EP2249024B1

EP2249024B1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: EP2249024B1
Application number: EP10156162A
Authority: EP
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: DE102009002897A1; ATE529628T1; EP2249024A1

Description

Die Erfindung betrifft einen aktorgesteuerten Kraftstoffinjektor.

Stand der Technik

Kraftstoffinjektoren, in denen eine Düsennadel durch einen Aktor betätigt wird, um eine Einspritzöffnung zu öffnen und zu verschließen, sind im Stand der Technik bekannt, siehe beispiels weise WO 2008/017538 A1 . Um den notwendigen Hub der Düsennadel zu verwirklichen, müssen solche Injektoren eine gewisse Mindestbaulänge aufweisen, die nicht unterschritten werden kann. Eine solche Mindestbaulänge beschränkt die Einsatzmöglichkeiten des Injektors und verursacht erhöhte Fertigungs- und Montagekosten.
Um die Baulänge bei vorgegebenem Hub der Düsennadel zu reduzieren, sind Injektoren bekannt, bei denen zwei Aktoren in Reihe geschaltet sind. Injektoren mit mehreren in Reihe geschalteten Aktoren sind in der Herstellung aufwändig und teuer.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach und kostengünstig herstellbaren Injektor bereitzustellen, der bei größtmöglichem Hub der Düsennadel eine möglichst geringe Baulänge aufweist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine hat eine Ventilgruppe, die sich zwischen einer Düsennadel und einem Aktor befindet, wobei in der Ventilgruppe eine Ventilkolben-Bohrung ausgebildet ist; einen in der Ventilkolben-Bohrung angeordneten Ventilkolben, der durch den Aktor zwischen einer geschlossenen Position und wenigstens einer Einspritzposition bewegbar ist; einen Düsennadelsteuerraum, dessen Volumen durch Bewegen des Ventilkolbens variierbar ist; einen Ventilraum, der zwischen dem Ventilkolben und der Ventilgruppe ausgebildet ist und der über eine in dem Ventilkolben ausgebildete Servobohrung mit dem Düsennadelsteuerraum verbunden ist; einen Zulauf und einen Ablauf, die in den Ventilraum münden, wobei die Mündung des Ablaufs in den Ventilraum durch den Ventilkolben verschlossen ist, wenn sich der Ventilkolben in der geschlossenen Position befindet und wobei die Mündung des Ablaufs geöffnet ist, wenn sich der Ventilkolben in einer Einspritzposition befindet.
In einem solchen erfindungsgemäßen Injektor kann der notwendige Hub der Düsennadel mit einem Aktor realisiert werden, dessen Länge gegenüber einem herkömmlichen Injektor deutlich reduziert ist. Die Kosten für den Aktor können daher deutlich gesenkt werden. Auch kann der Ablauf kleiner als in einem herkömmlichen Injektor dimensioniert werden, so dass die Steuermenge reduziert werden kann.
In einer Ausführungsform hat die Ventilkolben-Bohrung einen der Düsennadel zugewandten unteren Bereich und einen dem Aktor zugewandten oberen Bereich, wobei der untere Bereich einen größeren Querschnitt als der obere Bereich hat. Der Ventilkolben hat einen der Düsennadel zugewandten unteren Bereich und einem dem Aktor zugewandten oberen Bereich, wobei der untere Bereich einen größeren Querschnitt als der obere Bereich hat und so in den unteren Bereich der Ventilkolben-Bohrung eingepasst ist, dass zwischen dem unteren Bereich des Ventilkolbens und der Ventilgruppe ein zweiter Steuerraum ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform hat der zweite Steuerraum einen größeren Querschnitt als der Düsennadelsteuerraum. Durch einen solchen Aufbau lässt sich einfach und zuverlässig eine Bewegungsumkehr zwischen dem Aktor und der Düsennadel erreichen, so dass der Aktor während des Einspritzvorgangs aktiviert, d.h. ausgelängt ist. Ein solcher, direktgesteuerter Injektor hat eine gute Haltbarkeit und eine geringe Drift des Aktohubes.
In einer Ausführungsform ist in dem Ventilkolben eine Steuerraumbohrung ausgebildet, die den Düsennadelsteuerraum hydraulisch mit dem zweiten Steuerraum verbindet. Eine solche Steuerraumbohrung ermöglicht einen effektiven Druckausgleich zwischen dem Düsennadelsteuerraum und dem zweiten Steuerraum.
In einer Ausführungsform ist der Ventilraum zwischen der Düsennadel und dem Ventilkolben angeordnet. Insbesondere ist der Ventilraum radial um den Ventilkolben in der Ventilkolbenbohrung ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Anordnung des Ventilraums und eine einfach zu realisierende Ausbildung des Zu- und Ablaufs, die in die Ventilkolbenbohrung münden.
Enfindungsgemäβ verschlißt der Ventilkolben die Mündung des Zulaufs in den Ventilraum, wenn sich der Ventilkolben in einer Einspritzposition befindet, und die Mündung des Zulaufs ist geöffnet, wenn sich der Ventilkolben in der geschlossenen Position befindet. Dadurch, dass der Zulauf geschlossen ist, wenn der Ventilkolben in der Einspritzposition ist, fällt der Druck im Ventilraum während des Einspritzvorgangs besonders schnell ab. Dies bewirkt eine besonders schnelle Bewegung der Düsennadel beim Öffnen der Einspritzöffnungen und ermöglicht besonders kurze Schalt- und Einspritzzeiten.
In einer Ausführungsform ist in der Servobohrung eine Servodossel ausgebildet ist. In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Zulauf und/oder in dem Ablauf eine Zulauf- bzw. Ablaufdrossel ausgebildet. Durch solche Drosseln lässt sich ein gewünschtes Öffnungs- und Schließverhalten der Düsennadel besonders gut einstellen. Durch eine geeignete Servodrossel in der Servobohrung lässt sich der Servoeinfluss auf den direkten Nadelhub zeitverzögert überlagern. Dadurch wird insbesondere beim Einspritzen von Kleinstmengen, bei denen eine hohe Einspritztoleranz und ein schnelles Schalten erforderlich ist, eine bessere Einspritzgüte erreicht. Die führt zu geringeren Abgasemissionen und einem verringerten Verbrauch.
In einer Ausführungsform ist das dem Aktor zugewandte Ende des Ventilkolbens mit einem Kopplerkolben verbunden. Der Kopplerkolben ist so in eine mit dem Aktor verbundene Kopplerhülse eingepasst, dass zwischen dem Kopplerkolben und der Kopplerhülse ein Kopplerraum ausgebildet ist. Der Kopplerraum ermöglicht es, temperaturbedingte Längenänderungen der Bauteile zu kompensieren.
In einer Ausführungsform ist der Aktor eine piezo-elektrischer Aktor. Piezo-elektrischer Aktoren sind besonders zuverlässig und weisen besonders geringe Reaktionszeiten auf, die besonders schnelle Einspritzvorgänge mit kurzen Schaltzeiten ermöglichen.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Injektors wird im Folgenden anhand der in den beigefügten Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors.
Figur 2 zeigt die Ventilgruppe des Injektors aus Figur 1 im geschlossenen Zustand.
Figur 3 zeigt die Ventilgruppe des Injektors aus Figur 1 in einem geöffnetem Zustand.
Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ventilgruppe, bei der der Zulauf stets geöffnet ist.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ventilgruppe mit einer zusätzlichen Servodrossel.

Der Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Injektors werden im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors 7. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Ventilgruppe des in Figur 1 gezeigten Injektors 7 im geschlossenen Zustand. Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Ventilgruppe in einem geöffnetem Zustand.
Ein erfindungsgemäßer Injektor 7 weist einen in der Figur 1 oben dargestellten zylindrischen Injektorkörper 4 und ein in der Figur 1 unten dargestelltes zylindrisches Düsenmodul 1 auf, die mittels einer Düsenspannmutter 58 hydraulisch dicht verspannt sind. Die Verbindung zwischen der Düsenspannmutter 58 und dem Injektorkörper 4 ist zusätzlich durch einen Dichtungsring 60 abgedichtet.
In dem Düsenmodul 1 sind ein Düsennadelraum 56 und eine Kraftstoffkammer 52 ausgebildet, die über wenigstens eine Verbindungsbohrung 54 hydraulisch miteinander verbunden sind. Zwei Einspritzöffnungen 8 verbinden die Kraftstoffkammer 52 mit einem Brennraum 5, der das untere Ende des Düsenmoduls 1 umgibt. Entlang einer Längsachse A des Düsenmoduls 1 ist in dem Düsennadelraum 56 und in der Kraftstoffkammer 52 eine Düsennadel 6 angeordnet, die parallel zu einer Längsachse A des Düsenmoduls 1 zwischen einer unteren Verschlussposition und wenigstens einer oberen Einspritzposition bewegbar ist. Ein unteres Verschlussende 10 der Düsennadel 6 verschließt die Einspritzöffnungen 8, wenn sich die Düsennadel 6 in der unteren Verschlussposition befindet, und gibt die Einspritzöffnungen 8 frei, wenn sich die Düsennadel 6 in einer oberen Einspritzposition befindet. Im Betrieb sind der Düsennadelraum 56 und die Kraftstoffkammer 52 mit unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt. Bei freigegebenen Einspritzöffnungen 8 strömt der Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 52 durch die Einspritzöffnungen 8 in den Brennraum 5.
Ein oberes Steuerende 6a der Düsennadel 6 ist beweglich in einer Steuerraumhülse 15 angeordnet. Eine Düsennadelfeder 12 ist um einen oberen Bereich der Düsennadel 6 angeordnet und stützt sich einerseits an einem am Umfang der Düsennadel 6 ausgebildeten Absatz 11 und andererseits an der Steuerraumhülse 15 ab. So ist die Düsennadel 6 parallel zur Längsachse A elastisch beweglich in dem Düsenmodul 1 gelagert und wird von der Düsennadelfeder 12 in die untere Verschlussposition gedrückt, in der sie die Einspritzöffnungen 8 verschließt.
Oberhalb des Düsenmoduls 1 ist eine Ventilgruppe 2 druckdicht in die Düsenspannmutter 58 eingepasst. In der Ventilgruppe 2 ist eine Ventilkolbenbohrung 32 ausgebildet, in die ein Ventilkolben 16 so eingeführt ist, dass er parallel zur Längsachse A des Injektors 7 beweglich ist.
Der Ventilkolben 16 begrenzt das von der Düsennadel 6 abgewandte Ende der Steuerraumhülse 15. Innerhalb der Steuerraumhülse 15 ist ein Düsennadelsteuerraum 14 ausgebildet, der einerseits von der Düsennadel 6, andererseits von dem Ventilkolben 16 begrenzt ist und dessen Volumen sowohl durch Bewegen der Düsennadel 6 als auch durch Bewegen des Ventilkolbens 16 parallel zur Längsachse A des Injektors 7 variierbar ist.
Der Ventilkolben 16 hat einen der Düsennadel 6 zugewandten unteren Bereich 16a und einen von der Düsennadel 6 abgewandten oberen Bereich 16b. Der untere Bereich 16a des Ventilkolbens 16 weist in einer Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse A des Injektors 7 ausgerichtet ist, einen größeren Querschnitt als der obere Bereich 16b des Ventilkolbens 16 auf und ist derart in den unteren Bereich der Ventilkolbenbohrung 32 eingepasst, dass auf der von der Düsennadel 6 abgewandten Seite des unteren Bereichs 16a des Ventilkolbens 16 zwischen dem Ventilkolben 16 und der Ventilgruppe 2 ein zweiter Steuerraum 22 ausgebildet ist, dessen Volumen durch Bewegen des Ventilkolbens 16 parallel zur Längsachse A variierbar ist. Der zweite Steuerraum 22 ist durch eine Steuerraumbohrung 20, die durch den unteren Bereich 16a des Ventilkolbens 16 verläuft, hydraulisch mit dem Düsennadelsteuerraum 14 verbunden.
Um den oberen Bereich 16b des Ventilkolbens 16 ist zwischen dem Ventilkolben 16 und der Ventilgruppe 2 in der Ventilkolbenbohrung 32 ein Ventilraum 24 ausgebildet, der den Ventilkolben 16 radial umgibt. Der Ventilraum 24 ist durch eine in dem Ventilkolben 16 ausgebildete Servobohrung 18 hydraulisch mit dem Düsennadelsteuerraum 14 verbunden. Ein mit einer Kraftstoffzulaufleitung 38 hydraulisch verbundener Zulauf 25 mündet unterhalb Ventilraums 24 in die Ventilkolbenbohrung 32. Die Kraftstoffzulaufleitung 38 ist mit einer Kraftstoffpumpe 39 verbunden, die Kraftstoff unter hohem Druck über die Kraftstoffzulaufleitung 38 in den Zulauf 25 einspeist und über eine in dem Düsenmodul ausgebildete Bohrung 43 den Düsennadelraum 56 und durch die Verbindungsbohrung 54 auch die Kraftstoffkammer 52 mit Kraftstoff befüllt.
Ein mit einem Kraftstoffablaufkanal 34 verbundener Ablauf 27 mündet oberhalb des Ventilraums 24 in die Ventilkolbenbohrung 32. Der Kraftstoffablaufkanal 34 ist ausgebildet, Kraftstoff aus dem Injektor 7 in eine Kraftstoffaufnahmevorrichtung 36 abzuführen.
Unterhalb der Mündung des Ablaufs 27 in die Ventilkolbenbohrung 32 ist ein Dichtsitz 30 ausgebildet, der durch Bewegen des Ventilkolbens 16 parallel zur Längsachse A des Injektors 7 öffenbar und und verschließbar ist, so dass durch Bewegen des Ventilkolbens 16 eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ablauf 27 und dem Ventilraum 24 herstellbar und verschließbar ist. Die hydraulische Verbindung zwischen dem Ventilraum 24 und dem Ablauf 27 ist verschlossen, wenn sich der Ventilkolben 16 in der oberen, geschlossenen Position befindet und die hydraulische Verbindung ist geöffnet, wenn sich der Ventilkolben 16 in einer unteren Einspritzposition befindet.
Im oberen Bereich 16b des Ventilkolbens 16 ist um dessen Umfang eine Ausnehmung 17 derart ausgebildet, dass der Zulauf 25 hydraulisch mit dem Ventilraum 24 verbunden ist, wenn sich der Ventilkolben 16 in der oberen, geschlossenen Position befindet, und der Ventilraum 24 hydraulisch von dem Zulauf 25 getrennt ist, wenn sich der Ventilkolben 16 in einer unteren Einspritzposition befindet.
Das obere, von der Düsennadel 6 abgewandte Ende des Ventilkolbens 16 ragt über das obere, von der Düsennadel 6 abgewandte Ende der Ventilgruppe 2 hinaus. An einer oberen, von der Düsennadel 6 abgewandten Stirnseite des Ventilkolbens 16 ist ein Kopplerkolben 48 angebracht, der derart in eine oberhalb der Ventilgruppe 2 angeordnete Kopplerhülse 44 eingepasst ist, dass zwischen dem Kopplerkolben 48 und der Kopplerhülse 44 ein Kopplerraum 46 ausgebildet ist, der im Betrieb mit Kraftstoff gefüllt ist. Das Volumen des Kopplerraums ist durch Bewegen des Kopplerkolbens 48 und/oder durch Bewegen der Kopplerhülse 44 variierbar.
Die Kopplerhülse 44 ist von einer Kopplerfeder 50 umgeben, welche die Kopplerhülse 44 elastisch und parallel zur Längsachse A beweglich auf der Ventilgruppe 2 abstützt.
Die Kopplerhülse 44 ist mechanisch mit einem Aktormodul 3, das auf der von der Ventilgruppe 2 abgewandten Seite der Kopplerhülse 44 angeordnet ist, derart gekoppelt, dass die Kopplerhülse 44 durch Betätigen des Aktormoduls 3 gegen die Kraft der Kopplerfeder 50 parallel zur Längsachse A des Injektors 7 bewegbar ist.
Im geschlossenen Zustand des Injektors 7, d.h. wenn kein Kraftstoff in den Brennraum 5 eingespritzt werden soll, ist der Aktor 3 stromlos. Die Kopplerhülse 44, der Kopplerkolben 48 und der Ventilkolben 16 befinden sich jeweils in einer oberen Position. Der Dichtsitz 30 zwischen dem Ventilraum 24 und dem Ablauf 27 ist geschlossen. Der Ventilraum 24 steht in hydraulischer Verbindung mit dem Zulauf 25, so dass im Ventilraum 24 der hohe Systemdruck des Kraftstoffsystems herrscht. Der Ventilraum 24 steht über die Servobohrung 18 in hydraulischer Verbindung mit dem Düsennadelsteuerraum 14, so dass auch im Düsennadelsteuerraum 14 der hohe Kraftstoffdruck herrscht. Die Düsennadel 6 wird durch die Düsennadelfeder 12 und den im Düsennadelsteuerraum 14 herrschenden Kraftstoffdruck in die untere, geschlossene Position gedrückt, in der der Düsensitz 10 die Einspritzöffnungen 8 verschließt und kein Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 52 in den Brennraum 5 strömt.
Zum Einleiten eines Einspritzvorgangs wird der Aktor 3 durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine elektrische Anbindung 40 aktiviert. Der Aktor 3 längt aus und drückt den Kopplerkolben 44 gegen die Kraft der Kopplerfeder 50 in Richtung auf die Ventilgruppe 2 nach unten. Durch die auf das Volumen des Kopplerraums 46 ausgeübte Kraft wird auch der Kopplerkolben 48 in Richtung auf die Ventilgruppe 2 gedrückt.
Der Kopplerkolben 48 drückt den Ventilkolben 16 innerhalb der Ventilkolbenbohrung 32 in Richtung auf die Düsennadel 6 nach unten. Dadurch wird einerseits das Volumen des Düsennadelsteuerraums 14 verringert, andererseits wird das Volumen des zweiten Steuerraums 22 vergrößert. Da, wie insbesondere in der Figur 2 gezeigt, der Querschnitt A1 des zweiten Steuerraums 22 größer als der Querschnitt A2 des Düsennadelsteuerraums 14 ist, und der zweite Steuerraum 22 durch die Steuerraumbohrung 20 hydraulisch mit dem Düsennadelraum 14 verbunden ist, vergrößert sich das Gesamtvolumen, d.h. die Summe der Volumina der beiden Steuerräume 14, 22, sodass sich der Druck des Kraftstoffs in den beiden Steuerräumen 14, 22 verringert.
Der verringerte Druck im Düsennadelsteuerraum 14 reicht nicht aus, um die Düsennadel 6 gegen eine Kraft des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 52, die auf eine im unteren Bereich der Düsennadel 6 ausgebildete Druckstufe 9 wirkt, in der unteren, geschlossenen Position zu halten. Die Düsennadel 6 bewegt sich unter Einfluss der auf die Druckstufe 9 wirkenden Kraft nach oben. Der Düsensitz 10 wird geöffnet und Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 52 strömt durch die Einspritzöffnungen 8 in den Brennraum 5.
Ist dAH der Hub des Kopplerkolbens 44, A1 der Querschnitt des zweiten Steuerraums 22 und A2 der Querschnitt des Düsennadelsteuerraums 14, so ist der durch die Veränderung des Gesamtvolumens der Steuerräume 14, 22 bewirkte direkte Hub der Düsennadel 6 dNH: $dNH = (A 1 - A 2) / A 2 * dAH$
Durch die Wahl der Querschnitte A1 und A2 der Steuerräume 14, 22 ist die Übersetzung dNH/dAH = (A1-A2)/A2 zwischen dem Hub des Kopplerkolbens 44 und dem direkten Hub der Düsennadel 6 bedarfsgemäß einstellbar.
Mit dem direkten Hub können insbesondere geringe Hübe zum Einspritzen kleiner Kraftstoffmengen, bei denen es auf eine hohe Einspritztoleranz und kurze Schaltzeiten erforderlich sind, mit hoher Güte realisiert werden. Dies wirkt sich positiv aus die Emissionen und den Verbrauch aus.
Wenn sich der Ventilkolben 16 zum Auslösen des Einspritzvorgangs durch den Kopplerkolben 48 in der Ventilkolbenbohrung 32 nach unten bewegt, wird zusätzlich der Dichtsitz 30 zwischen dem Ventilraum 24 und dem Ablauf 27 geöffnet. Kraftstoff aus dem Düsennadelsteuerraum 14 strömt durch die Servobohrung 18, den Ventilraum 24, den geöffneten Dichtsitz 30 und den Ablauf 27 in den Ablaufkanal 34.
Sobald sich der Ventilkolben 16 um den Schieberhub SH nach unten bewegt hat, wird die Mündung des Zulaufs 25 in den Ventilraum 24 durch den Ventilkolben 16 verschlossen, sodass kein zusätzlicher Kraftstoff aus der Zulaufleitung 38 in den Ventilraum 24 einströmt.
Das Öffnen des Ablaufs 27 und das Schließen des Zulaufs 25 bewirkt zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Vergrößerung der Gesamtvolumens der Steuerräume 14 und 22 eine weitere Verringerung des Drucks im Düsennadelsteuerraum 14, wodurch eine zusätzliche nach oben gerichtete Kraft auf die Düsennadel 6 wirkt. Diese zusätzliche Kraft beschleunigt die Düsennadel 6 zusätzlich zum direkten Hub dNH, der sich aus der Volumenänderung der Steuerräume 14, 22 ergibt, sodass die Einspritzöffnungen 8 weiter und schneller geöffnet werden. Dadurch können kürzere Einspritzzeiten realisiert werden.
Um den Einspritzvorgang zu beenden, wird die an den Aktor 3 angelegte Spannung abgeschaltet. Die Länge des Aktors 3 verringert sich und die Kopplerhülse 44 wird von der Kopplerfeder 50 gegen den verkürzten Aktor 3 nach oben in Richtung auf den verkürzten Aktor 3 gedrückt. Der Druck im Kopplerraums 46 verringert sich, der Kopplerkolben 48 und der mit ihm verbundene Ventilkolben 16 bewegen sich in Richtung auf den Aktor 3 nach oben.
Da durch die Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens 16 das Volumen des zweiten Steuerraums 22 stärker verringert wird, als sich das Volumen des Düsennadelsteuerraums 14 vergrößert (direkter Hub dNH), strömt Kraftstoff über die Steuerraumbohrung 20 aus dem zweiten Steuerraum 22 in den Düsennadelsteuerraum 14 und erhöht den Druck im Düsennadelsteuerraum 14.
Durch die Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens 16 wird der Dichtsitz 30 in der Ventilkolbenbohrung 32 geschlossen, sodass kein weiterer Kraftstoff durch den Ablauf 27 aus dem Ventilraum 24 in den Ablaufkanal 34 abfließt. Gleichzeitig wird die Mündung des Zulaufs 25 in den Ventilraum 24 geöffnet. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff strömt aus der Zulaufleitung 38 in den Ventilraum 24 ein. Über die in dem Ventilkolben 16 ausgebildete Servobohrung 18 gelangt Kraftstoff aus dem Ventilraum 24 in den Düsennadelsteuerraum 14 und erhöht den Druck im Düsennadelsteuerraum 14 zusätzlich.
Der erhöhte Druck im Düsennadelsteuerraum 14 bewirkt eine nach unten gerichtete Kraft auf die Düsennadel 6, die ausreicht, um die Düsennadel 6 gegen die auf die Druckstufe 9 wirkende aufwärtsgerichtete Kraft nach unten in den Düsensitz 10 zu drücken und die Einspritzöffnungen 8 zu verschließen. Kein weiterer Kraftstoff strömt durch die Einspritzöffnungen 8 aus der Kraftstoffkammer 52 in den Brennraum 5 und der Einspritzvorgang ist beendet.
Durch eine geeignete Dimensionierung einer im Zulauf 25 ausgebildeten Zulaufdrossel 26 und einer im Ablauf 27 ausgebildeten Ablaufdrossel 28 lassen sich die Öffnungsgeschwindigkeit und die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 6 bedarfsgemäß einstellen.
Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilgruppe. Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet der Zulauf 25 direkt in den Ventilraum 24. Die hydraulische Verbindung des Zulaufs 25 mit dem Ventilraum 24 wird während des Einspritzvorgangs nicht unterbrochen. Durch eine geeignete Dimensionierung der Zulaufdrossel 26 kann so die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 eingestellt werden. Insbesondere kann die Düsennadel 6 beim Öffnen abgebremst werden, um zu verhindern, dass sich die Düsennadel 6 schneller als gewünscht öffnet.
Figur 5 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilgruppe 2, wobei in der Servobohrung 18 des Ventilkolbens eine Servodrossel 19 ausgebildet ist. Durch eine geeignete Dimensionierung der Servodrossel 19 lässt sich der Servoeinfluss auf den direkten Nadelhub dNH, der sich aus der Veränderung des Volumens des Düsennadelsteuerraums 14 und des zweiten Steuerraums 22 ergibt, zeitverzögert überlagern. Dadurch wird insbesondere beim Einspritzen von Kleinstmengen, bei denen eine hohe Einspritztoleranz und ein schnelles Schalten erforderlich ist, eine bessere Einspritzgüte erreicht. Die führt zu geringeren Abgasemissionen und einem verringerten Verbrauch.

Claims

Injektor (7) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (5) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Ventilgruppe (2), die sich zwischen einer Düsennadel (6) und einem Aktor (3) befindet, wobei in der Ventilgruppe (2) eine Ventilkolbenbohrung (32) ausgebildet ist; einem in der Ventilkolbenbohrung (32) angeordneten Ventilkolben (16), der durch den Aktor (3) zwischen einer geschlossenen Position und wenigstens einer Einspritzposition bewegbar ist; einem Düsennadelsteuerraum (14), dessen Volumen durch Bewegen des Ventilkolbens (16) variierbar ist; einem Ventilraum (24), der zwischen dem Ventilkolben (16) und der Ventilgruppe (2) ausgebildet ist und der über eine in dem Ventilkolben (16) ausgebildete Servobohrung (18) mit dem Düsennadelsteuerraum (14) verbunden ist, einem Zulauf (25) und einem Ablauf (27), die in den Ventilraum (24) münden, wobei die Mündung des Ablaufs (27) in den Ventilraum (24) durch den Ventilkolben (16) verschlossen ist, wenn sich der Ventilkolben (16) in der geschlossenen Position befindet und wobei die Mündung des Ablaufs (27) geöffnet ist, wenn sich der Ventilkolben (16) in einer Einspritzposition befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung des Zulaufs (26) in den Ventilraum (24) durch den Ventilkolben (16) verschlossen ist, wenn sich der Ventilkolben (16) in einer Einspritzposition befindet, und dass die Mündung des Zulaufs (25) geöffnet ist, wenn sich der Ventilkolben (16) in der geschlossenen Position befindet.
Injektor (7) nach Anspruch 1, wobei die Ventilkolbenbohrung (32) einen der Düsennadel (6) zugewandten unteren Bereich und einen dem Aktor (3) zugewandten oberen Bereich hat, wobei der untere Bereich einen größeren Querschnitt als der obere Bereich hat, und wobei der Ventilkolben (16) einen der Düsennadel (6) zugewandten unteren Bereich und einem dem Aktor (3) zugewandten oberen Bereich hat, wobei der untere Bereich einen größeren Querschnitt als der obere Bereich hat und so in den unteren Bereich der Ventilkolbenbohrung (32) eingepasst ist, so dass zwischen dem unteren Bereich des Ventilkolbens (16) und der Ventilgruppe (2) ein zweiter Steuerraum (22) ausgebildet ist.
Injektor (7) nach Anspruch 2, wobei der zweite Steuerraum (22) einen größeren Querschnitt als der Düsennadelsteuerraum (14) hat.
Injektor (7) nach Anspruch 2 oder 3, wobei im Ventilkolben (16) eine Steuerraumbohrung (20) ausgebildet ist, die den Düsennadelsteuerraum (14) mit dem zweiten Steuerraum (22) verbindet.
Injektor (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ventilraum (24) zwischen der Düsennadel (6) und dem Ventilkolben (16) ausgebildet ist.
Injektor (7) nach Anspruch 5, wobei der Ventilraum (24) radial um den Ventilkolben (16) in der Ventilkolbenbohrung (32) ausgebildet ist.
Injektor (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Servobohrung (17), in dem Zulauf (25) und/oder in dem Ablauf (27) wenigstens eine Drossel (18, 26, 28) ausgebildet ist.
Injektor (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das dem Aktor (3) zugewandte Ende des Ventilkolbens (16) mit einem Kopplerkolben (48) verbunden ist, der so in eine mit dem Aktor (3) verbundene Kopplerhülse (44) eingepasst ist, dass zwischen dem Kopplerkolben (48) und der Kopplerhülse (44) ein Kopplerraum (46) ausgebildet ist.
Injektor (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Aktor (3) eine piezo-etektrischer Aktor (3) ist.