EP2400144A2 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP2400144A2
EP2400144A2 EP11167030A EP11167030A EP2400144A2 EP 2400144 A2 EP2400144 A2 EP 2400144A2 EP 11167030 A EP11167030 A EP 11167030A EP 11167030 A EP11167030 A EP 11167030A EP 2400144 A2 EP2400144 A2 EP 2400144A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching valve
sealing
sealing piston
closing element
fuel injector
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Withdrawn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
EP11167030A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2400144A3 (de
Inventor
Henning Kreschel
Andreas Rau
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 EP2400144A2 publication Critical patent/EP2400144A2/de
Publication of EP2400144A3 publication Critical patent/EP2400144A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004—Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector having the features of the preamble of claim 1.
  • a fuel injector has a housing part, in which a actuatable by means of a piezoelectric actuator switching valve is received with a liftable closing element.
  • the closing element is designed sleeve-shaped for forming a switching valve chamber and for at least partially receiving a sealing piston and has a first sealing contour, which cooperates with a second sealing contour formed on the sealing piston as a valve seat.
  • a generic fuel injector is from the published patent application DE 10 2006 049 831 A1 out.
  • the fuel injector described herein has a switching valve and a multi-part piezoelectric actuator for actuating the switching valve.
  • the switching valve comprises a sleeve-shaped valve element and a stationary piston, which is accommodated in the valve element. Between the stationary piston and the valve element, a switching valve chamber is formed, which is hydraulically connected via a flow channel and an outlet throttle with a control chamber.
  • the drainage channel is passed through the stationary piston and opens via lateral bores in the switching valve space enclosed by the sleeve-shaped valve element.
  • a first sealing contour formed on the valve element which cooperates with a second sealing contour formed on the stationary piston, forms a valve seat closing the switching valve chamber.
  • the piezoelectric actuator provided for actuation of the switching valve is designed in several parts and arranged such that this or a piezoelectric actuator receiving Carrier body surrounds the valve element. This is intended to create a compact fuel injector in the axial direction.
  • the inclusion of the piezoelectric actuator in the switching valve complicates the electrical connection of the piezoelectric actuator, since the lines must be zoomed up to the switching valve.
  • the integration of the piezoelectric actuator also requires a very long drainage channel whose volume increases the volume of the switching valve space is not insignificant. However, a large switching volume prevents a rapid pressure increase in the switching valve chamber and thus fast switching times. The efficiency of the known fuel injector is thus not optimal.
  • the present invention is therefore based on the object to further develop a generic fuel injector such that the efficiency is improved.
  • a fuel injector with a reduced switching volume should be specified.
  • the fuel injector should be simple and inexpensive to produce.
  • the sleeve-shaped closing element is supported on the piezoelectric actuator via a load distribution plate, which is integrally connected to the closing element, wherein the closing element and / or the load distribution plate to reduce the volume of the switching valve chamber comprises or comprise an annular portion or an annular packing, which at the same time training a cooperating with the sealing piston guide diameter is used.
  • the switching valve chamber is therefore limited in the radial direction by the sleeve-shaped closing element and the sealing piston and in the axial direction by the annular section or by the annular packing.
  • the annular portion or the annular packing causes a minimization of the volume of the switching valve space.
  • a small inner diameter of the sleeve-shaped closing element acts as a support.
  • a reduced switching valve volume has a rapid increase in pressure in the switching valve chamber after closing the switching valve and thus a fast during operation of the injector Close the needle of the injector. As a result, the efficiency of the fuel injector is increased.
  • the guide diameter formed on the annular portion or on the annular filling body is preferably selected such that it substantially corresponds to the diameter of the closing element in the region of the valve seat, that is to say the seat diameter.
  • the switching valve is largely pressure-balanced in the closed position, since the hydraulic forces acting on the closing element in the axial direction cancel each other out.
  • the design of the switching valve as a pressure balanced valve has the advantage that the power requirement decreases. It can thus be used an actuator of smaller size and / or reduces the energy consumption of the actuator and / or the dynamics of the actuator can be increased.
  • the guide diameter and the diameter of the cooperating with the guide diameter sealing piston are preferably also coordinated so that a gap seal is formed, which seals the switching valve chamber with respect to a low pressure chamber.
  • a gap seal is formed, which seals the switching valve chamber with respect to a low pressure chamber.
  • closing element and load distribution plate For one-piece design of closing element and load distribution plate these are preferably pressed together, caulked, welded and / or screwed. The same applies with respect to the connection of the closing element or the load distribution plate with a separate annular packing. Thus, a force, material and / or positive connection is ensured in each case, which is easy and inexpensive to implement.
  • the piezoelectric actuator is arranged outside of the switching valve in the fuel injector according to the invention. This measure also contributes to keeping the dimensions of the switching valve and therefore also of the switching valve chamber small.
  • the proposed arrangement outside the switching valve facilitates the electrical connection of the piezoelectric actuator. If the piezoelectric actuator is energized, this expands and presses on the load distribution plate. This raises the closure element from the Venstilsitz, so that the Switching valve opens.
  • the opening of the valve is accompanied by a pressure drop in a control chamber hydraulically connected to the control valve space, which in turn allows an opening stroke of the needle of the injector.
  • the sealing piston is supported on a throttle plate. Further preferably, the sealing piston is provided for sealing engagement with the throttle plate with a biting edge.
  • the separate design of sealing piston and throttle plate facilitates their production. This is especially true for the sealing piston, which is equipped to continue the flow channel formed in the throttle plate with at least one bore, which opens into the switching valve chamber.
  • the sealing piston is acted upon by the pressure force of a spring element, which is supported on the one hand on the sealing piston and on the other hand on the load distribution plate or on the closing element.
  • the spring element may be formed, for example, as a helical spring, a plate spring or a corrugated spring washer. The latter have the advantage that they require a small space.
  • the spring element is preferably arranged outside of the switching valve chamber in a low-pressure space, which is bounded by the load distribution plate, the sealing piston and the annular portion or the annular packing.
  • the sealing piston is designed to form a pressure stage as a stepped piston.
  • the sealing piston may have a radially outwardly projecting into the switching valve portion with enlarged outer diameter, which serves both to form a compression stage, as well as the formation of a sealing contour.
  • the switching valve chamber experiences a further reduction in volume due to the radially projecting section of the sealing piston.
  • the first sealing contour formed on the closing element and the second sealing contour formed on the sealing piston preferably form a conical-conical seat or a ball-and-cone seat.
  • the radially projecting for forming the sealing contour on the sealing piston portion is therefore preferably shaped conically or partially spherical.
  • the closing element has a guide portion in the form of a radial extension or an attached guide sleeve.
  • the guide portion serves to align the closing element with respect to the housing part, in which the switching valve is received. It thus supports the axial guidance of the closing element via the guide diameter formed on the annular section or on the annular filling body.
  • switching valve 3 comprises a sleeve-shaped closing element 4, which is mounted to a sealing piston 6, which is at least partially received in the sleeve-shaped closing element 4, liftable.
  • a switching valve chamber 5 is formed between the closing element 4 and the sealing piston 6.
  • the closing element 4 has a first sealing contour 7 which cooperates with a second sealing contour 8 formed on the sealing piston 6 as a valve seat.
  • the sealing contour 7 is arranged on the inner circumference side on the closing element 4 and the sealing contour 8 on the outer circumference side on the sealing piston 6.
  • the valve seat can also be designed as a ball-and-cone seat (see Figures 2 and 3 ).
  • a piezoelectric actuator 2 is provided, which is operatively connected via a load distribution plate 9 with the closing element 4 of the switching valve 3.
  • this expands and presses the load distribution plate 9 and the closing element 4 against the spring force of a spring element 15, which is supported on the one hand on the load distribution plate 9 and on the other hand on the sealing piston 6, in the direction of a throttle plate 13.
  • This opens the Switching valve 3.
  • the flowing out of the switching valve chamber 5 fuel passes into a low pressure region 21, which surrounds the switching valve 3 and is connected to a return line 22.
  • the closing of the switching valve 3 is effected after termination of the energization of the piezoelectric actuator 2 by the spring force of the spring element 15, which is arranged outside of the switching valve chamber 5 in a low-pressure chamber 16.
  • the composite comprises closing element 4 and load distribution plate 9 an annular packing 11, which limits the switching valve chamber 5 in the axial direction.
  • the filler body 11 also has a guide diameter 12, in which the sealing piston 6 is received.
  • the sealing piston 6 limits the switching valve chamber 5 in the radial direction.
  • the sealing piston 6 has a radially projecting into the switching valve chamber 5 section, which significantly reduces the volume of the switching valve chamber 5 again.
  • a fuel injector according to the invention proves to be fast switching due to the low switching volume and also optimized in terms of its efficiency.
  • FIG. 2 embodiment shown differs from that of FIG. 1 essentially in that the load distribution plate 9 is pot-shaped, ie comprises an annular portion 10 which serves as a filling body 11 or replaces one. Furthermore, the closure member 4 can be easily connected to the load distribution plate 9 by crimping with the annular portion 10. The trained in the annular portion 10 guide diameter 12 again largely corresponds to the seat diameter of the closing element 4, so that here, the switching valve 3 is largely pressure balanced.
  • sealing piston 6 is supported on the throttle plate 13 via a biting edge 14.
  • the sealing piston 6 is also pressed against the throttle plate 13 via the spring force of the spring element 15.
  • the sealing engagement of the sealing piston 6 on the throttle plate 13 is further ensured by acting on the sealing piston 6, a hydraulic force. Because of the radially projecting into the switching valve chamber 5 portion of the sealing piston 6 is used here not only the formation of a sealing contour and the reduction of the switching valve space volume, but also the formation of a pressure stage 17. By the voltage applied to the pressure stage 17 hydraulic forces of the sealing piston 6 in addition to the Throttle plate 13 pressed.
  • the closing element 4 also has differences to the closing element 4 of the fuel injector according to FIG FIG. 1 on.
  • the sealing contour 7 is executed partially spherical and forms with the sealing contour 8 of the sealing piston 6 a ball-and-cone seat.
  • a guide section 18 in the form of a radial extension 19 is formed on the outer circumference of the closing element 4.
  • the embodiment of the FIG. 3 has a closing element 4 with a guide sleeve 20 as a guide portion 18. Further, the closure member 4 is axially attached to the load distribution plate 9 and welded thereto. For this purpose, the load distribution plate 9 has a reinforced ring-shaped section 10.
  • the guide diameter 12 of an annular portion 10 formed on a load distribution plate 9 or on a closing element 4 or an annular packing 11 connected to the load distribution plate 9 and the closing element 4 may also be selected such that a defined pressure level is formed, for example the closing element 4 in FIG Closing direction acted upon.
  • the spring force of the spring element 15 can then be designed correspondingly lower. It is therefore not absolutely necessary that the switching valve 3 is designed as a pressure-balanced valve.
  • the switching valve can be designed with stroke stop or ballistic.
  • the throttle plate 13 serves as a stroke stop.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Gehäuseteil (1), in welches ein mittels eines Piezoaktors (2) betätigbares Schaltventil (3) mit einem hubbeweglichen Schließelement (4) aufgenommen ist, wobei das Schließelement (4) zur Ausbildung eines Schaltventilraums (5) und zur wenigstens teilweisen Aufnahme eines Dichtkolbens (6) hülsenförmig ausgebildet ist und eine erste Dichtkontur (7) besitzt, die mit einer am Dichtkolben (6) ausgebildeten zweiten Dichtkontur (8) als Ventilsitz zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist das hülsenförmige Schließelement (4) am Piezoaktor (2) über eine Lastverteilungsplatte (9) abgestützt, die mit dem Schließelement (4) einstückig verbunden ist, wobei das Schließelement (4) und/oder die Lastverteilungsplatte (9) einen ringförmigen Abschnitt (10) oder einen ringförmigen Füllkörper (11) zur Verringerung des Volumens des Schaltventilraums (5) und zur Ausbildung eines mit dem Dichtkolben (6) zusammenwirkenden Führungsdurchmessers (12) umfasst bzw. umfassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiger Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuseteil auf, in welches ein mittels eines Piezoaktors betätigbares Schaltventil mit einem hubbeweglichen Schließelement aufgenommen ist. Das Schließelement ist zur Ausbildung eines Schaltventilraums und zur wenigstens teilsweisen Aufnahme eines Dichtkolbens hülsenförmig ausgebildet und besitzt eine erste Dichtkontur, die mit einer am Dichtkolben ausgebildeten zweiten Dichtkontur als Ventilsitz zusammenwirkt.
    • Stand der Technik
  • Ein gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor geht aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 049 831 A1 hervor. Der hierin beschriebene Kraftstoffinjektor weist ein Schaltventil sowie einen mehrteiligen Piezoaktor zur Betätigung des Schaltventils auf. Das Schaltventil umfasst ein hülsenförmig ausgebildetes Ventilelement sowie einen stationären Kolben, der in dem Ventilelement aufgenommen ist. Zwischen dem stationären Kolben und dem Ventilelement ist ein Schaltventilraum ausgebildet, der über einen Ablaufkanal und eine Ablaufdrossel mit einem Steuerraum hydraulisch verbunden ist. Der Ablaufkanal ist durch den stationären Kolben hindurchgeführt und mündet über seitliche Bohrungen in den vom hülsenförmigen Ventilelement umschlossenen Schaltventilraum. Über eine am Ventilelement ausgebildete erste Dichtkontur, welche mit einer am stationären Kolben ausgebildeten zweiten Dichtkontur zusammenwirkt, wird ein den Schaltventilraum verschließender Ventilsitz ausgebildet.
  • Der zur Betätigung des Schaltventils vorgesehen Piezoaktor ist mehrteilig ausgebildet und derart angeordnet, dass dieser bzw. ein den Piezoaktor aufnehmender Trägerkörper das Ventilelement umgibt. Dadurch soll ein in axialer Richtung kompaktbauender Kraftstoffinjektor geschaffen werden. Die Aufnahme des Piezoaktors im Schaltventil erschwert jedoch den elektrischen Anschluss des Piezoaktors, da die Leitungen bis ans Schaltventil heran geführt werden müssen. Die Integration des Piezoaktors erfordert zudem einen sehr langen Ablaufkanal, dessen Volumen das Volumen des Schaltventilraums nicht unerheblich vergrößert. Ein großes Schaltvolumen verhindert jedoch einen schnellen Druckanstieg im Schaltventilraum und damit schnelle Schaltzeiten. Der Wirkungsgrad des bekannten Kraftstoffinjektors ist somit nicht optimal.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kraftstoffinjektor derart weiterzuentwickeln, dass der Wirkungsgrad verbessert wird. Hierzu soll insbesondere ein Kraftstoffinjektor mit reduziertem Schaltvolumen angegeben werden. Ferner soll der Kraftstoffinjektor einfach und kostengünstig herstellbar sein.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß ist das hülsenförmige Schließelement am Piezoaktor über eine Lastverteilungsplatte abgestützt, die mit dem Schließelement einstückig verbunden ist, wobei das Schließelement und/oder die Lastverteilungsplatte zur Verringerung des Volumens des Schaltventilraums einen ringförmigen Abschnitt oder einen ringförmigen Füllkörper umfasst bzw. umfassen, welcher zugleich der Ausbildung eines mit dem Dichtkolben zusammenwirkenden Führungsdurchmessers dient. Der Schaltventilraum wird demnach in radialer Richtung von dem hülsenförmigen Schließelement und dem Dichtkolben und in axialer Richtung vom ringförmigen Abschnitt bzw. vom ringförmigen Füllkörper begrenzt. Der ringförmige Abschnitt bzw. der ringförmige Füllkörper bewirkt dabei eine Minimierung des Volumens des Schaltventilraums.Unterstützend wirkt hierbei ein geringer Innendurchmesser des hülsenförmigen Schließelementes. Ein reduziertes Schaltventilraumvolumen hat im Betrieb des Injektors einen schnellen Druckanstieg im Schaltventilraum nach dem Schließen des Schaltventils und damit ein schnelles Schließen der Nadel des Injektors zur Folge. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kraftstoffinjektors erhöht.
  • Der am ringförmigen Abschnitt oder am ringförmigen Füllkörper ausgebildete Führungsdurchmesser ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass er im Wesentlichen dem Durchmesser des Schließelementes im Bereich des Ventilsitzes, das heißt dem Sitzdurchmesser entspricht. Dadurch ist das Schaltventil in Schließstellung weitgehend druckausgeglichen, da die am Schließelement in axialer Richtung wirksamen hydraulischen Kräfte sich gegenseitig aufheben. Die Ausbildung des Schaltventils als druckausgeglichenes Ventil weist den Vorteil auf, dass der Kraftbedarf sinkt. Es kann somit ein Aktor geringerer Baugröße verwendet und/oder der Energiebedarf des Aktors verringert und/oder die Dynamik des Aktors erhöht werden.
  • Der Führungsdurchmesser und der Durchmesser des mit dem Führungsdurchmesser zusammenwirkenden Dichtkolbens sind vorzugsweise zudem derart aufeinander abgestimmt, dass eine Spaltdichtung ausgebildet wird, welche den Schaltventilraum gegenüber einem Niederdruckraum abdichtet. Im Wege der Leckage über die Spaltdichtung austretender Kraftstoff wird vorzugsweise über den Niederdruckraum einem Rücklauf zugeführt.
  • Zur einstückigen Ausbildung von Schließelement und Lastverteilungsplatte sind diese bevorzugt miteinander verpresst, verstemmt, verschweißt und/oder verschraubt. Gleiches gilt in Bezug auf die Verbindung des Schließelementes bzw. der Lastverteilungsplatte mit einem separaten ringförmigen Füllkörper. Somit ist jeweils eine kraft-, stoff- und/oder formschlüssige Verbindung gewährleistet, die einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
  • Im Unterschied zum eingangs genannten aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektor ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor der Piezoaktor außerhalb des Schaltventils angeordnet. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass die Abmessungen des Schaltventils und damit auch die des Schaltventilraums klein gehalten werden. Zudem erleichtert die vorgeschlagene Anordnung außerhalb des Schaltventils den elektrischen Anschluss des Piezoaktors. Wird der Piezoaktor bestromt, dehnt sich dieser aus und drückt auf die Lastverteilungsplatte. Diese hebt das Schließelement aus dem Venstilsitz, so dass das Schaltventil öffnet. Das Öffnen des Ventils geht mit einem Druckabfall in einem mit dem Schaltventilraum hydraulisch verbundenen Steuerraum einher, der wiederum einen Öffnungshub der Nadel des Injektors ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dichtkolben an einer Drosselplatte abgestützt. Weiterhin bevorzugt ist der Dichtkolben zur dichtenden Anlage an der Drosselplatte mit einer Beißkante ausgestattet. Die separate Ausbildung von Dichtkolben und Drosselplatte erleichtert deren Herstellung. Dies gilt insbesondere für den Dichtkolben, der zur Fortführung des in der Drosselplatte ausgebildeten Ablaufkanals mit wenigstens einer Bohrung ausgestattet ist, die in den Schaltventilraum mündet.
  • Um den Dichtkolben in dichtender Anlage mit der Drosselplatte zu halten, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Dichtkolben von der Druckkraft eines Federelementes beaufschlagt wird, das einerseits am Dichtkolben und andererseits an der Lastverteilungsplatte oder am Schließelement abgestützt ist. Das Federelement kann beispielsweise als Schraubenfeder, als Tellerfeder oder als gewellte Federscheibe ausgebildet sein. Letztere weisen den Vorteil auf, dass sie einen geringen Bauraum erfordern. Dadurch, dass das Federelement ferner an der Lastverteilungsplatte oder am Schließelement abgestützt ist, dient sie zugleich als Ventilschließfeder. Denn die am Schließelement und am Dichtkolben ausgebildeten Dichtkonturen sind vorzgusweise derart gestaltet, dass eine Bewegung des Schließelementes in Richtung des Piezoaktors eine Schließen des Schaltventils bewirkt.
  • Das Federelement ist vorzugsweise außerhalb des Schaltventilraums in einem Niederdruckraum angeordnet, der von der Lastverteilungsplatte, dem Dichtkolben und dem ringförmigen Abschnitt bzw. dem ringförmigen Füllkörper begrenzt wird. Die Abdichtung des Niederdruckraumes gegenüber dem Schaltventilraum erfolgt über den vorzgusweise als Spaltdichtung ausgeführten Führungsdurchmesser am ringförmigen Abschnitt der Lastverteilungsplatte oder des Schaltventils bzw. am ringförmigen Füllkörper. Dadurch, dass die Anordnung des Federelementes außerhalb des Schaltventilraums erfolgt, kann das Volumen des Schaltventilraums weiter verringert werden.
  • Um den Dichtkolben in dichtender Anlage mit der Drosselplatte zu halten, wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Dichtkolben zur Ausbildung einer Druckstufe als Stufenkolben ausgeführt ist. Beispielsweise kann der Dichtkolben einen in den Schaltventilraum radial vorspringenden Abschnitt mit vergrößertem Außendurchmesser aufweisen, der sowohl der Ausbildung einer Druckstufe, als auch der Ausbildung einer Dichtkontur dient. Zudem erfährt der Schaltventilraum durch den radial vorspringenden Abschnitt des Dichtkolbens eine weitere Volumenverkleinerung.
  • Bevorzugt bilden die am Schließelement ausgebildete erste Dichtkontur und die am Dichtkolben ausgebildete zweite Dichtkontur einen Kegel-Kegel-Sitz oder einen Kugel-Kegel-Sitz aus. Der zur Ausbildung der Dichtkontur am Dichtkolben radial vorspringende Abschnitt ist demnach bevorzugt konisch oder teilkugelförmig geformt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Schließelement einen Führungsabschnitt in Form einer radialen Erweiterung oder einer aufgesetzten Führungshülse. Der Führungsabschnitt dient der Ausrichtung des Schließelementes gegenüber dem Gehäuseteil, in dem das Schaltventil aufgenommen ist. Es unterstützt somit die axiale Führung des Schließelementes über den am ringförmigen Abschnitt bzw. am ringförmigen Füllkörper ausgebildeten Führungsdurchmesser.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • Figur 1
    einen Teillängsschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor,
    Figur 2
    einen Teillängsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor und
    Figur 3
    einen Teillängsschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, jeweils im Bereich des Schaltventils.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors umfasst das in einem Gehäuseteil 1 angeordnete Schaltventil 3 ein hülsenförmiges Schließelement 4, welches gegenüber einem Dichtkolben 6, der zumindest teilweise in dem hülsenförmigen Schließelement 4 aufgenommen ist, hubbeweglich gelagert ist. Dabei wird zwischen dem Schließelement 4 und dem Dichtkolben 6 ein Schaltventilraum 5 ausgebildet.
  • Das Schließelement 4 weist eine erste Dichtkontur 7 auf, die mit einer am Dichtkolben 6 ausgebildeten zweiten Dichtkontur 8 als Ventilsitz zusammenwirkt. Dabei ist die Dichtkontur 7 innenumfangseitig am Schließelement 4 und die Dichtkontur 8 außenumfangseitig am Dichtkolben 6 angeordnet. Alternativ zur Ausbildung als Kegel-Kegel-Sitz der Figur 1 kann der Ventilsitz auch als Kugel-Kegel-Sitz ausgebildet sein (siehe Figuren 2 und 3).
  • Zur Betätigung des Schaltventils 3 ist ein Piezoaktor 2 vorgesehen, der über eine Lastverteilungsplatte 9 mit dem Schließelement 4 des Schaltventils 3 wirkverbunden ist. Bei einer Bestromung des Piezoaktors 2 dehnt sich dieser aus und drückt die Lastverteilungsplatte 9 und das Schließelement 4 entgegen der Federkraft eines Federelementes 15, das einerseits an der Lastverteilungsplatte 9 und andererseits an dem Dichtkolben 6 abgestützt ist, in Richtung einer Drosselplatte 13. Dabei öffnet das Schaltventil 3. Der aus dem Schaltventilraum 5 abströmende Kraftstoff gelangt in einen Niederdruckbereich 21, der das Schaltventil 3 umgibt und an einen Rücklauf 22 angeschlossen ist. Über eine im Dichtkolben 6 ausgebildete Bohrung 23, welche einen in der Drosselplatte 13 ausgebildeten Ablauf-Kanal 24 mit dem Schaltventilraum 5 verbindet, kann Kraftstoff aus einem Steuerraum (nicht dargestellt) nachströmen, was eine Entlastung des Steuerraums und damit das Öffnen der Injektornadel (nicht dargestellt) zur Folge hat.
  • Das Schließen des Schaltventils 3 wird nach Beenden der Bestromung des Piezoaktors 2 durch die Federkraft des Federelementes 15 bewirkt, das außerhalb des Schaltventilraums 5 in einem Niederdruckraum 16 angeordnet ist.
  • Die Anordnung des Federelementes 15 außerhalb des Schaltventilraums 5 begünstigt die Ausbildung eines kleinen Schaltventilraumvolumens. Zur weiteren Reduzierung des Schaltventilraumvolumens umfasst der Verbund aus Schließelement 4 und Lastverteilungsplatte 9 einen ringförmigen Füllkörper 11, der den Schaltventilraum 5 in axialer Richtung begrenzt. Der Füllkörper 11 weist zudem einen Führungsdurchmesser 12 auf, in welchem der Dichtkolben 6 aufgenommen ist. Der Dichtkolben 6 begrenzt den Schaltventilraum 5 in radialer Richtung. Darüber hinaus besitzt der Dichtkolben 6 einen radial in den Schaltventilraum 5 vorspringenden Abschnitt, der das Volumen des Schaltventilraums 5 nochmals deutlich reduziert. Das auf ein Minimum reduzierte Schaltventilraumvolumen führt nach dem Schließen des Schaltventils 3 zu einem schnellen Druckanstieg im Schaltventilraum 5 und damit ferner zu einem schnellen Druckanstieg im Steuerraum, der wiederum ein schnelles Schließen der Nadel des Injektors bewirkt. Somit erweist sich ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor aufgrund des geringen Schaltvolumens als schnell schaltend und zudem hinsichtlich seines Wirkungsgrades optimiert.
  • Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der der Figur 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Lastverteilungsplatte 9 topfförmig ausgebildet ist, d.h. einen ringförmigen Abschnitt 10 umfasst, der als Füllkörper 11 dient bzw. einen solchen ersetzt. Des Weiteren kann das Schließelement 4 durch Verpressen mit dem ringförmigen Abschnitt 10 in einfacher Weise mit der Lastverteilungsplatte 9 verbunden werden. Der im ringförmigen Abschnitt 10 ausgebildete Führungsdurchmesser 12 entspricht wiederum weitgehend dem Sitzdurchmesser des Schließelementes 4, so dass auch hier das Schaltventil 3 weitegehend druckausgeglichen ist.
  • Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Dichtkolben 6 über eine Beißkante 14 an der Drosselplatte 13 abgestützt ist. Der Dichtkolben 6 wird zudem über die Federkraft des Federelementes 15 gegen die Drosselplatte 13 gedrückt. Die dichtende Anlage des Dichtkolbens 6 an der Drosselplatte 13 wird ferner dadurch gewährleistet, dass auf den Dichtkolben 6 eine hydraulische Kraft wirkt. Denn der radial in den Schaltventilraum 5 vorspringende Abschnitt des Dichtkolbens 6 dient vorliegend nicht nur der Ausbildung einer Dichtkontur und der Verkleinerung des Schaltventilraumvolumens, sondern ferner der Ausbildung einer Druckstufe 17. Durch die an der Druckstufe 17 anliegenden hydraulischen Kräfte wird der Dichtkolben 6 zusätzlich an die Drosselplatte 13 gedrückt.
  • Des Weiteren weist auch das Schließelement 4 Unterschiede zu dem Schließelement 4 des Kraftstoffinjektors gemäß der Figur 1 auf. Zum Einen ist die Dichtkontur 7 teilkugelförmig ausgeführt und bildet mit der Dichtkontur 8 des Dichtkolbens 6 einen Kugel-Kegel-Sitz aus. Zum Anderen ist außenumfangseitig am Schließelement 4 ein Führungsabschnitt 18 in Form einer radialen Erweiterung 19 ausgebildet.
  • Die Ausführungsform der Figur 3 weist demgegenüber ein Schließelement 4 mit einer Führungshülse 20 als Führungsabschnitt 18 auf. Ferner ist das Schließelement 4 axial an die Lastverteilungsplatte 9 angesetzt und mit dieser verschweißt. Die Lastverteilungsplatte 9 weist hierzu einen verstärkten ringfömigen Abschnitt 10 auf.
  • Alternativ zu den dargestellten Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 kann der Führungsdurchmesser 12 eines an einer Lastverteilungsplatte 9 oder an einem Schließelement 4 ausgebildeten ringförmigen Abschnitts 10 oder einem mit der Lastverteilungsplatte 9 und dem Schließelement 4 verbundenen ringförmigen Füllkörpers 11 auch derart gewählt sein, dass eine definierte Druckstufe ausgebildet wird, die beispielsweise das Schließelement 4 in Schließrichtung beaufschlagt. Die Federkraft des Federelementes 15 kann dann entsprechend geringer ausgelegt werden. Es ist demnach nicht zwingend erforderlich, dass das Schaltventil 3 als druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist.
  • Ferner kann das Schaltventil mit Hubanschlag oder ballistisch ausgeführt sein. Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 dient beispielsweise die Drosselplatte 13 als Hubanschlag.

Claims (7)

  1. Kraftstoffinjektor mit einem Gehäuseteil (1), in welches ein mittels eines Piezoaktors (2) betätigbares Schaltventil (3) mit einem hubbeweglichen Schließelement (4) aufgenommen ist, wobei das Schließelement (4) zur Ausbildung eines Schaltventilraums (5) und zur wenigstens teilweisen Aufnahme eines Dichtkolbens (6) hülsenförmig ausgebildet ist und eine erste Dichtkontur (7) besitzt, die mit einer am Dichtkolben (6) ausgebildeten zweiten Dichtkontur (8) als Ventilsitz zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Schließelement (4) am Piezoaktor (2) über eine Lastverteilungsplatte (9) abgestützt ist, die mit dem Schließelement (4) einstückig verbunden ist, wobei das Schließelement (4) und/oder die Lastverteilungsplatte (9) einen ringförmigen Abschnitt (10) oder einen ringförmigen Füllkörper (11) zur Verringerung des Volumens des Schaltventilraums (5) und zur Ausbildung eines mit dem Dichtkolben (6) zusammenwirkenden Führungsdurchmessers (12) umfasst bzw. umfassen.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (6) an einer Drosselplatte (13) abgestützt ist, wobei der Dichtkolben (6) zur dichtenden Anlage an der Drosselplatte (13) vorzugsweise mit einer Beißkante (14) ausgestattet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    daduch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (6) von der Druckkraft eines Federelementes (15) beaufschlagt wird, das einerseits am Dichtkolben (6) und andererseits an der Lastverteilungsplatte (9) oder dem Schließelement (4) abgestützt ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) außerhalb des Schaltventilraums (5) in einem Niederdruckraum (16) angeordnet ist, der von der Lastverteilungsplatte (9), dem Dichtkolben (6) und dem ringförmigen Abschnitt (10) bzw. dem ringförmigen Füllkörper (11) begrenzt wird.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (6) zur Ausbildung einer Druckstufe (17) als Stufenkolben ausgebildet ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die am Schließelement (4) ausgebildete erste Dichtkontur (7) und die am Dichtkolben (6) ausgebildete zweite Dichtkontur (8) einen Kegel-Kegel-Sitz oder Kugel-Kegel-Sitz ausbilden.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (4) einen Führungsabschnitt (18) in Form einer radialen Erweiterung (19) oder einer aufgesetzten Führungshülse (20) besitzt.
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