der zweiten Hubendstellung der erste Ventilsitz 11 geöffnet und der zweite Ventilsitz 12 geschlossen ist.
  • Der Aktor 9 ist in einem Druckraum 13 angeordnet, welcher hydraulisch mit dem Druckspeicher bzw. der Druckquelle 7 verbunden ist und unter Systemdruck steht. Dadurch kann der Aktor 9 platzsparend innerhalb des Injektorkörpers 2 angeordnet werden, was sich positiv auf einen Bauraumbedarf auswirkt. Auf seiner, dem Ventilkolben 10 zugewandten Seite, weist der Aktor 9 eine diesen umgebende Dichthülse 14 auf, welche über eine Federeinrichtung 15 in Richtung des Ventilkolbens 10 vorgespannt ist. Die Dichthülse 14, der Aktor 9 und der Ventilkolben 10 begrenzen dabei im wesentlichen einen Kopplerraum 16, welcher üblicherweise hydraulisch vom Druckraum 13 durch die Dichthülse 14 getrennt ist.
  • Wie den Fig. 1 bis 3 weiter zu entnehmen ist, ist zwischen dem Aktorabschnitt 3 und dem Druckübersetzerabschnitt 4 eine Zwischenplatte 17 angeordnet, während zwischen dem Druckübersetzerabschnitt 4 und dem Nadelabschnitt 5 eine Endplatte 18 am Druckübersetzerabschnitt 4 angeordnet ist. Der Druckübersetzerabschnitt 4 wird somit einerseits von der Zwischenplatte 17 und andererseits von der Endplatte 18 axial begrenzt.
  • Im Druckübersetzerabschnitt 4 ist ein Druckübersetzer 19 angeordnet, welcher im wesentlichen einen Hohlkolben 20 und einen axial in diesen eintauchenden Tauchkolben 21 umfasst und zur Erhöhung eines Kraftstoffeinspritzdruckes gegenüber dem Systemdruck ausgebildet ist. Der Hohlkolben 20 ist im Druckübersetzerabschnitt 4 geführt und dient gleichzeitig als Führung für den koaxial in den Hohlkolben 20 eintauchenden Tauchkolben 21. Zusammen begrenzen der Hohlkolben 20 und der Tauchkolben 21 einen Druckübersetzersteuerraum 22. Auf einer dem Druckübersetzersteuerraum 22 abgewandten Seite des Hohlkolbens 20 liegt dabei der Systemdruck an, wobei der Hohlkolben 20 auf dieser Seite zusammen mit der Zwischenplatte 17 und dem Druckübersetzerabschnitt 4 einen Hohlkolbenrückraum 23 begrenzt. Innerhalb des Hohlkolbenrückraumes 23 und verbunden mit dem Hohlkolben 20 ist eine Rückstellfeder 24 vorgesehen, welche den Hohlkolben 20 von der Endplatte 18 weg vorspannt. Im Druckübersetzersteuerraum 22 dagegen ist eine Öffnungsfeder 25 angeordnet, welche den Tauchkolben 21 in Ausfahrrichtung aus dem Hohlkolben 20, hier also nach unten, vorspannt.
  • In axialer Richtung zwischen dem Hohlkolben 20 und der Endplatte 18 ist ein Übersetzerraum 26 vorgesehen, welcher in radialer Richtung einerseits vom Druckübersetzerabschnitt 4 und andererseits vom Tauchkolben 21 begrenzt ist. Der Übersetzerraum 26 ist dabei über einen Hydraulikpfad 27 mit einem Düsenraum 28 verbunden. Des Weiteren ist auf einer dem Spritzloch 6 abgewandten Seite der Düsennadel 29 ein Nadelschließraum 30 angeordnet, in welchem ein Nadeldämpferkolben 31 hubverstellbar angeordnet ist und welcher über eine Hydraulikleitung 32 zum Öffnen der Düsennadel 29 mit einem relativ zum Systemdruck drucklosen Rücklauf 33 verbindbar ist. Dabei ist auch ein Rückraum 34 des Nadeldämpferkolbens 31 mit der Hydraulikleitung 32 hydraulisch verbunden, wobei die Hydraulikleitung 32 im Bereich nahe beim Nadelschließraum 30 bzw. nahe beim Rückraum 34 unterschiedlich gedrosselt sein kann. Gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 1 ist der Nadelschließraum 30 über eine weitere Hydraulikleitung 32' mit dem Übersetzerraum 26 verbunden, wobei in der weiteren Hydraulikleitung 32' eine Rückschlageinrichtung 36 angeordnet ist, welche ausschließlich in Richtung vom Nadelschließraum 30 zum Übersetzerraum 26 durchgängig ist. Des Weiteren wird der Nadeldämpferkolben 31 gemäß den Fig. 1 bis 3 von einer axialen Durchgangsöffnung 35 durchzogen, welche einenends von der Düsennadel 29 verschlossen ist und anderenends mit dem Rückraum 34 kommuniziert. Im Nadelschließraum 30 ist bei allen Ausführungsformen eine Schließfeder 37 angeordnet, welche den Nadeldämpferkolben 31 in Richtung der Düsennadel 29 vorspannt.
  • Zurückkommend auf den Tauchkolben 21 ist zu bemerken, dass dieser in axialer Richtung von einem Kopplungspfad 38 durchdrungen ist, welcher den Druckübersetzersteuerraum 22 mit einem Tauchkolbenraum 39 hydraulisch verbindet. Der Tauchkolbenraum 39 und damit auch der Druckübersetzersteuerraum 22 sind über entsprechende Kopplungspfade 38' und 38" in der Endplatte 18 mit einer, in einer Wandung des Druckübersetzerabschnittes 4 verlaufenden Steuerleitung 40 und darüber je nach Stellung des Ventilkolbens 10 mit dem Hohlkolbenrückraum 23 oder dem Rücklauf 33 hydraulisch verbunden.
  • Bei der Ausführungsform des Injektors gemäß der Fig. 3 ist eine Steuerstange 41 vorgesehen, welche den Hohlkolben 20 in axialer Richtung durchdringt. Auf ihrer der Zwischenplatte 17 zugewandten Seite ist die Steuerstange 41 von einer Steuerhülse 44 umgeben, welche zusammen mit der Steuerstange 41 und der Zwischenplatte 17 einen Stangensteuerraum 42 begrenzt. Dabei ist eine Federeinrichtung 15' vorgesehen, die die Steuerhülse 44 gegen die Zwischenplatte 17 vorspannt. Koaxial innerhalb der Steuerstange 41 ist ein Durchgang 43 vorgesehen, welcher den Stangensteuerraum 42 hydraulisch mit dem Druckübersetzersteuerraum 22 verbindet. Fluchtend zum Durchgang 43 ist der Kopplungspfad 38 im Tauchkolben 21 angeordnet, so dass darüber auch eine Verbindung zwischen dem Druckübersetzersteuerraum 22 und dem Tauchkolbenraum 39 gegeben ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist keine Steuerleitung 40 in der Wandung des Druckübersetzerabschnittes 4 vorgesehen.
    • Prinzipiell funktionieren alle Injektoren 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 nach demselben Prinzip:
  • Im Ausgangszustand sind zunächst alle Räume 13, 16, 22, 26, 28 und 30 mit dem Versorgungsdruck, d.h. dem Systemdruck, der Druckquelle/des Druckspeichers 7 beaufschlagt und der Druckübersetzer 19 ist deaktiviert. Die Düsennadel 29 ist in diesem Zustand so angeordnet, dass sie das wenigstens eine Spritzloch 6 verschließt. Bei Aktivierung eines nicht gezeigten Ventils wird der Aktor 9 geladen, woraufhin er sich nach unten ausdehnt und den Ventilkolben 10 nach unten bewegt. Dies hat zur Folge, dass sich der erste Ventilsitz 11 öffnet und somit der Druckübersetzersteuerraum 22, der Tauchkolben 39, der Rückraum 34 und der Nadelschließraum 30 mit dem im wesentlichen drucklosen Rücklauf 33 hydraulisch verbunden werden. Die Reduzierung des Drucks im Druckübersetzersteuerraum 22 bewirkt ein nach unten Fahren des Hohlkolbens 20, wodurch der Druck im Übersetzerraum 26 und damit im Düsenraum 28 ansteigt. Das Ansteigen des Drucks im Düsenraum 28 und das durch eine entsprechende Drosselung leicht zeitverzögerte Absenken des Drucks im Rückraum 34 bzw. im Nadelschließraum 30 bewirken eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 29, wodurch diese das wenigstens eine Spritzloch 6 freigibt und mit erhöhtem Einspritzdruck Kraftstoff in einen Brennraum einspritzt.
  • Zum Beenden des Einspritzvorganges wird der Aktor 9 entladen, woraufhin dieser sich zusammenzieht, hier nach oben bewegt und der Ventilkolben 10 in seine erste Hubendstellung zurückfährt, in welcher der erste Ventilsitz 11 geschlossen und der zweite Ventilsitz 12 geöffnet ist. Durch das Öffnen des zweiten Ventilsitzes 12 ist der Druckübersetzersteuerraum 22 mit Systemdruck beaufschlagt, wodurch der Hohlkolben 20 in seine Ausgangsstellung zurückverfährt und der Druck im Übersetzerraum 26 und damit im Düsenraum 28 abfällt. Das Abfallen des Drucks im Düsenraum 28 verbunden mit der Druckerhöhung auf Systemdruck im Rückraum 34 und im Nadelschließraum 30 bewirken eine Schließbewegung der Düsennadel 29 und dadurch das Beenden des Einspritzvorganges.
  • Dieser Vorgang wird durch die drei unterschiedlichen Ausführungsformen des Injektors 1 auf unterschiedliche Weise realisiert, ist jedoch vom Ablauf her in allen drei Fällen im wesentlichen gleich.

Claims (12)

  1. Kraftstoffeinspritzanlage (45) einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Druckübersetzer (19) zur Erhöhung eines Kraftstoffeinspritzdrucks gegenüber einem Systemdruck, der einen in einem Druckübersetzerabschnitt (4) geführten Hohlkolben (20) und einen koaxial in diesen eintauchenden Tauchkolben (21) aufweist, wobei der Hohlkolben (20) und der Tauchkolben (21) einen Druckübersetzersteuerraum (22) begrenzen und wobei auf einer dem Druckübersetzersteuerraum (22) abgewandten Seite des Hohlkolbens (20) der Systemdruck anliegt.
  2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Kraftstoffeinspritzanlage (45) zumindest einen Injektor (1) umfasst,
    - dass der Druckübersetzer (19) Bestandteil des Injektors (1) ist.
  3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Injektor (1) einen Injektorkörper (2) aufweist, der einen Aktorabschnitt (3), einen Druckübersetzerabschnitt (4) und einen Nadelabschnitt (5) umfasst,
    - wobei zwischen dem Aktorabschnitt (3) und dem Druckübersetzerabschnitt (4) eine Zwischenplatte (17) angeordnet ist und wobei der Druckübersetzerabschnitt (4) auf seiner, der Zwischenplatte (17) abgewandten Seite, eine Endplatte (18) aufweist,
    - wobei der Nadelabschnitt (5) einen Düsenraum (28) und eine hubverstellbare Düsennadel (29) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch (6) aufweist,
    - wobei der Hohlkolben (20) und die Endplatte (18) einen ringförmigen Übersetzerraum (26) des Druckübersetzers (19) axial begrenzen, während der Druckübersetzerabschnitt (4) und der Tauchkolben (21) den Übersetzerraum (26) in radialer Richtung begrenzen,
    - wobei der Übersetzerraum (26) über einen Hydraulikpfad (27) mit dem Düsenraum (28) des Nadelabschnittes (5) verbunden ist,
    - wobei ein Nadelschließraum (30) vorgesehen ist, der dem Düsenraum (28) bezogen auf die Düsennadel (29) gegenüberliegt und der zum Öffnen der Düsennadel (29) mit einem relativ zum Systemdruck drucklosen Rücklauf (33) verbindbar ist.
  4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass im Aktorabschnitt (3) ein Ventilkolben (10) mit einem ersten und einem zweiten Ventilsitz (11, 12) hubverstellbar angeordnet ist, wobei in einer ersten Hubendstellung der erste Ventilsitz (11) geschlossen und der zweite Ventilsitz (12) geöffnet ist und in einer zweiten Hubendstellung umgekehrt, und/oder
    - dass der Aktorabschnitt (3) einen unter Systemdruck stehenden Druckraum (13) begrenzt, in welchem ein Aktor (9) angeordnet ist, und/oder
    - dass in der Zwischenplatte (17) ein Kopplungspfad (38") angeordnet ist, welcher den Druckraum (13) mit einem, im Druckübersetzerabschnitt (4) auf einer dem Druckübersetzersteuerraum (27) abgewandten Seite des Hohlkolbens (20) gelegenen, Hohlkolbenrückraum (23) hydraulisch verbindet.
  5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Rückstellfeder (24) vorgesehen ist, welche den Hohlkolben (20) von der Endplatte (18) weg treibt.
  6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Öffnungsfeder (25) vorgesehen ist, welche im Druckübersetzersteuerraum (22) angeordnet ist und den Tauchkolben (21) in Ausfahrrichtung aus dem Hohlkolben (20) vorspannt.
  7. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass in einer Wandung des Druckübersetzerabschnittes (4) eine Steuerleitung (40) angeordnet ist, welche den Druckübersetzersteuerraum (22) je nach Hubendstellung des Ventilkolbens (10) über einen Kopplungspfad (38, 38') in der Endplatte entweder mit dem Druckraum (13) im Aktorabschnitt (3) oder mit dem drucklosen Rücklauf (33) hydraulisch verbindet,
    - dass von der Steuerleitung (40) eine Hydraulikleitung (32) zu einem Rückraum (34) eines Nadeldämpferkolbens (31) und zu einem Nadelschließraum (30) abzweigt,
    - dass die Hydraulikleitungen (32) unterschiedlich stark gedrosselt sind.
  8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Nadelschließraum (30) über eine weitere Hydraulikleitung (32') mit dem Übersetzerraum (26) hydraulisch verbunden ist, wobei in der weiteren Hydraulikleitung (32') ein Rückschlagventil (36) angeordnet ist, welches ausschließlich in Richtung des Übersetzerraums (26) durchlässig ist.
  9. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuerstange (41) vorgesehen ist, welche einenends in den Druckübersetzersteuerraum (22) eintaucht und den Hohlkolben (20) in axialer Richtung durchdringt.
  10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass koaxial innerhalb der Steuerstange (41) ein Kopplungspfad (43) ausgebildet ist, der den Druckübersetzersteuerraum (22) und den Stangensteuerraum (42) hydraulisch miteinander verbindet,
    - dass an dem, der Zwischenplatte (17) zugewandten Ende der Steuerstange (41) eine Steuerhülse (44) vorgesehen ist, die gemeinsam mit der Zwischenplatte (17) einen Stangensteuerraum (42) begrenzt.
  11. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsennadel (29) so ausgebildet ist, dass eine Druckbeaufschlagung des Düsenraums (28) eine Öffnungsbewegung der Düsennadel (29) unterstützt.
  12. Injektor (1) für eine Kraftstoffeinspritzanlage (45) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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