EP2022976A1 - Injektor - Google Patents

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Publication number
EP2022976A1
EP2022976A1 EP08104406A EP08104406A EP2022976A1 EP 2022976 A1 EP2022976 A1 EP 2022976A1 EP 08104406 A EP08104406 A EP 08104406A EP 08104406 A EP08104406 A EP 08104406A EP 2022976 A1 EP2022976 A1 EP 2022976A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
actuator
control
injector
needle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08104406A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2022976A1 publication Critical patent/EP2022976A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions

Definitions

  • the present invention relates to an injector of a fuel injection system for an internal combustion engine, which may be arranged in particular in a motor vehicle.
  • such an injector comprises an injector body containing at least one injection hole and in which a nozzle needle for controlling an injection of fuel through the at least one injection hole is arranged adjustable in stroke.
  • an actuator can be arranged in the injector body with the aid of which a piston which can be adjusted in height in the injector body can be driven. With the help of this piston, the pressure can be controlled in a control room.
  • this piston has a piston surface facing the at least one spray hole, which delimits said control chamber or another space hydraulically coupled to this control chamber.
  • the control chamber is further delimited by a control surface which is arranged on the nozzle needle or on a needle assembly comprising the nozzle needle on a side remote from at least one injection hole.
  • Hydraulic closing forces are introduced into the nozzle needle via this control surface as a function of the pressure in the control chamber.
  • the actuator is de-energized or expanded to open the nozzle needle, whereby it shortens its axial length and subsequently retracts the thus drive-coupled piston, so that the piston surface of at least one injection hole away.
  • This leads to a pressure drop in the control chamber which reduces the hydraulic closing forces acting on the control surface, so that ultimately the opening forces acting on the nozzle needle predominate and the nozzle needle opens.
  • Such known injectors thus work with a pressure-dependent, direct control of the nozzle needle.
  • the problem here is the inverse-operated actuator since the closing times of the nozzle needle usually prevail in injectors, so that the actuator has a comparatively high power consumption, relatively high heat and aging comparatively quickly. Furthermore, the required for driving the actuator power electronics is correspondingly expensive.
  • the injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the actuator does not have to be operated inversely. This means that the injector only needs to be energized for the respective opening operations of the nozzle needle. As a result, the power consumption is reduced, the heat generation decreases and the lifetime of the actuator increases. At the same time required for driving the actuator power electronics can be made simpler and thus cheaper.
  • the actuator is drive-coupled with a booster piston which dips coaxially into a control piston formed as a hollow piston, which in turn is drive-coupled with the nozzle needle.
  • the booster piston and the control piston on a side facing away from at least one injection port side of a translator surface or a control surface, which are hydraulically coupled to each other.
  • the booster piston and the control piston can be achieved that a directed to the at least one spray hole stroke of the booster piston causes a pressure drop across the booster surface and thus on the control surface, which reduces the attacking on the control surface hydraulic closing forces in that the nozzle needle opens. Consequently, the actuator can be operated normally, so that it is depleted or relaxed when the nozzle needle is closed and must only be energized or clamped to open the nozzle needle.
  • a particular advantage of the injector according to the invention can also be seen in the fact that it is fundamentally possible to take over many components of a conventional injector with an inversely operated actuator.
  • the injector body, the actuator and the nozzle needle directly be taken over. Only the booster piston and the control piston must be adapted according to the invention.
  • the injector according to the invention can be realized comparatively inexpensively.
  • an embodiment can be implemented relatively simply in which the actuator is surrounded by the fuel under injection pressure or enveloped in the circumferential direction.
  • FIG. 1 shows a highly simplified, schematic longitudinal section through an injector according to the invention.
  • an injector 1 comprises an injector body 2, which is assembled, for example, from a plurality of components.
  • the injector body 2 here comprises an actuator section 3, a needle section 4, an intermediate plate 5 arranged between the actuator section 3 and needle section 4, and a connection sleeve 6 for fixing the needle section 4 and the intermediate plate 5 on the actuator section 3, for example in the manner of a union nut.
  • the injector body 2 contains in its needle section 4 at least one injection hole 7 through which fuel can be injected into an injection space 8. Furthermore, the injector body 2 contains a feed path 9 which supplies the fuel which is under injection pressure during injection unit 1 operation to the at least one injection hole 7. In the installed state, the injector 1 is connected via the feed path 9 to a high-pressure fuel line, not shown here.
  • the injector 1 as well as the high-pressure fuel line forms part of a fuel injection system, not shown otherwise, which is used to supply combustion chambers of an internal combustion engine serves with fuel.
  • the internal combustion engine is preferably arranged in a motor vehicle.
  • the injector body 2 contains an actuator chamber 10 in its actuator section 3. Furthermore, the injector body 2 contains a needle chamber 11 in its needle section 4.
  • the intermediate plate 5 contains at least one connection opening 12 through which the actuator chamber 10 and the needle chamber 11 communicate with one another.
  • the feed path 9 is passed through the actuator space 10, the at least one connection opening 12 and through the needle space 11, and accordingly the actuator space 10 and the needle space 11 are filled with fuel under injection pressure.
  • an actuator 13 is arranged, which is electrically actuated and is preferably designed as a piezoelectric actuator.
  • the actuator 13 varies depending on its energization its axial length parallel to a longitudinal central axis 14 of the injector 1.
  • the actuator 13 expands, that is, it is stretched.
  • Entstromen the actuator 13 contracts, that is he is relaxed.
  • the actuator 13 is supported in the axial direction with an actuator foot 15 on the injector body 2.
  • an actuator head 16 remote from the actuator foot 15 can carry out corresponding actuator strokes in dependence on the energization of the actuator 13.
  • the actuator 13 is biased in its direction of expansion by means of an opening compression spring 17, which is axially supported here, on the one hand, on the actuator head 16 and, on the other hand, on the actuator foot 15 or on the injector body 2.
  • a nozzle needle 18 is arranged adjustable in stroke.
  • the nozzle needle 18 cooperates with a needle seat 19 and serves to control an injection of fuel through the at least one injection hole 7.
  • the nozzle needle 18 sits in the needle seat 19 and separates the at least one injection hole 7 from the feed path 9.
  • opening raises the nozzle needle 18 from the needle seat 19 and releases a connection between the feed path 9 and the at least one injection hole 7, whereby fuel can be injected through the at least one injection hole 7 in the injection chamber 8.
  • the nozzle needle 18 is axially guided, for example, at 20 in the injector body 2 or in the needle section 4 thereof.
  • the feed path 9 is through this Guide 20 passed, for example by means of at least one free-floating surface 21st
  • the actuator 13 is drive-connected via the actuator head 16 to a booster piston 22, for example, via a lock washer 23. It is clear that other joining techniques are also possible. In particular, an embodiment is conceivable in which the booster piston 22 is attached directly to the actuator 13, so that the booster piston 22 and the actuator head 16 form an integral component.
  • the booster piston 22 is designed as a stepped piston with a piston portion 25 and a shaft portion 24 and has a shaft portion 24 and a piston portion 25.
  • the shaft portion 24 is drivingly connected to the actuator 13 and is guided axially guided by the intermediate plate 5 and guided.
  • the piston section 25 is arranged in the needle section 4 or in the needle chamber 11.
  • the booster piston 22 has at a side remote from the at least one spray hole 7 side a translator surface 26. This is designed as an annular surface and is defined by the difference between a booster piston cross-section 27, which the booster piston 22 has in its piston portion 25, and a booster shaft cross-section 28, the booster piston 22 has in its shank portion 24.
  • the nozzle needle 18 or a needle assembly 29, which comprises at least the nozzle needle 18, has a control piston 30 at an end portion remote from at least one injection hole 7.
  • the control piston 30 is designed as a hollow piston open towards the actuator 13 and is arranged coaxially with the booster piston 22.
  • An inner cross-section 32 of the control piston 30 in the piston portion 31 thus corresponds substantially to the outer cross-section 27 of the booster piston 22 in the piston portion 25th
  • the control piston 30 has a control surface 33 on a side remote from the at least one spray hole 7.
  • the control surface 33 is designed here as an annular surface and formed by the difference between an outer cross-section 34, which has the control piston 30 in its piston portion 31, and the inner cross section 32 of the control piston 30 in its piston portion 31.
  • This control surface 33 is formed with the translator piston 22 formed on the translator surface 26 hydraulically coupled. This means that both surfaces 26, 33 always have the same pressures.
  • the hydraulic coupling between the control surface 33 and the translator surface 26 takes place here via a control chamber 35, which is axially bounded both by the control surface 33 and by the translator surface 26.
  • the control chamber 35 is also bounded radially inwardly by the shaft portion 24 of the booster piston 22. Accordingly, the control chamber 35 surrounds the shaft portion 24 of the booster piston 22 annular.
  • Radially outside the control chamber 35 is limited here by a sealing sleeve 36 which is mounted radially adjustable on the outside radially on the piston portion 31 of the control piston 30.
  • the control chamber 35 is bounded by the intermediate plate 5.
  • the control chamber 35 is annular.
  • the sealing sleeve 36 abuts against the intermediate plate 5 at its end remote from the at least one injection hole 7.
  • the sealing sleeve 36 is biased by means of a biasing spring 37 axially against the intermediate plate 5.
  • the biasing spring 37 is supported on the one hand on the sealing sleeve 36 and on the other hand on the control piston 30, which has a corresponding collar 38 for this purpose.
  • the actuator 13 is enclosed or flushed within the actuator space 10 by the fuel under injection pressure in the circumferential direction.
  • control piston 31 together with the sealing sleeve 36 in the needle chamber 11, is surrounded or flowed around in the peripheral direction by the fuel under injection pressure.
  • the coaxially reciprocally arranged pistons that is, the booster piston 22 and the control piston 30, centrally enclose a coupler space 39.
  • This coupler space 39 is hydraulically coupled to the needle space 11 by at least one connecting opening 40 formed in the piston section 31 of the control piston 30.
  • a closing compression spring 41 is arranged in the present case in the coupler space 39, which is axially supported on the one hand on the booster piston 22 and on the other hand on the control piston 30.
  • the booster piston 22 configured as at least one injection hole 7 towards open hollow piston.
  • the actuator 13 is actuated, so energized, whereby it is stretched and expands in the axial direction. This expansion process is supported by the opening pressure spring 17. Accordingly, the actuator 13 drives the booster piston 22 to perform a stroke. As a result, the booster piston 22 moves relative to the control piston 30, which is supported on the injector body 2 via the nozzle needle 18. Consequently, the volume of the coupler space 39 decreases. In this case, fuel is displaced from the coupler space 39 via the at least one connection opening 40 into the needle space 11. An optionally associated increase in pressure in the needle chamber 11 is negligible due to the volume ratios.
  • the control space 35 limiting translator surface 26 is also adjusted in the direction of at least one injection hole 5, whereby the volume of the control chamber 35 increases. This is accompanied by a pressure drop in the control room 35. As a result, the hydraulic closing forces acting on the control surface 33 are reduced. As a result, the hydraulic forces acting in the opening direction predominate on the nozzle needle 18, so that the nozzle needle 18 lifts off from the needle seat 19.
  • the at least one injection hole 7 is connected to the feed path 9, so that the injection of fuel can take place.
  • the actuator 13 is again de-energized or relaxed. As a result, the actuator 13 contracts again.
  • the booster piston 22 follows the actuator 13, whereby the volume of the control chamber 35 is reduced again, in which the pressure increases and the introduced via the control surface 33 in the nozzle needle 18 hydraulic closing forces increase again.
  • the closing movement of the nozzle needle 18 is assisted by the closing compression spring 41.
  • the actuator 13 can be operated normally, ie not inversely, which means that the actuator 13 must be energized only for comparatively short periods of time for the opening of the nozzle needle 18.
  • the required power electronics can be designed comparatively simple. Likewise, the life of the actuator 13 can be increased thereby.

Landscapes

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Abstract

Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Injektorkörper (2), der wenigstens ein Spritzloch (7) enthält, eine im Injektorkörper (2) hubverstellbar angeordnete Düsennadel (18) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch (7) und einen im Injektorkörper (2) angeordneten Aktuator (13) zum Antreiben eines im Injektorkörper (2) hubverstellbar angeordneten Übersetzerkolbens (22). Zur Realisierung eines vereinfachten Aufbaus weist die Düsennadel (18) oder ein die Düsennadel (18) umfassender Nadelverband (29) einen Steuerkolben (30) auf, der als zum Aktuator (13) hin offener Hohlkolben ausgebildet ist und in den der Übersetzerkolben (22) koaxial eintaucht, weist der Übersetzerkolben (22) eine vom wenigstens einen Spritzloch (7) abgewandte Übersetzerfläche (26) auf, und weist der Steuerkolben (39) ein vom wenigstens einen Spritzloch (7) abgewandte Steuerfläche (33) auf, die mit der Übersetzerfläche (26) hydraulisch gekoppelt ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann.
  • Üblicherweise umfasst ein derartiger Injektor einen Injektorkörper, der wenigstens ein Spritzloch enthält und in dem eine Düsennadel zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch hubverstellbar angeordnet ist. Ferner kann im Injektorkörper ein Aktuator angeordnet sein, mit dessen Hilfe ein im Injektorkörper hubverstellbar angeordneter Kolben antreibbar ist. Mit Hilfe dieses Kolbens kann in einem Steuerraum der Druck gesteuert werden. Beispielsweise weist dieser Kolben hierfür eine dem wenigstens einen Spritzloch zugewandte Kolbenfläche auf, die besagten Steuerraum oder einen mit diesem Steuerraum hydraulisch gekoppelten anderen Raum begrenzt. Der Steuerraum ist ferner von einer Steuerfläche begrenzt, die an der Düsennadel oder an einem die Düsennadel umfassenden Nadelverband an einer von wenigstens einem Spritzloch abgewandten Seite angeordnet ist. Über diese Steuerfläche werden abhängig vom Druck im Steuerraum hydraulische Schließkräfte in die Düsennadel eingeleitet. Bei einem Injektor mit invers betriebenem Aktuator wird der Aktuator zum Öffnen der Düsennadel entstromt beziehungsweise entspannt, wodurch er seine axiale Länge verkürzt und in der Folge den damit antriebsgekoppelten Kolben zurückzieht, so dass sich die Kolbenfläche von wenigstens einem Spritzloch entfernt. Hierdurch kommt es im Steuerraum zu einem Druckabfall, der die an der Steuerfläche angreifenden hydraulischen Schließkräfte reduziert, so dass letztlich die an der Düsennadel angreifenden Öffnungskräfte überwiegen und die Düsennadel öffnet. Derartige bekannte Injektoren arbeiten somit mit einer druckabhängigen, direkten Ansteuerung der Düsennadel.
  • Problematisch ist dabei der invers betriebene Aktuator da üblicherweise bei Injektoren die Schließzeiten der Düsennadel überwiegen, so dass der Aktuator einen vergleichsweise hohen Strombedarf aufweist, relativ viel Wärme abgibt und vergleichsweise schnell altert. Des weiteren ist die zum Ansteuern des Aktuators erforderliche Leistungselektronik entsprechend aufwändig.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Aktuator nicht invers betrieben werden muss. Das bedeutet, dass der Injektor nur für die jeweiligen Öffnungsvorgänge der Düsennadel bestromt werden muss. In der Folge reduziert sich der Strombedarf, die Wärmeentwicklung nimmt ab und die Lebenszeit des Aktuators erhöht sich. Gleichzeitig kann die zum Ansteuern des Aktuators benötigte Leistungselektronik einfacher und somit preiswerter gestaltet werden.
  • Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass der Aktuator mit einem Übersetzerkolben antriebsgekoppelt ist, der in einen als Hohlkolben ausgebildeten Steuerkolben koaxial eintaucht, der seinerseits mit der Düsennadel antriebsgekoppelt ist. Des weiteren besitzen der Übersetzerkolben und der Steuerkolben an einer von wenigstens einem Spritzloch abgewandten Seite eine Übersetzerfläche beziehungsweise eine Steuerfläche, die miteinander hydraulisch gekoppelt sind. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Injektorkörpers, des Übersetzerkolbens und des Steuerkolbens kann erreicht werden, dass ein auf das wenigstens eine Spritzloch zu gerichteter Hub des Übersetzerkolbens einen Druckabfall an der Übersetzerfläche und somit an der Steuerfläche bewirkt, der die an der Steuerfläche angreifenden hydraulischen Schließkräfte soweit reduziert, dass die Düsennadel öffnet. Demzufolge kann der Aktuator normal betrieben werden, so dass er bei geschlossener Düsennadel entstromt beziehungsweise entspannt ist und nur zum Öffnen der Düsennadel bestromt beziehungsweise gespannt werden muss.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Injektors kann auch darin gesehen werden, dass es grundsätzlich möglich ist, viele Komponenten eines herkömmlichen Injektors mit invers betriebenem Aktuator zu übernehmen. Beispielsweise können der Injektorkörper, der Aktuator und die Düsennadel direkt übernommen werden. Lediglich der Übersetzerkolben und der Steuerkolben müssen entsprechend der Erfindung adaptiert werden. Hierdurch lässt sich der erfindungsgemäße Injektor vergleichsweise preiswert realisieren. Insbesondere kann auf Konstruktionen zurückgegriffen werden, die sich in der Praxis bewährt haben. Insbesondere kann relativ einfach eine Ausführungsform realisiert werden, bei welcher der Aktuator von dem unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff umspült beziehungsweise in Umfangsrichtung umhüllt ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
  • Die einzige Fig. 1 zeigt einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Injektor nach der Erfindung.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst ein Injektor 1 einen Injektorkörper 2, der beispielsweise aus mehreren Komponenten zusammengebaut ist. Zum Beispiel umfasst der Injektorkörper 2 hier einen Aktuatorabschnitt 3, einen Nadelabschnitt 4, eine zwischen Aktuatorabschnitt 3 und Nadelabschnitt 4 angeordnete Zwischenplatte 5 sowie eine Verbindungshülse 6 zum Festlegen des Nadelabschnitts 4 und der Zwischenplatte 5 am Aktuatorabschnitt 3, z.B. nach Art einer Überwurfmutter.
  • Der Injektorkörper 2 enthält in seinem Nadelabschnitt 4 zumindest ein Spritzloch 7, durch das Kraftstoff in einen Einspritzraum 8 einspritzbar ist. Ferner enthält der Injektorkörper 2 einen Zuführpfad 9 der im Betrieb des Injektors 1 dem wenigstens einen Spritzloch 7 unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff zuführt. Im Einbauzustand ist der Injektor 1 über den Zuführpfad 9 an eine hier nicht dargestellte Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossen. Der Injektor 1 bildet ebenso wie die Kraftstoffhochdruckleitung einen Bestandteil einer im übrigen nicht gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage, die zur Versorgung von Brennräumen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff dient. Dabei ist die Brennkraftmaschine vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
  • Der Injektorkörper 2 enthält in seinem Aktuatorabschnitt 3 einen Aktuatorraum 10. Ferner enthält der Injektorkörper 2 in seinem Nadelabschnitt 4 einen Nadelraum 11. Die Zwischenplatte 5 enthält zumindest eine Verbindungsöffnung 12, durch die der Aktuatorraum 10 und der Nadelraum 11 miteinander kommunizieren. Der Zuführpfad 9 ist durch den Aktuatorraum 10, die wenigstens eine Verbindungsöffnung 12 und durch den Nadelraum 11 hindurchgeführt und dementsprechend sind der Aktuatorraum 10 und der Nadelraum 11 mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff befüllt.
  • Im Aktuatorraum 10 ist ein Aktuator 13 angeordnet, der elektrisch betätigbar ist und vorzugsweise als Piezoaktuator ausgestaltet ist. Der Aktuator 13 verändert in Abhängigkeit seiner Bestromung seine axiale Länge parallel zu einer Längsmittelachse 14 des Injektors 1. Beim Bestromen dehnt sich der Aktuator 13 aus, das heißt er wird gespannt. Beim Entstromen zieht sich der Aktuator 13 zusammen, das heißt er wird entspannt. Der Aktuator 13 stützt sich in axialer Richtung mit einem Aktuatorfuß 15 am Injektorkörper 2 ab. Dadurch kann ein vom Aktuatorfuß 15 entfernter Aktuatorkopf 16 in Abhängigkeit der Bestromung des Aktuators 13 entsprechende Aktuatorhübe durchführen. Der Aktuator 13 ist in seiner Ausdehnungsrichtung mit Hilfe einer Öffnungsdruckfeder 17 vorgespannt, die sich hier einerseits am Aktuatorkopf 16 und andererseits am Aktuatorfuß 15 oder am Injektorkörper 2 axial abstützt.
  • Im Nadelabschnitt 4 des Injektorkörpers 2 ist eine Düsennadel 18 hubverstellbar angeordnet. Die Düsennadel 18 wirkt mit einem Nadelsitz 19 zusammen und dient zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 7. In ihrer Schließstellung sitzt die Düsennadel 18 im Nadelsitz 19 und trennt das wenigstens eine Spritzloch 7 vom Zuführpfad 9. Beim Öffnen hebt die Düsennadel 18 vom Nadelsitz 19 ab und gibt eine Verbindung zwischen dem Zuführpfad 9 und dem wenigstens einen Spritzloch 7 frei, wodurch Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 7 in den Einspritzraum 8 eingedüst werden kann.
  • Die Düsennadel 18 ist beispielsweise bei 20 im Injektorkörper 2 beziehungsweise in dessen Nadelabschnitt 4 axial geführt gelagert. Der Zuführpfad 9 ist durch diese Führung 20 hindurchgeführt, beispielsweise mittels wenigstens einer Freischlifffläche 21.
  • Der Aktuator 13 ist über den Aktuatorkopf 16 mit einem Übersetzerkolben 22 antriebsverbunden, beispielsweise über eine Sicherungsscheibe 23. Es ist klar, dass auch andere Verbindungstechniken in Frage kommen. Insbesondere ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher der Übersetzerkolben 22 unmittelbar am Aktuator 13 befestigt ist, so dass der Übersetzerkolben 22 und der Aktuatorkopf 16 ein integrales Bauteil bilden. Der Übersetzerkolben 22 ist als Stufenkolben mit einem Kolbenabschnitt 25 und einem Schaftabschnitt 24 ausgestaltet und weist einen Schaftabschnitt 24 und einen Kolbenabschnitt 25 auf. Der Schaftabschnitt 24 ist mit dem Aktuator 13 antriebsverbunden und ist durch die Zwischenplatte 5 axial geführt und gelagert hindurchgeführt. Der Kolbenabschnitt 25 ist im Nadelabschnitt 4 beziehungsweise im Nadelraum 11 angeordnet. Der Übersetzerkolben 22 weist an einer vom wenigstens einen Spritzloch 7 abgewandten Seite eine Übersetzerfläche 26 auf. Diese ist als Ringfläche ausgestaltet und ist definiert durch die Differenz zwischen einem Übersetzerkolbenquerschnitt 27, den der Übersetzerkolben 22 in seinem Kolbenabschnitt 25 aufweist, und einem Übersetzerschaftquerschnitt 28, den der Übersetzerkolben 22 in seinem Schaftabschnitt 24 aufweist.
  • Die Düsennadel 18 oder ein Nadelverband 29, der zumindest die Düsennadel 18 umfasst, weist an einem von wenigstens einem Spritzloch 7 entfernten Endabschnitt einen Steuerkolben 30 auf. Der Steuerkolben 30 ist als zum Aktuator 13 hin offener Hohlkolben ausgestaltet und ist koaxial zum Übersetzerkolben 22 angeordnet. Dabei taucht der Übersetzerkolben 22 mit seinem Kolbenabschnitt 25 in einen Kolbenabschnitt 31 des Steuerkolbens 30 axial ein und ist darin axial geführt gelagert. Ein Innenquerschnitt 32 des Steuerkolbens 30 in dessen Kolbenabschnitt 31 entspricht daher im wesentlichen dem Außenquerschnitt 27 des Übersetzerkolbens 22 in dessen Kolbenabschnitt 25.
  • Der Steuerkolben 30 weist an einer vom wenigstens einem Spritzloch 7 abgewandten Seite eine Steuerfläche 33 auf. Die Steuerfläche 33 ist hier als Ringfläche ausgestaltet und durch die Differenz zwischen einem Außenquerschnitt 34, den der Steuerkolben 30 in seinem Kolbenabschnitt 31 aufweist, und dem Innenquerschnitt 32 des Steuerkolbens 30 in seinem Kolbenabschnitt 31 gebildet. Diese Steuerfläche 33 ist mit der am Übersetzerkolben 22 ausgebildeten Übersetzerfläche 26 hydraulisch gekoppelt. Das bedeutet, an beiden Flächen 26, 33 herrschen stets die gleichen Drücke.
  • Die hydraulische Kopplung zwischen der Steuerfläche 33 und der Übersetzerfläche 26 erfolgt hier über einen Steuerraum 35, der sowohl von der Steuerfläche 33 als auch von der Übersetzerfläche 26 axial begrenzt ist. Der Steuerraum 35 ist außerdem radial innen vom Schaftabschnitt 24 des Übersetzerkolbens 22 begrenzt. Dementsprechend umschließt der Steuerraum 35 den Schaftabschnitt 24 des Übersetzerkolbens 22 ringförmig. Radial außen ist der Steuerraum 35 hier durch eine Dichthülse 36 begrenzt, die radial außen am Kolbenabschnitt 31 des Steuerkolbens 30 hubverstellbar gelagert ist. Gegenüber der Steuerfläche 33 und gegenüber der Übersetzerfläche 26, also an einer dem wenigstens einem Spritzloch 7 zugewandten Seite ist der Steuerraum 35 durch die Zwischenplatte 5 begrenzt. Der Steuerraum 35 ist ringförmig. Durch die Dichthülse 36 ist der Steuerraum 35 vom Nadelraum 11 und somit vom Zuführpfad 9 getrennt.
  • Die Dichthülse 36 liegt an ihrem vom wenigstens einem Spritzloch 7 abgewandten Ende an der Zwischenplatte 5 an. Dabei ist die Dichthülse 36 mit Hilfe einer Vorspannfeder 37 axial gegen die Zwischenplatte 5 vorgespannt. Hierzu ist die Vorspannfeder 37 einerseits an der Dichthülse 36 und andererseits am Steuerkolben 30 abgestützt, der hierzu einen entsprechenden Bund 38 aufweist.
  • Der Aktuator 13 ist dabei innerhalb des Aktuatorraums 10 vom unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff in Umfangsrichtung umschlossen beziehungsweise umspült.
  • Der Steuerkolben 31 ist zusammen mit der Dichthülse 36 im Nadelraum 11 von dem unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff in Umfangsrichtung umschlossen beziehungsweise umströmt.
  • Die koaxial ineinander angeordneten Kolben, also der Übersetzerkolben 22 und der Steuerkolben 30 schließen zentral einen Kopplerraum 39 ein. Dieser Kopplerraum 39 ist durch wenigstens eine, im Kolbenabschnitt 31 des Steuerkolbens 30 ausgebildete Verbindungsöffnung 40 mit dem Nadelraum 11 hydraulisch gekoppelt. Des weiteren ist im vorliegenden Fall im Kopplerraum 39 eine Schließdruckfeder 41 angeordnet, die sich einerseits am Übersetzerkolben 22 und andererseits am Steuerkolben 30 axial abstützt. Zur Unterbringung der Schließdruckfeder 41 ist auch der Übersetzerkolben 22 als zum wenigstens einen Spritzloch 7 hin offener Hohlkolben ausgestaltet.
  • Der erfindungsgemäße Injektor 1 arbeitet wie folgt:
    • In einem Ausgangszustand befindet sich die Düsennadel 18 in ihrer Schließstellung, so dass sie im Nadelsitz 19 sitzt und das wenigstens eine Spritzloch 7 vom Zuführpfad 9 getrennt ist. Im Zuführpfad 9 herrscht Einspritzdruck. Der Aktuator 13 ist unbestromt, also entspannt. Im Kopplerraum 39 herrscht ebenso wie im Steuerraum 35 ebenfalls Einspritzdruck.
  • Zum Durchführen eines Einspritzvorgangs wird der Aktuator 13 betätigt, also bestromt, wodurch er gespannt wird und sich in axialer Richtung ausdehnt. Dieser Ausdehnungsvorgang wird dabei von der Öffnungsdruckfeder 17 unterstützt. Dementsprechend treibt der Aktuator 13 den Übersetzerkolben 22 zur Durchführung eines Hubs an. In der Folge bewegt sich der Übersetzerkolben 22 relativ zum Steuerkolben 30, der über die Düsennadel 18 am Injektorkörper 2 abgestützt ist. Folglich verkleinert sich das Volumen des Kopplerraums 39. Dabei wird Kraftstoff aus dem Kopplerraum 39 über die wenigstens eine Verbindungsöffnung 40 in den Nadelraum 11 verdrängt. Ein damit gegebenenfalls einhergehender Druckanstieg im Nadelraum 11 ist dabei aufgrund der Volumenverhältnisse vernachlässigbar. Durch die Axialbewegung des Übersetzerkolbens 22 wird jedoch außerdem die den Steuerraum 35 begrenzende Übersetzerfläche 26 in Richtung des wenigstens einen Spritzlochs 5 verstellt, wodurch sich das Volumen des Steuerraums 35 vergrößert. Damit geht ein Druckabfall im Steuerraum 35 einher. In der Folge reduzieren sich die an der Steuerfläche 33 angreifenden hydraulischen Schließkräfte. Dies führt dazu, dass an der Düsennadel 18 die in Öffnungsrichtung wirksamen hydraulischen Kräfte überwiegen, so dass die Düsennadel 18 vom Nadelsitz 19 abhebt. Bei geöffneter Düsennadel 18 ist das wenigstens eine Spritzloch 7 mit dem Zuführpfad 9 verbunden, so dass die Einspritzung von Kraftstoff erfolgen kann.
  • Zum Beendigen des Einspritzvorgangs wird der Aktuator 13 wieder entstromt beziehungsweise entspannt. In der Folge zieht sich der Aktuator 13 wieder zusammen. Der Übersetzerkolben 22 folgt dem Aktuator 13, wodurch das Volumen des Steuerraums 35 wieder verkleinert wird, darin der Druck ansteigt und die über die Steuerfläche 33 in die Düsennadel 18 eingeleiteten hydraulischen Schließkräfte wieder zunehmen. Die Schließbewegung der Düsennadel 18 wird dabei durch die Schließdruckfeder 41 unterstützt.
  • Bemerkenswert ist dabei, dass beim vorliegenden Injektor 1 der Aktuator 13 normal, also nicht invers betrieben werden kann, was dazu führt, dass der Aktuator 13 nur für vergleichsweise kurze Zeitspannen für das Öffnen der Düsennadel 18 bestromt werden muss. Die hierzu erforderliche Leistungselektronik kann vergleichsweise einfach ausgelegt werden. Ebenso kann die Lebensdauer des Aktuators 13 dadurch vergrößert werden.

Claims (10)

  1. Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
    - mit einem Injektorkörper (2), der wenigstens ein Spritzloch (7) enthält,
    - mit einer im Injektorkörper (2) hubverstellbar angeordneten Düsennadel (18) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch (7),
    - mit einem im Injektorkörper (2) angeordneten Aktuator (13) zum Antreiben eines im Injektorkörper (2) hubverstellbar angeordneten Übersetzerkolbens (22),
    - wobei die Düsennadel (18) oder ein die Düsennadel (18) umfassender Nadelverband (29) einen Steuerkolben (30) aufweist, der als zum Aktuator (13) hin offener Hohlkolben ausgebildet ist und in den der Übersetzerkolben (22) koaxial eintaucht,
    - wobei der Übersetzerkolben (22) eine vom wenigstens einen Spritzloch (7) abgewandte Übersetzerfläche (26) aufweist,
    - wobei der Steuerkolben (39) eine vom wenigstens einen Spritzloch (7) abgewandte Steuerfläche (33) aufweist, die mit der Übersetzerfläche (26) hydraulisch gekoppelt ist.
  2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche (33) und die Übersetzerfläche (26) einen Steuerraum (35) begrenzen.
  3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (35) einen Schaftabschnitt (24) des Übersetzerkolbens (22) ringförmig umschließt.
  4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Steuerkolben (30) eine Dichthülse (36) hubverstellbar gelagert ist, die den Steuerraum (35) radial außen begrenzt.
  5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (36) über eine Vorspannfeder (37) am Steuerkolben (30) oder an der Düsennadel (18) oder am Nadelverband (29) abgestützt ist.
  6. Injektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichthülse (36) an einer Zwischenplatte (5) des Injektorkörpers (2) axial abstützt, durch die der Übersetzerkolben (22) hindurchgeführt ist.
  7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (30) in einem Nadelraum (11) des Injektorkörpers (2) angeordnet und in Umfangsrichtung von Kraftstoff umschlossen ist.
  8. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (13) in einem Aktuatorraum (10) des Injektorkörpers (2) angeordnet und in Umfangsrichtung von Kraftstoff umschlossen ist.
  9. Injektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Injektorkörper (2) einen Zuführpfad (9) enthält, der dem wenigstens einen Spritzloch (7) unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff zuführt,
    - dass der Zuführpfad (9) durch den Aktuatorraum (10) und/oder durch den Nadelraum (11) hindurchgeführt ist.
  10. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxial ineinander angeordneten Kolben (22, 30) einen Kopplerraum (39) einschließen, der durch den Steuerkolben (30) hindurch mit dem Nadelraum (11) hydraulisch gekoppelt sein kann und/oder in dem eine sich am Übersetzerkolben (22) und am Steuerkolben (30) abstützende Schließdruckfeder (41) angeordnet sein kann.
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