EP1916412A2 - Aktor mit Fluidisolierung - Google Patents

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EP1916412A2
EP1916412A2 EP07115156A EP07115156A EP1916412A2 EP 1916412 A2 EP1916412 A2 EP 1916412A2 EP 07115156 A EP07115156 A EP 07115156A EP 07115156 A EP07115156 A EP 07115156A EP 1916412 A2 EP1916412 A2 EP 1916412A2
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EP
European Patent Office
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actuator
fuel injector
pressure
chamber
coupler
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EP07115156A
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French (fr)
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EP1916412A3 (de
EP1916412B1 (de
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Michael Kurz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1916412A3 publication Critical patent/EP1916412A3/de
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    • 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
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/707—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for avoiding fuel contact with actuators, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms

Definitions

  • piezo elements for driving mechanical or hydraulic control members or valves.
  • Piezo actuators are increasingly being used, in particular, for driving and actuating injection valves for fuel injection in direct-injection internal combustion engines.
  • Directly controlled systems appear particularly advantageous since they react very quickly and allow multiple injections of fuel at short intervals during a combustion cycle. Multiple injections prove to be advantageous in terms of noise comfort and exhaust gas quality.
  • directly controlled fuel injectors the medium to be injected, i.e., the medium to be injected, surrounds. as a rule, the fuel, the injector actuated actuator. In this context is also spoken by a "wet actor".
  • the piezoelectric actuator used is to be isolated from the medium to be injected.
  • the isolation of the actuator module against the medium to be injected is carried out by a coating applied to the actuator in the form of a shrink tube or by elaborately applied coatings.
  • a thus applied to a piezoelectric insulation proves to be problematic, especially at high system pressures, which can be more than 1600 bar, on the one hand in terms of cost and on the other hand, with respect to the achievable durability.
  • the need to improve the exhaust gas quality direct injection internal combustion engines by further increasing the injection pressures exacerbated this problem.
  • Another problem area with respect to the fuel injectors in question represent hydraulic pressure oscillations, which in the medium to be injected, usually fuel, caused by rapid opening and fast closing of the injection valve member.
  • these pressure oscillations are to be damped by sufficiently large volumes of fluid within the fuel injector serving as buffer spaces, ie as damper chambers.
  • the actuator surrounding the fuel injector from the medium to be injected and to accommodate the actuator, in particular a piezoelectric actuator, in a durable manner within the fuel injector.
  • an elastic membrane which is arranged in the fuel injector between a holding body and an actuator module. Between the holding body and the coupler module is at least one elastically formed membrane, which is made of a material having elastic properties such as rubber and a fuel-resistant material and allows a certain elongation.
  • the elastic membrane comprises at least one metallic sealing disc.
  • the function of the membrane used according to the invention is to separate an electrically insulating fluid, which is located within an actuator chamber, from an electrically conductive medium, in particular into the combustion chamber of the internal combustion engine to be injected fuel.
  • the use of at least one sealing disk and the generation of a corresponding axial force F AX acting in the axial direction ensures that neither the medium to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine nor the insulating fluid can escape through parting lines.
  • Another sealing disc which is braced, for example, by means of a screw thread between the head region of the actuator and a coupler, which is used for translation reasons of Aktorhubes, is prevented that takes place via a bore fluid exchange.
  • the elastic material which is connected to the at least one sealing disc via a positive connection or is connected by means of other manufacturing processes with the sealing disks, also prevents a fluid exchange.
  • the identity of the enumerated pressure levels is necessary to ensure the function of the piezoelectric actuator under high-pressure conditions and to significantly reduce pressure oscillations via the connection of the additional volume v actuator space present in the actuator chamber.
  • For the construction of the integration of an inlet bore in the holding body is required so that the actuator chamber, which receives the additional volume, is placed centrally to the axis of the fuel injector.
  • the electrically insulating medium is filled after assembly of the fuel injector and before its first pressurization in the high-pressure chamber and after filling the actuator chamber of the filler neck is closed.
  • a high-pressure storage body common rail
  • both by the Holding body of the fuel injector can be executed extending and can be designed such that the high-pressure supply line opens directly into a high-pressure chamber within a nozzle module of the fuel injector, in which a preferably needle-shaped injection valve member is movably received in the variable direction.
  • FIG. 1 shows the main components of a fuel injector proposed according to the invention in a schematic manner.
  • FIG. 1 shows a fuel injector 10 which comprises a nozzle module 12, a coupler module 14 and a holding body 16.
  • a preferably needle-shaped injection valve member 18 is housed, which is designed symmetrically to its axis 80.
  • the preferably needle-shaped injection valve member 18 closes at least one injection opening formed on the combustion chamber end of the nozzle module 12 of the fuel injector 10.
  • a piezoelectric actuator 46 which has an actuator base 44 and an actuator head 48.
  • the cavity enclosing the piezoelectric actuator 46 within the holding body 16 can be filled via a filler neck 50 with an electrically insulating fluid 62 (not illustrated in FIG. 1).
  • the piezoelectric actuator 46 is constructed symmetrically to its axis 82. From the illustration according to FIG. 1 it can be seen that the piezoactuator 46 is arranged centrically with respect to the preferably needle-shaped injection valve member 18, as will be explained in more detail in connection with the description of FIGS. 2 and 3. Figure 1 is removable, the piezoelectric actuator 46 within the holding body 16 enclosing cavity from the high-pressure region in the nozzle module 12 and the coupler module 14 via a membrane element pressure and fluid-tight manner.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the inventively proposed fuel injector with a membrane element which separates an actuator chamber against a high-pressure region of the fuel injector.
  • FIG. 2 shows that the fuel injector 10 comprises the nozzle module 12, coupler module 14 and actuator module 16 components already mentioned in connection with FIG. From the representation according to FIG. 2, it can be seen that the preferably needle-shaped injection valve member 18, which is surrounded by a nozzle spring 20, is accommodated in the nozzle module 12.
  • the nozzle spring 20 is supported on the circumference of the needle-shaped injection valve member 18 and acts on a control sleeve 22 which limits a control chamber 30.
  • the control sleeve 22 is employed at a lower plan side of a throttle plate 24.
  • the throttle plate 24 is received between the nozzle module 12 and the coupler module 14.
  • the throttle plate 24 includes a supply bore 26 which hydraulically connects a high pressure chamber 64 of the nozzle module 12 to a high pressure chamber 64 of the coupler module 14.
  • a supply bore 26 which hydraulically connects a high pressure chamber 64 of the nozzle module 12 to a high pressure chamber 64 of the coupler module 14.
  • an outlet throttle 28 located within the throttle plate 24, an outlet throttle 28, via which a control amount from the control chamber 30 can flow into a coupler chamber 32 of the coupler module 14.
  • the coupler module 14 in turn comprises, in addition to the coupler space 32 which is delimited by a coupler sleeve 36, a coupler space 40 which is of piston-shaped design.
  • the piston-shaped coupler 40 is acted upon by a coupler spring 38, which in turn is supported on an upper annular end face of the coupler sleeve 36.
  • the piston-shaped coupler 40 comprises a bore 72.
  • a coupler housing 34 of the coupler module 14 surrounds the piston-shaped coupler 40.
  • the high-pressure chamber 64 of the coupler module 14 there is a pressure p HDR as well as in the coupler space 64 of the nozzle module 12 both high-pressure chambers 64 are hydraulically connected to one another via the supply bore 26 formed in the throttle plate 24.
  • a high-pressure inlet 84 via which the pressure p RAIL prevailing in a high-pressure accumulator body 78 (common rail) flows into the high-pressure chamber 64 of the coupler module 14, opens into the high-pressure space 64 formed in the coupler housing 34.
  • the high-pressure chamber 64 of the coupler module 14 is separated from an actuator chamber 52 of an actuator module 42 by means of a membrane element 54.
  • the membrane element 54 which is shown in plan view in the illustration according to FIG. 2.1, is clamped between an upper end side of the coupler housing 34 and a lower annular end face of the holding body 16.
  • the piezoelectric actuator 46 which has an actuator base 44 and an actuator head 48.
  • the actuator chamber 52 prevails a pressure p AR , further, the actuator chamber 52 is filled with an electrically insulating fluid 62, which passes through the filler neck shown in Figure 1 in the actuator chamber 52 until its complete filling.
  • the axis 80 of the preferably needle-shaped injection valve member 18 is offset relative to one another by an eccentricity 76 with respect to the axis 82 of the piezoactuator 46 accommodated in the actuator module 42.
  • the membrane element 54 comprises a first metallic sealing washer 56 and a second metallic sealing washer 58, which can be seen particularly well in the illustration according to FIG. 2.1.
  • the membrane element 54 separates the electrically insulating fluid 62 within the actuator chamber 52 from the high-pressure chamber 64, in which electrically conductive fuel is located.
  • An axial force F AX presses the holding body 16 against the coupler housing 34 via the first sealing washer 56 made of metallic material and thus ensures that neither the electrically insulating fluid 62 from the actuator chamber 52 via the first parting line 66, nor the fuel from the high-pressure chamber 64 over the second parting line 68 can escape.
  • the internally arranged second sealing washer 58 which is clamped by means of the thread 70 between the actuator head 48 and the piston-shaped coupler 40, prevents a fluid exchange via the bore 72.
  • the membrane unit 54 comprises in the embodiment variant shown in Figure 2 between the externally disposed first sealing washer 56 and the inner second sealing washer 58 a portion of elastic material 60.
  • the unit of membrane element 54, first sealing washer 56 of metallic material and second sealing washer 58 of metallic material on the one hand prevents the fluid exchange between the actuator chamber 52 and the high-pressure chamber 64, on the other hand, however, the current hydraulic pressure of the fuel in the high-pressure chamber 64 unattenuated on the insulating fluid 62, which is filling this within the actuator chamber 52 on.
  • This pressure balance ensures the function of the piezoelectric actuator 46 under high-pressure conditions and provides via the hydraulic coupling of the actuator chamber 52 to the high-pressure chamber 64 additional damping volume for damping pressure pulsations in the high-pressure chamber 64.
  • Figure 2.1 illustrates that the membrane element 54 has a bore 72 in the piston-shaped coupler 40 enclosing the second sealing ring 58, whose diameter is designated d 1 .
  • This is followed by the annular portion of elastic material 60, which is attached to an inner side of the first metallic sealing washer 56 of the membrane element 54.
  • the outer diameter of the region of elastic material 60 is denoted by d 2 .
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, the actuator chamber of which is separated from a high-pressure chamber by a membrane element.
  • the high-pressure inlet 84 runs through the fuel injector 10 analogously to the embodiment of FIG. 2 from the high-pressure reservoir body 78 (common rail), opens into the throttle plate 24 and via it the high-pressure space 64 of the nozzle module 12 with system pressure p RAIL acted upon, so that in the high-pressure chamber 64 of the nozzle module 12, the pressure p HDR , which corresponds to the pressure p RAIL prevails.
  • the actuator chamber 52 of the actuator module 42 is separated from the high-pressure chamber 64, which is located inside the coupler housing 34 of the coupler module 14, by means of the membrane element 54 is disconnected.
  • the disk-shaped membrane element 54 is clamped on the one hand between the actuator module 42 and the coupler housing 34 and on the other hand between the actuator head 48 and an upper annular surface of the piston-shaped coupler 40.
  • the second metallic sealing washer 58 surrounds the elastic material 60, cf. also representation according to Figure 3.1.
  • the electrically insulating fluid 62 accommodated in the actuator chamber 52 flows via a channel extending inside the actuator head 48 in a space above the elastic material 60. This space is bounded on one side by the plane surface of the actuator head 48 and on the other hand by the elastic material 60.
  • a compensation chamber 74 Below the elastic material 60 of the membrane element 54 extends within the piston-shaped coupler 40, a compensation chamber 74.
  • Analogously to the illustrated in Figure 2 first embodiment of the inventively proposed fuel injector of the piston-shaped coupler 40 is acted upon by the coupler spring 38, which in turn on the coupler 36th supports.
  • the coupler sleeve 36 is mounted on an upper plan side of the throttle plate 24 and limits the coupler space 32.
  • the coupler space 32 communicates with the control chamber 30 which is formed in the nozzle module 12, via the throttle bore 28 in the throttle plate 24 hydraulically connected.
  • the nozzle module 12 comprises the high-pressure chamber 64 in which the pressure p HDR corresponds to the system pressure p RAIL which prevails in the high-pressure reservoir body 78 (common rail).
  • the preferably needle-shaped injection valve member 18 is also included, whose axis is designated by reference numeral 80.
  • the needle-shaped injection valve member 18 is arranged with eccentricity 76 with respect to the piezoactuator 46, the axis of which is designated by reference numeral 82.
  • the preferably needle-shaped injection valve member 18 is at the combustion chamber end of the nozzle module 12 arranged injection openings 86 free as soon as a pressure relief of the control chamber 30 via the throttle bore 28 in the coupling chamber 32 and closes it, as soon as the needle-shaped injection valve member 18 preferably when pressurizing the control chamber 30 again is placed in his seat.
  • FIG. 3.1 shows a plan view of the membrane, which is received between the actuator module 42 and the coupler housing 34 in the region of the first parting line.
  • the illustration according to FIG. 3.1 shows that the membrane element 54 comprises a section of elastic material 60 formed in the diameter d 1 , which is enclosed by the second metallic sealing ring 58. This is in turn connected via a further portion of elastic material with the first metallic sealing ring 56. Through the first metallic sealing ring 56, the high-pressure inlet 84 extends.
  • FIGS. 4 and 5 show variant embodiments of the fuel injector proposed according to the invention, in which the piezoelectric actuator and the preferably needle-shaped injection member are arranged centrally and the high-pressure supply is connected to the nozzle module of the fuel injector.
  • FIG. 4 shows a variant embodiment of the fuel injector 10 proposed according to the invention, in which the piezoactuator 46 is arranged with its axis 82 centric to the axis 80 of the preferably needle-shaped injection valve member 18.
  • the actuator module 42 and the nozzle module 12 are connected to each other via a union nut.
  • the nozzle module 12 is constructed analogously to the nozzle module 12 of the embodiment variants according to FIGS. 2 and 3.
  • the throttle plate 24 Between the nozzle module 12 and the actuator module 42 is the throttle plate 24, the throttle bore 28 connects the coupler chamber 32 and the control chamber 30 hydraulically with each other.
  • the diaphragm 54 is clamped with its first metallic sealing washer 56 and between the actuator module 42 and the throttle plate 24.
  • the second metallic sealing washer 58 of the diaphragm 54 which is connected to the first metallic washer 56 via the elastic material 60, is set against the underside of the piston-shaped coupler 40 via the coupler spring 38.
  • the elastic material 60 separates the actuator space 52 filled with the electrically insulating fluid 62 from the high-pressure space 64 within the elastic material 60 of the membrane 54.
  • the piston-shaped coupler 40 is designed such that it comprises a bulging in different geometries compensation space 74, as indicated in the embodiment of Figure 4, includes.
  • This compensation chamber 74 communicates hydraulically with the region defined by the elastic material 60 within the membrane element 54 via at least one compensation bore 88 which extends through the material of the piston-shaped coupler 40, so that in comparison to those shown in FIGS Variants a larger volume to compensate for pressure pulsations as damping volume is available.
  • the actuator space 52 filled with electrically insulating fluid 62 is connected via at least one opening 92 in a cover 90 in the area of the actuator foot 48. Electrically insulating fluid 62 is located in the hydraulic space 100, which is separated from the compensation space 74, which is filled with fuel, by means of another elastic membrane element 101.
  • the high-pressure line 84 running from the high-pressure storage body 78 extends to the nozzle module 12 and opens into its high-pressure chamber 64, in which the pressure p HDR prevails, which corresponds to the system pressure p RAIL .
  • FIG. 5 shows a further embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, in which the piezoactuator and preferably needle-shaped injection valve member are arranged centrically with respect to one another.
  • the fuel injector 10 includes the nozzle module 12, in analogous to the embodiment of Figure 4, the high-pressure inlet 84 from the high-pressure accumulator body 78 (common rail) opens.
  • the preferably needle-shaped injection valve member 18 located in the nozzle module 12, the preferably needle-shaped injection valve member 18 whose axis is designated by reference numeral 80. If this is placed in its seat, injection openings 86 formed on the combustion-chamber-side end of the nozzle module 12 are closed.
  • the preferably needle-shaped injection valve member 18 is the nozzle spring 20, which adjusts a control sleeve 22 which limits the control chamber 30 to the underside of the throttle plate 24.
  • a control sleeve 22 which limits the control chamber 30 to the underside of the throttle plate 24.
  • Through the throttle plate 24 extends a supply bore 26, via which the pressure p HDR , which prevails in the high-pressure chamber 64 of the nozzle module 12 in the hydraulic space, which is separated from the membrane element 54 against the actuator chamber 52, is transmitted.
  • the membrane element 54 which comprises a region of elastic material 60, the first metallic sealing washer 56 and the second metallic sealing washer 58, the actuator chamber 52 of the actuator module 42, in which the electrically insulating fluid 62 is received, from the high-pressure chamber 64 of the fuel injector 10 separated.
  • the control chamber 30 and the coupler chamber 32 are hydraulically connected to one another via the throttle bore 28 formed in the throttle plate 24.
  • the embodiment variant of the fuel injector 10 proposed according to the invention shown in FIG. 5 comprises the piston-shaped coupler 40.
  • This coupler is acted upon by a coupler spring 38 which is supported on the coupler sleeve 36.
  • the pressure within the actuator chamber 52, designated by p AR essentially corresponds to the pressure p HDR prevailing in the high-pressure chamber 64, which in turn corresponds to the system pressure p RAIL .
  • the first metallic sealing ring 56 of the membrane element 54 is clamped between the piezoactuator 46 and the upper end face of the throttle plate 24, forming the first and the second sealing joint 66 and 68, respectively.
  • the actuator chamber 52 in which electrically insulating fluid 62 is stored, is separated from the system pressureable chambers 64, 30 and 32 by the elastic 60 of the elastic membrane element 54.
  • the longitudinal axis 82 of the piezoactuator 46 coincides with the longitudinal axis of the fuel injector 10.
  • the further elastic membrane element 101 accounts. This favors a more cost-effective production of the embodiment variant of the fuel injector 10 proposed according to the invention shown in FIG.
  • FIG. 5 also shows that the needle-shaped injection valve member 18 nozzle spring 20 actuates the control sleeve 22, which delimits the control chamber 30, against the underside of the throttle plate 24.
  • the pressure chamber 64 is acted upon by the high-pressure inlet 84, which extends from the high-pressure accumulator body 78 (common rail), with system pressure p HDR, which corresponds to the prevailing in the high pressure accumulator body 78 (common rail) pressure p RAIL .
  • the coupler sleeve 36 is employed, which is acted upon by the coupler spring 38.
  • the first metallic sealing washer 56 on the outer circumference of the elastic membrane element 54 is clamped between the actuator module 42 and the throttle plate 24, so that a first parting line 66 and a second parting line 68 form, which constitute the clamping point of the elastic membrane element 54.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen. Der Kraftstoffinjektor (10) wird von einem im unter Kraftstoffdruck stehenden Aktorraum (52) angeordneten Piezoaktor (44, 46, 48) betätigt. Dieser steuert beim Düsenmodul (12) an, welches ein Einspritzventilglied (18) mit mindestens einer Einspritzöffnung (86) freigibt oder verschließt. Der Aktorraum (52) ist mit isolierendem Fluid (62) befüllt und über mindestens ein elastisch ausgebildetes Membranelement (54) vom kraftstoffführenden Hochdruckraum (64) getrennt.

Description

    Stand der Technik
  • Es ist bekannt, Piezo-Elemente zum Antrieb mechanischer oder hydraulischer Steuerglieder oder Ventile einzusetzen. Insbesondere zum Antrieb und Betätigen von Einspritzventilen zur Kraftstoffeinspritzung bei direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen finden Piezo-Aktoren zunehmend Verwendung. Besonders vorteilhaft erscheinen direkt gesteuerte Systeme, da diese sehr schnell reagieren und das mehrfache Einspritzen von Kraftstoff in kurzen zeitlichen Abständen während eines Verbrennungstaktes erlauben. Mehrfacheinspritzungen erweisen sich in Bezug auf Geräuschkomfort und Abgasqualität als vorteilhaft. Bei direkt gesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen umgibt das einzuspritzende Medium, d.h. im Regelfall der Kraftstoff, den das Einspritzventil betätigenden Aktor. In diesem Zusammenhang wird auch von einem "nassen Aktor" gesprochen.
  • Da einzuspritzende Medien, wie zum Beispiel Dieselkraftstoff teilweise elektrisch leitend sind und korrosive Eigenschaften haben können, ist das eingesetzte Piezoaktormodul gegenüber dem einzuspritzenden Medium zu isolieren. Im Stand der Technik erfolgt die Isolierung des Aktormoduls gegen das einzuspritzende Medium durch einen auf den Aktor aufgebrachten Überzug in Gestalt eines Schrumpfschlauches oder durch aufwändig aufgebrachte Beschichtungen.
  • Eine dergestalt auf einen Piezoaktor aufgebrachte Isolierung erweist sich insbesondere bei hohen Systemdrücken, die mehr als 1600 bar betragen können, als problematisch einerseits bezüglich der Kosten und andererseits bezüglich der erzielbaren Dauerhaltbarkeit. Die Notwendigkeit zur Verbesserung der Abgasqualität direkt einspritzender Verbrennungskraftmaschinen durch eine weitere Anhebung der Einspritzdrücke verschärft diese Problematik zusätzlich.
  • Ein weiteres Problemfeld in Bezug auf die in Rede stehenden Kraftstoffinjektoren stellen hydraulische Druckschwingungen dar, die im einzuspritzenden Medium, in der Regel Kraftstoff, durch schnelles Öffnen und schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes hervorgerufen werden. Damit diese auftretenden Druckschwingungen die einzuspritzende Kraftstoffmenge nicht unkontrolliert beeinflussen, was zu unerwünschten Abweichungen im Verbrennungsablauf und hinsichtlich der erzielbaren Abgasqualität führen kann, sind diese Druckschwingungen durch ausreichend große Flüssigkeitsvolumina innerhalb des Kraftstoffinjektors, die als Pufferräume, d.h. als Dämpferräume dienen, zu bedämpfen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den innerhalb des Kraftstoffinjektors von dem einzuspritzenden Medium umgebenden Aktor gegen dieses abzudichten und den Aktor, insbesondere einen Piezoaktor, dauerhaltbar innerhalb des Kraftstoffinjektors unterzubringen. Dies wird durch eine elastische Membran erreicht, welche im Kraftstoffinjektor zwischen einem Haltekörper und einem Aktormodul angeordnet wird. Zwischen dem Haltekörper und dem Kopplermodul befindet sich zumindest eine elastisch ausgebildete Membran, welche aus einem elastischen Eigenschaften aufweisenden Material wie zum Beispiel Gummi und einem kraftstoffresistenten Werkstoff gefertigt ist und eine bestimmte Dehnung zulässt. Daneben umfasst die elastische Membran mindestens eine metallische Dichtscheibe.
  • Die Funktion der erfindungsgemäß eingesetzten Membran liegt darin, ein elektrisch isolierendes Fluid, welches sich innerhalb eines Aktorraumes befindet, von einem elektrisch leitfähigen Medium, insbesondere in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoff zu trennen. Durch den Einsatz mindestens einer Dichtscheibe und die Erzeugung einer entsprechenden in axiale Richtung wirkenden Axialkraft FAX wird gewährleistet, dass weder das in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzende Medium noch das isolierende Fluid durch Trennfugen austreten können. Eine weitere Dichtscheibe, welche zum Beispiel mittels eines Schraubengewindes zwischen dem Kopfbereich des Aktors und einem Koppler, der aus Übersetzungsgründen des Aktorhubes eingesetzt wird, verspannt ist, wird verhindert, dass über eine Bohrung ein Fluidaustausch stattfindet.
  • Das elastische Material, welches mit der mindestens einen Dichtscheibe über einen Formschluss verbunden ist oder mittels anderer Fertigungsverfahren mit den Dichtscheiben verbunden ist, verhindert ebenfalls einen Fluidaustausch.
  • Das elastische Material ist in der Lage, den herrschenden Raildruck im PSYS im Hochdruckraum ungedämpft in den Aktorraum zu übertragen, so dass gilt pRAIL = pHochdruckraum = pAktorraum.
  • Die Identität der aufgezählten Druckniveaus ist notwendig, um die Funktion des Piezoaktors unter Hochdruckbedingungen zu gewährleisten und Druckschwingungen über die Anbindung des im Aktorraum vorliegenden Zusatzvolumens vAktorraum von Kraftstoff deutlich zu reduzieren. Für die Konstruktion ist die Integration einer Zulaufbohrung im Haltekörper erforderlich, so dass der Aktorraum, der das Zusatzvolumen aufnimmt, zentrisch zur Achse des Kraftstoffinjektors untergebracht wird.
  • Über einen Einfüllstutzen wird nach der Montage des Kraftstoffinjektors und vor dessen erstmaliger Druckbeaufschlagung im Hochdruckraum das elektrisch isolierende Medium eingefüllt und nach vollständigem Befüllen des Aktorraumes wird der Einfüllstutzen verschlossen.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Membranelement umfasst mindestens einen vorzugsweise aus metallischem Material gefertigten Dichtring, wobei der Kraftstoffinjektor derart ausgebildet sein kann, dass von einem Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) die Systemdruckversorgung mit Systemdruck pSYS = pRAIL über eine Hochdruckleitung erfolgen kann, die sowohl durch den Haltekörper des Kraftstoffinjektors verlaufend ausgeführt sein kann als auch derart ausgeführt sein kann, dass die Hochdruckversorgungsleitung unmittelbar in einem Hochdruckraum innerhalb eines Düsenmoduls des Kraftstoffinjektors mündet, in dem ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied in variabler Richtung bewegbar aufgenommen ist.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    die Hauptkomponenten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung wesentlicher Elemente des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors mit durch ein Membranelement vom einzuspritzenden Medium getrennten Aktorraum,
    Figur 2.1
    eine Draufsicht auf das Membranelement,
    Figur 3
    eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit einer alternativen Ausführungsvariante des Membranelementes und einer Exzentrizität zwischen dem bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied und einem den Kraftstoffinjektor betätigenden Piezoaktor,
    Figur 3.1
    einen Schnitt durch das in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 eingesetzte Membranelement,
    Figur 4
    eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit zentrisch zueinander angeordnetem Piezoaktor und Einspritzventilglied und
    Figur 5
    eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit zentrischer Lage von Piezoaktor und Einspritzventilglied mit einer im Düsenmodul mündenden Hochdruckversorgung.
    Ausführungsvarianten
  • Der Darstellung gemäß Figur 1 sind die Hauptkomponenten eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinj ektors in schematischer Weise zu entnehmen.
  • Figur 1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 10, der ein Düsenmodul 12, ein Kopplermodul 14 sowie einen Haltekörper 16 umfasst. Im Düsenmodul 12 ist ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied 18 untergebracht, welches symmetrisch zur seiner Achse 80 ausgeführt ist. Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 verschließt mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenmoduls 12 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Einspritzöffnung. Im Haltekörper 16 des Kraftstoffinjektors 10 befindet sich ein Piezoaktor 46, der einen Aktorfuß 44 und einen Aktorkopf 48 aufweist. Der den Piezoaktor 46 innerhalb des Haltekörpers 16 umschließende Hohlraum ist über einen Einfüllstutzen 50 mit einem in Figur 1 nicht dargestellten elektrisch isolierenden Fluid 62 befüllbar. Der Piezoaktor 46 ist symmetrisch zu seiner Achse 82 aufgebaut. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass der Piezoaktor 46 in Bezug auf das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 zentrisch angeordnet ist, wie in Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 2 und 3 noch eingehender erläutert werden wird. Figur 1 ist entnehmbar, der den Piezoaktor 46 innerhalb des Haltekörpers 16 umschließende Hohlraum vom Hochdruckbereich im Düsenmodul 12 und im Kopplermodul 14 über ein Membranelement druck- und fluiddicht getrennt ist.
  • Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit einem Membranelement, welches einen Aktorraum gegen einen Hochdruckbereich des Kraftstoffinj ektors trennt.
  • Figur 2 ist entnehmbar, dass der Kraftstoffinjektor 10 die in Zusammenhang mit Figur 1 bereits erwähnten Komponenten Düsenmodul 12, Kopplermodul 14 und Aktormodul 16 umfasst. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass im Düsenmodul 12 das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 aufgenommen ist, das von einer Düsenfeder 20 umschlossen ist. Die Düsenfeder 20 stützt sich am Umfang des nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 18 ab und beaufschlagt eine Steuerhülse 22, die einen Steuerraum 30 begrenzt. Über die Düsenfeder 20 ist die Steuerhülse 22 an eine untere Planseite einer Drosselplatte 24 angestellt. Die Drosselplatte 24 ist zwischen dem Düsenmodul 12 und dem Kopplermodul 14 aufgenommen. Die Drosselplatte 24 umfasst eine Versorgungsbohrung 26, welche einen Hochdruckraum 64 des Düsenmoduls 12 mit einem Hochdruckraum 64 des Kopplermoduls 14 hydraulisch miteinander verbindet. Darüber hinaus befindet sich innerhalb der Drosselplatte 24 eine Ablaufdrossel 28, über welche eine Steuermenge vom Steuerraum 30 in einen Kopplerraum 32 des Kopplermoduls 14 abströmen kann.
  • Das Kopplermodul 14 seinerseits umfasst neben dem Kopplerraum 32 der von einer Kopplerhülse 36 begrenzt ist, einen Kopplerraum 40, der kolbenförmig ausgebildet ist. Der kolbenförmig ausgebildete Koppler 40 ist von einer Kopplerfeder 38 beaufschlagt, die sich ihrerseits auf einer oberen, ringförmig ausgebildeten Stirnseite der Kopplerhülse 36 abstützt. Darüber hinaus umfasst der kolbenförmig ausgebildete Koppler 40 eine Bohrung 72. Wie bereits erwähnt, umschließt ein Kopplergehäuse 34 des Kopplermoduls 14 den kolbenförmig ausgebildeten Koppler 40. Im Hochdruckraum 64 des Kopplermoduls 14 herrscht ein Druck pHDR ebenso wie im Kopplerraum 64 des Düsenmoduls 12, da beide Hochdruckräume 64 über die in der Drosselplatte 24 ausgebildete Versorgungsbohrung 26 hydraulisch miteinander verbunden sind.
  • In den im Kopplergehäuse 34 ausgebildeten Hochdruckraum 64 mündet ein Hochdruckzulauf 84, über den der in einem Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) herrschende Druck pRAIL in den Hochdruckraum 64 des Kopplermoduls 14 geleitet wird.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 2 lässt sich des Weiteren entnehmen, dass der Hochdruckraum 64 des Kopplermoduls 14 von einem Aktorraum 52 eines Aktormoduls 42 mittels eines Membranelementes 54 getrennt ist. Das Membranelement 54, welches in der Darstellung gemäß Figur 2.1 in der Draufsicht dargestellt ist, wird zwischen einer oberen Stirnseite des Kopplergehäuses 34 und einer unteren, ringförmig ausgebildeten Stirnseite des Haltekörpers 16 eingespannt.
  • Im Aktormodul 42 des Kraftstoffinjektors 10 befindet sich der Piezoaktor 46, der einen Aktorfuß 44 und einen Aktorkopf 48 aufweist. Im Aktorraum 52 herrscht ein Druck pAR, ferner ist der Aktorraum 52 mit einem elektrisch isolierenden Fluid 62 befüllt, welches über den in Figur 1 dargestellten Einfüllstutzen in den Aktorraum 52 bis zu dessen vollständiger Befüllung gelangt.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht zudem hervor, dass die Achse 80 des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 18 in Bezug auf die Achse 82 des im Aktormodul 42 untergebrachten Piezoaktors 46 um eine Exzentrizität 76 zueinander versetzt angeordnet sind. An der Einspannstelle des Membranelementes 54 ergeben sich in Bezug auf das Aktormodul 42 eine erste Trennfuge 66 und in Bezug auf das Kopplergehäuse 34 des Kopplermoduls 14 eine weitere, zweite Trennfuge 68. Mittels eines Gewindes 70 sind der Aktorkopf 48 und der kolbenförmig ausgebildete Koppler 40 miteinander verbunden, wobei durch diese Verbindung eine Einspannstelle für das Membranelement 54 gebildet wird.
  • Das Membranelement 54 umfasst eine erste metallische Dichtscheibe 56 und eine zweite metallische Dichtscheibe 58, die besonders gut in der Darstellung gemäß Figur 2.1 erkennbar sind.
  • Das Membranelement 54 trennt das elektrisch isolierende Fluid 62 innerhalb des Aktorraumes 52 vom Hochdruckraum 64, in dem sich elektrisch leitfähiger Kraftstoff befindet. Eine Axialkraft FAX presst den Haltekörper 16 über die erste aus metallischem Material gefertigte Dichtscheibe 56 gegen das Kopplergehäuse 34 und gewährleistet damit, dass weder das elektrisch isolierende Fluid 62 aus dem Aktorraum 52 über die erste Trennfuge 66, noch der Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 64 über die zweite Trennfuge 68 austreten kann. Die innenliegend angeordnete zweite Dichtscheibe 58, die über das Gewinde 70 zwischen dem Aktorkopf 48 und dem kolbenförmig ausgebildeten Koppler 40 eingespannt ist, verhindert einen Flüssigkeitsaustausch über die Bohrung 72.
  • Die Membraneinheit 54 umfasst in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante zwischen der außenliegend angeordneten ersten Dichtscheibe 56 und der innnenliegenden zweiten Dichtscheibe 58 ein Abschnitt aus elastischem Material 60. Die Einheit aus Membranelement 54, erster Dichtscheibe 56 aus metallischem Material sowie zweiter Dichtscheibe 58 aus metallischem Material verhindert einerseits den Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Aktorraum 52 und dem Hochdruckraum 64, gibt andererseits jedoch den aktuellen hydraulischen Druck des Kraftstoffes im Hochdruckraum 64 ungedämpft an das isolierende Fluid 62, welches sich innerhalb des Aktorraums 52 diesen befüllend befindet, weiter. Diese Druckbalance stellt die Funktion des Piezoaktors 46 unter Hochdruckbedingungen sicher und stellt über die hydraulische Ankopplung des Aktorraumes 52 an den Hochdruckraum 64 zusätzliches Dämpfungsvolumen zur Dämpfung von Druckpulsationen im Hochdruckraum 64 zur Verfügung.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 2.1 geht eine Draufsicht auf die Membran, die den Aktorraum und den Hochdruckraum voneinander trennt, hervor.
  • Figur 2.1 verdeutlicht, dass das Membranelement 54 einen die Bohrung 72 im kolbenförmigen Koppler 40 umschließenden zweiten Dichtring 58 aufweist, dessen Durchmesser mit d1 bezeichnet ist. Diesem schließt sich der ringförmige Abschnitt aus elastischem Material 60 an, der an einer Innenseite der ersten metallischen Dichtscheibe 56 des Membranelementes 54 befestigt ist. Der Außendurchmesser des Bereiches aus elastischem Material 60 ist mit d2 bezeichnet. Durch das Material der ersten Dichtscheibe 56 verläuft der Hochdruckzulauf 84, wie in Figur 2 in Schnittdarstellung dargestellt.
  • Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, dessen Aktorraum gegen einen Hochdruckraum über ein Membranelement getrennt ist.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass analog zur Ausführungsvariante gemäß Figur 2 vom Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) der Hochdruckzulauf 84 durch den Kraftstoffinjektor 10 verläuft, in die Drosselplatte 24 mündet und über diese den Hochdruckraum 64 des Düsenmoduls 12 mit Systemdruck pRAIL beaufschlagt, so dass im Hochdruckraum 64 des Düsenmoduls 12 der Druck pHDR, der dem Druck pRAIL entspricht, herrscht.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht zudem hervor, dass auch in dieser Ausführungsvariante der Aktorraum 52 des Aktormoduls 42 vom Hochdruckraum 64, der sich innerhalb des Kopplergehäuses 34 des Kopplermoduls 14 befindet, mittels des Membranelementes 54 getrennt ist. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ist das scheibenförmig ausgebildete Membranelement 54 einerseits zwischen dem Aktormodul 42 und dem Kopplergehäuse 34 eingespannt und andererseits zwischen dem Aktorkopf 48 und einer oberen Ringfläche des kolbenförmig ausgebildeten Kopplers 40. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante umfasst das Membranelement 54 die erste metallische Dichtscheibe 56 und die zweite metallische Dichtscheibe 48. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante umschließt die zweite metallische Dichtscheibe 58 das elastische Material 60, vgl. auch Darstellung gemäß Figur 3.1. Die Trennung des Hochdruckraumes 64, in dem elektrisch leitfähiger Kraftstoff, wie zum Beispiel Dieselkraftstoff aufgenommen ist, vom Aktorraum 52, der mit dem elektrisch isolierenden Fluid 62 befüllt ist, erfolgt über einen Ring aus elastischem Material 60, der sich zwischen dem Innenumfang der ersten metallischen Dichtscheibe 56 und dem Außenumfang der zweiten metallischen Dichtscheibe 58 befindet.
  • Das im Aktorraum 52 aufgenommene elektrisch isolierende Fluid 62 strömt über einen Kanal, der innerhalb des Aktorkopfes 48 verläuft in einem Raum oberhalb des elastischen Materials 60. Dieser Raum ist einerseits durch die Planfläche des Aktorkopfes 48 und andererseits durch das elastische Material 60 begrenzt. Unterhalb des elastischen Materials 60 des Membranelementes 54 verläuft innerhalb des kolbenförmig ausgebildeten Kopplers 40 ein Ausgleichsraum 74. Analog zur in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors ist der kolbenförmig ausgebildete Koppler 40 durch die Kopplerfeder 38 beaufschlagt, die sich ihrerseits auf der Kopplerhülse 36 abstützt. Die Kopplerhülse 36 ist auf eine obere Planseite der Drosselplatte 24 aufgesetzt und begrenzt den Kopplerraum 32. Der Kopplerraum 32 steht mit dem Steuerraum 30, der im Düsenmodul 12 ausgebildet ist, über die Drosselbohrung 28 in der Drosselplatte 24 hydraulisch in Verbindung.
  • Das Düsenmodul 12 umfasst analog zur in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 den Hochdruckraum 64 in dem der Druck pHDR herrscht, der dem Systemdruck pRAIL, der im Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) herrscht, entspricht. Im Düsenmodul 12 ist darüber hinaus das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 aufgenommen, dessen Achse mit Bezugszeichen 80 bezeichnet ist. Auch in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ist das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 in Bezug auf den Piezoaktor 46, dessen Achse mit Bezugszeichen 82 bezeichnet ist, mit Exzentrizität 76 angeordnet. Durch eine Wand des Kraftstoffinjektors verläuft der Hochdruckzulauf 84 vom Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) durch das Aktormodul 42, das Kopplergehäuse 34 und mündet in die Drosselplatte 24. Im Hochdruckraum 64 ist darüber hinaus die Steuerhülse 22 aufgenommen, die den Steuerraum 30 begrenzt.
  • Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 gibt am brennraumseitigen Ende des Düsenmoduls 12 angeordnete Einspritzöffnungen 86 frei, sobald eine Druckentlastung des Steuerraumes 30 über die Drosselbohrung 28 in den Koppelraum 32 erfolgt und verschließt diese, sobald das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18 bei Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 30 wieder in seinen Sitz gestellt wird.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3.1 geht eine Draufsicht auf die Membran hervor, die im Bereich der ersten Trennfuge zwischen dem Aktormodul 42 und dem Kopplergehäuse 34 aufgenommen ist.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3.1 geht hervor, dass das Membranelement 54 einen im Durchmesser d1 ausgebildeten Abschnitt aus elastischem Material 60 umfasst, der vom zweiten metallischen Dichtring 58 umschlossen ist. Dieser ist wiederum über einen weiteren Abschnitt elastischen Materials mit dem ersten metallischen Dichtring 56 verbunden. Durch den ersten metallischen Dichtring 56 erstreckt sich der Hochdruckzulauf 84.
  • Während bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante die Druckübertragung, d.h. der Volumenausgleich über die Fläche A = π/4(d2 2 - d1 2) erfolgt, wird in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 der Volumenausgleich über die Wirkfläche A = π/4 · d3 2 erreicht. Bei der in den Figuren 3 und 3.1 gezeigten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors ist sicherzustellen, dass im Ausgleichsraum 74 Systemdruck pRAIL herrscht, welcher den kolbenförmig ausgebildeten Koppler 40 und den Aktorkopf 48 im Betrieb voneinander trennen kann. Um diese Trennung zu verhindern, muss die Verbindung zum Membranelement 54 über Fertigungsverfahren wie zum Beispiel schweißen oder Löten bevorzugt stoffschlüssig hergestellt werden.
  • In den Figuren 4 und 5 sind Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors dargestellt, in welchen der Piezoaktor und das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzglied zentrisch angeordnet sind und die Hochdruckversorgung am Düsenmodul des Kraftstoffinjektors angeschlossen ist.
  • Figur 4 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10, bei welchem der Piezoaktor 46 mit seiner Achse 82 zentrisch zur Achse 80 des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 18 angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsvarianten sind das Aktormodul 42 und das Düsenmodul 12 über eine Überwurfmutter miteinander verbunden. Das Düsenmodul 12 ist analog zum Düsenmodul 12 der Ausführungsvarianten gemäß der Figuren 2 und 3 aufgebaut. Zwischen dem Düsenmodul 12 und dem Aktormodul 42 befindet sich die Drosselplatte 24, deren Drosselbohrung 28 den Kopplerraum 32 und den Steuerraum 30 hydraulisch miteinander verbindet. Oberhalb der Drosselplatte 24 ist die Membran 54 mit ihrer ersten metallischen Dichtscheibe 56 und zwischen dem Aktormodul 42 und der Drosselplatte 24 eingespannt. Die zweite metallische Dichtscheibe 58 der Membran 54, die mit der ersten metallischen Dichtscheibe 56 über das elastische Material 60 verbunden ist, wird über die Kopplerfeder 38 an die Unterseite des kolbenförmigen Kopplers 40 angestellt. Das elastische Material 60 trennt den mit dem elektrisch isolierenden Fluid 62 befüllten Aktorraum 52 von dem Hochdruckraum 64 innerhalb des elastischen Materials 60 der Membran 54.
  • Der kolbenförmig ausgebildete Koppler 40 ist so ausgebildet, dass dieser einen in verschiedenen Geometrien ausgewölbten Ausgleichsraum 74, wie in der Ausführungsvariante gemäß Figur 4 angedeutet, umfasst. Dieser Ausgleichsraum 74 steht mit dem vom elastischen Material 60 begrenzten Bereich innerhalb des Membranelementes 54 über mindestens eine Ausgleichsbohrung 88, die sich durch das Material des kolbenförmig ausgebildeten Kopplers 40 erstreckt, hydraulisch in Verbindung, so dass im Vergleich zu den in Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten ein größeres Volumen zum Ausgleich von Druckpulsationen als Dämpfungsvolumen zur Verfügung steht.
  • Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante der mit elektrisch isolierendem Fluid 62 befüllte Aktorraum 52 über mindestens eine Öffnung 92 in einem Deckel 90 im Bereich des Aktorfußes 48 in Verbindung steht. Elektrisch isolierendes Fluid 62 befindet sich im hydraulischen Raum 100, der von dem Ausgleichsraum 74, der mit Kraftstoff befüllbar ist, mittels eines weiteren elastischen Membranelementes 101 getrennt ist.
  • Im Unterschied zu den in Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten verläuft die vom Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) verlaufende Hochdruckleitung 84 zum Düsenmodul 12 und mündet in dessen Hochdruckraum 64, in dem der Druck pHDR herrscht, der dem Systemdruck pRAIL entspricht.
  • Der Darstellung gemäß Figur 5 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen, bei dem Piezoaktor und bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied zentrisch in Bezug zueinander angeordnet sind.
  • Aus der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante geht hervor, dass der Kraftstoffinjektor 10 das Düsenmodul 12 umfasst, in dem analog zur Ausführungsvariante gemäß Figur 4 der Hochdruckzulauf 84 vom Hochdruckspeicherkörper 78 (Common-Rail) mündet. Aufgrund dieses Umstandes herrscht der Systemdruck pRAIL der im Hochdruckspeicherkörper 78 herrscht, auch im Hochdruckraum 64 innerhalb des Düsenmoduls 12, so dass pHDR = pRAIL erfüllt ist. Darüber hinaus befindet sich im Düsenmodul 12 das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 18, dessen Achse mit Bezugszeichen 80 bezeichnet ist. Ist dieses in seinen Sitz gestellt, so sind am brennraumseitigen Ende des Düsenmoduls 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 86 verschlossen. Am bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 18 befindet sich die Düsenfeder 20, die eine Steuerhülse 22, die den Steuerraum 30 begrenzt, an die Unterseite der Drosselplatte 24 anstellt. Durch die Drosselplatte 24 verläuft eine Versorgungsbohrung 26, über welche der Druck pHDR, welcher im Hochdruckraum 64 des Düsenmoduls 12 herrscht in den hydraulischen Raum, der von dem Membranelement 54 gegen den Aktorraum 52 getrennt ist, übertragen wird.
  • Mittels des Membranelementes 54, welches einen Bereich mit elastischem Material 60, die erste metallische Dichtscheibe 56 sowie die zweite metallische Dichtscheibe 58 umfasst, wird der Aktorraum 52 des Aktormoduls 42, in dem das elektrisch isolierende Fluid 62 aufgenommen ist, von dem Hochdruckraum 64 des Kraftstoffinjektors 10 getrennt. Gemäß der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 stehen der Steuerraum 30 und der Kopplerraum 32 über die in der Drosselplatte 24 ausgebildete Drosselbohrung 28 hydraulisch miteinander in Verbindung.
  • Des Weiteren umfasst die in Figur 5 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 den kolbenförmig ausgebildeten Koppler 40. Dieser wird durch eine Kopplerfeder 38 beaufschlagt, die sich auf der Kopplerhülse 36 abstützt. Der Druck innerhalb des Aktorraumes 52, bezeichnet durch pAR, entspricht im Wesentlichen dem im Hochdruckraum 64 herrschenden Druck pHDR, welcher wiederum dem Systemdruck pRAIL entspricht.
  • In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante fehlt es an einem Ausgleichsraum 74.
  • Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der erste metallische Dichtring 56 des Membranelementes 54 zwischen dem Piezoaktor 46 und der oberen Stirnseite der Drosselplatte 24, die erste und die zweite Dichtfuge 66 bzw. 68 bildend, eingespannt ist. Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind der Aktorraum 52, in dem elektrisch isolierendes Fluid 62 bevorratet ist und von dem mit Systemdruck beaufschlagbaren Räumen 64, 30 und 32 durch das elastische 60 des elastischen Membranelementes 54 getrennt. In der Ausführungsvariante, die in Figur 5 wiedergegeben ist, fällt die Längsachse 82 des Piezoaktors 46 mit der Längsachse des Kraft-stoffinjektors 10 zusammen. Im Unterschied zur in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante ist in der Ausführungsvariante gemäß Figur 5 das weitere elastische Membranelement 101 entfallen. Dies begünstigt eine kostengünstigere Fertigung der in Figur 5 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10.
  • Aus Figur 5 geht des weiteren hervor, dass am nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 18 Düsenfeder 20 die Steuerhülse 22, die den Steuerraum 30 begrenzt, an die Unterseite der Drosselplatte 24 anstellt. Der Druckraum 64 ist über die den Hochdruckzulauf 84, der sich von dem Hochdruckspeicherkörper 78 (Common Rail) aus erstreckt, ist mit Systemdruck pHDR beaufschlagt, der dem im Hochdruckspeicherkörper 78 (Common Rail) herrschenden Druck pRAIL entspricht. An die obere Stirnseite der Drosselplatte 24 ist die Kopplerhülse 36 angestellt, die über die Kopplerfeder 38 beaufschlagt wird. Die Kopplerfeder 38 stellt einerseits die Kopplerhülse 36 an die Oberseite der Drosselplatte 24 dichtend an, so dass der Kopplerraum 32 abgedichtet ist und übt andererseits eine Vorspannung auf die zweite metallische Dichtscheibe 58 aus, mit der das elastische Membranelement 54 an die untere Stirnseite des Bundes am Kopplerkolben 40 angestellt ist. Die erste metallische Dichtscheibe 56 am Außenumfang des elastischen Membranelements 54 ist zwischen Aktormodul 42 und der Drosselplatte 24 eingespannt, so dass sich eine erste Trennfuge 66 und eine zweite Trennfuge 68 bilden, welche die Einspannstelle des elastischen Membranelements 54 darstellen.

Claims (9)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (10) von einem im unter Krafstoffdruck stehenden Aktorraum (52) angeordneten Piezoaktor (44, 46, 48) betätigt wird, welcher ein Düsenmodul (12) ansteuert, in welchem ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied (18) mindestens eine Einspritzöffnung (86) freigibt oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum (52) mit einem isolierenden Fluid (62) gefüllt und über ein elastisches Membranelement (54) von mindestens einem kraftstoffführenden Hochdruckraum (64) getrennt ist.
  2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das elastische Membranelement (54) der hydraulische Druck in den mindestens einen Hochdruckraum (64) verlustfrei auf das im Aktorraum (52) bevorratete isolierende Fluid (62) übertragen wird.
  3. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung am Piezoaktor (46) auf das insbesondere nadelförmige ausgebildete Einspritzventilglied (18) unter Zwischenschaltung eines hubübersetzenden Kopplermoduls (14) erfolgt.
  4. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Piezoaktor (46) mit einer Exzentrizität (76) zum insbesondere nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied (18) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei in einer Exzentrizität (76) in Bezug auf das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied (18) angeordnetem Piezoaktor (46) eine Hochdruckleitung (84) durch Teile (42, 34, 24) des Injektorkörpers des Kraftstoffinjektors (10) verläuft.
  6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Membranelement (54) zumindest einen Abschnitt aus einem elastischen Material (60) umfasst und zumindest einen aus metallischem Material gefertigten Dichtring (56, 58) aufweist.
  7. Kraftstoffinjektor gemäß einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Membranelement (54) zwischen Trennfugen (66, 68) entweder zwischen einem Aktormodul (42) und einem Kopplergehäuse (34) oder zwischen einem Aktormodul (42) und einer Drosselplatte (24) einerseits und zwischen einem Aktorfuß (44) des Piezoaktors (46) und einem kolbenförmig ausgebildeten Koppler (40) andererseits eingespannt ist.
  8. Kraftstoffinjektor gemäß einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenförmig ausgebildete Koppler (40) einen Ausgleichsraum (74) umfasst und über Öffnungen (88) mit einem Hochdruckraum (64) im Kopplergehäuse (34) und/oder mit einem Hochdruckraum (64) im Düsenmodul (12) hydraulisch in Verbindung steht.
  9. Kraftstoffinjektor gemäß einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Drosselplatte (24) zumindest eine Drosselbohrung (28) vorgesehen ist, welche einen Steuerraum (30) zur Betätigung des insbesondere nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes (18) mit einem Kopplerraum (32) des Kopplermoduls (14) hydraulisch miteinander verbindet.
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