EP2918820A1 - Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor - Google Patents

Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor Download PDF

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EP2918820A1
EP2918820A1 EP15153458.3A EP15153458A EP2918820A1 EP 2918820 A1 EP2918820 A1 EP 2918820A1 EP 15153458 A EP15153458 A EP 15153458A EP 2918820 A1 EP2918820 A1 EP 2918820A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injector
sensor
fuel
injector housing
bore
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Withdrawn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
EP15153458.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Avraam Meintanis
Torsten Leukert
Bernd Berghaenel
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 EP2918820A1 publication Critical patent/EP2918820A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/001—Measuring fuel delivery of a fuel injector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8076—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving threaded members

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to the use of a fuel injector according to the invention.
  • a fuel injector according to the preamble of claim 1 is known from EP 1 042 603 B1 known.
  • the known fuel injector has, within its injector housing, a sensor which is arranged in the region of a drainage bore between a control chamber of the fuel injector and a low-pressure region.
  • the sensor surrounds the drain hole on a sleeve-shaped portion of a component in which the drain hole is formed.
  • In the control chamber of the fuel injector protrudes into an end portion of a nozzle needle designed as an injection member.
  • the movement of the injection member is controlled in a known manner in order to release injection openings formed for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine in the injector housing.
  • the pressure in the control chamber is effected via the outflow of fuel from said control chamber into the low-pressure region via the drainage hole, the drainage bore being closed by means of a closing member in the low-pressure region of the injector housing, which in turn can be actuated by an actuator, for example a solenoid actuator or a piezoactuator can.
  • an actuator for example a solenoid actuator or a piezoactuator can.
  • In the lowered position of the injection member prevails in the control chamber and thus also in the drain hole a relatively high (hydraulic) pressure.
  • fuel from the control chamber flows into the low pressure region, whereby the hydraulic pressure in the drain hole is reduced.
  • the known sensor is designed to detect the pressure or pressure fluctuations in the drain hole, caused by the opening of the closing member from the control chamber, from which the position of the injection member (nozzle needle) can be closed.
  • the sensor is arranged in the high pressure region of the injector and thus must be structurally designed relatively expensive.
  • the available space for such a sensor in the injector is limited, so that special design solutions that are particularly critical in view of the strength of the injector, must be selected.
  • the invention has the object, a fuel injector, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1 such that a simplified compared to the prior art construction is made possible, in particular within the Injector housing no or at least only insignificant structural changes caused by the sensor, with the otherwise occurring disadvantages required.
  • This object is achieved in a fuel injector with the features of claim 1, characterized in that the bore, in which the pressure changes of the fuel are detected, the inlet bore through which the high-pressure chamber of the injector is supplied with fuel, and in that the sensor Outside surface of the injector is arranged. In other words, this means that in departure from the known prior art, the sensor is no longer located within the injector, but outside it.
  • Such an arrangement makes it possible on the one hand to use a particularly robust or particularly high-strength construction and arrangement of the components within the injector housing and, moreover, to use a pressure sensor which is relatively simple or robust, since it is no longer subject to pressure under high pressure (for example Pressure of 2000 bar or more) fuel is applied.
  • the senor has a prestressed piezoelectric element, which between the Outside surface of the injector and a the injector in the region of the piezoelectric element at least partially surrounding clamping device is arranged.
  • a prestressed piezoelectric element which between the Outside surface of the injector and a the injector in the region of the piezoelectric element at least partially surrounding clamping device is arranged.
  • this is at least substantially formed as a rigid component and preferably has two, semi-annular shaped, interconnectable elements.
  • Such a tensioning device can be constructed particularly simply in terms of design if it surrounds the injector housing in the area of the sensor in an annular manner. As a result, in particular a relatively simple attachment of the clamping device on the injector housing is made possible, wherein the clamping device simultaneously forms a relatively rigid component.
  • clamping device in which this clamping means for adjusting a force acting on the sensor biasing force. This makes it possible in particular to achieve a particularly simple adaptation of the sensor to different fuel injectors.
  • the outer surface of the injector housing is formed in the region of the sensor with a flat contact surface in the form of a flattening by material removal on the injector housing for the sensor.
  • the flattening reduces the distance between the sensor and the fuel-carrying bore so that, beyond the design and geometry of the contact surface, an influencing of the occurring stresses, which are detected by the sensor is enabled. This can increase the sensitivity of the sensor.
  • the remaining between the fuel-carrying bore and the sensor material of the injector can thus act in the manner of an elastically flexible membrane.
  • the sensor in a combustion chamber of the injector remote area is arranged.
  • the inlet bore is arranged obliquely with respect to a longitudinal axis of the injector housing, it is also advantageous if the sensor is arranged in an axial region of the injector housing in which the inlet bore has at least substantially a minimum distance to the outside of the injector housing. This also generates a larger voltage difference at the sensor at a pressure change and thus a higher sensitivity of the sensor.
  • a particularly high sensitivity of the sensor or the use of a relatively robust sensor is further achieved in that the sensor is arranged in relation to a longitudinal axis of the injector in an angular position of the injector in which the inlet bore at least substantially a minimum distance to the outside of Injector has.
  • Such a design is particularly preferred with regard to an inlet bore formed obliquely in the injector housing with respect to a longitudinal axis of the injector housing.
  • a fuel injector according to the invention in self-igniting internal combustion engines, in which the system pressure is more than 2000bar. This is due to the fact that, with a tendency to higher system pressure, there is also a tendency for a higher pressure drop in the inlet bore during the nozzle needle movement, which favors the evaluation of the sensor signal.
  • an inventive fuel injector 10 is shown, as it serves as part of a so-called common-rail injection system for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown.
  • the common rail injection system has a system pressure of more than 2000 bar.
  • the fuel injector 10 comprises an injector housing 11, which essentially consists of three components adjoining in the axial direction in the illustrated embodiment: on the side facing the combustion chamber of the internal combustion engine, the injector housing 11 has a nozzle body 12, to which an intermediate plate 13, and to these in turn on the side facing away from the nozzle body 12, a holding body 14 connects.
  • the mentioned components of the injector 11 are in particular using a in the Fig. 1 Not shown nozzle retaining nut, as known from the prior art, axially clamped together sealingly.
  • the nozzle body 12 is at least one, but preferably a plurality of injection openings 15 for injecting the high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is formed.
  • the nozzle body 12 forms in a blind hole-shaped recess 16 a high-pressure chamber 17, which is hydraulically connected via an inflow channel 18 to a seat 19 of the recess 16.
  • Within the recess 16 is arranged in the direction of the double arrow 21 liftably arranged injection member in the form of a nozzle needle 25.
  • the injection openings 15 are released in a raised position of the nozzle needle 25 for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the nozzle needle 25 is radially guided in the high-pressure chamber 17 within a holding body 27, wherein between the holding body 27 and a collar 28 of the nozzle needle 25 is designed as a closing spring compression spring 29 is arranged, the force is applied to the nozzle needle 25 in the direction of its closed position.
  • a low pressure region 31 of the injector 11 is formed in the holding body 14.
  • a coupler piston 35 is arranged in a recess 34, which forms on the nozzle needle 25 side facing a blind hole-shaped receptacle 36 for a cylindrically shaped upper end portion 37 of the nozzle needle 25.
  • the receptacle 36 serves to radially guide the end portion 37, wherein a different volume is formed depending on the position of the end portion 37 within a compensation chamber 39 in the receptacle 36.
  • the compensation chamber 39 is connected to the low-pressure region 31 in a pressure-relieving manner via a connecting bore 40.
  • the coupler piston 35 is encompassed radially by a coupler sleeve 42, which is supported axially on the intermediate plate 13 via a biting edge 43.
  • the coupler sleeve 42 is acted upon by means of a further compression spring 44, which is supported on the underside of a piezoelectric actuator 50, axially against the intermediate plate 13.
  • a coupler space 45 is formed between the intermediate plate 13 facing side of the coupler piston 35, the intermediate plate 13 and the coupler sleeve 42.
  • the piezoelectric actuator 50 is connected via connecting lines 51, 52 electrically connected to a voltage source, not shown.
  • the pressure of the fuel prevailing in the inlet bore 57 is detected by means of a sensor 60.
  • the sensor 60 is formed in the illustrated embodiment as a biased piezoelectric element 61 which rests in the region of a flattening 62 of the holding body 14 of the injector 11 to an outer surface 63.
  • the flattening 62 reduces the wall thickness of the injector housing 11 or the distance between the inlet bore 57 and the sensor 60, so that a type of elastically flexible membrane is formed in the region of the flattening 62.
  • the sensor 60 is located in an upper region 64 of the fuel injector 10 facing away from the injection openings 15.
  • a rigid clamping device 65 which is designed in the form of a clamping ring 66.
  • the clamping ring 66 consists of two shell-shaped elements 67, 68 which are connected by means of two connecting screws 69, 70. About the connecting screws 69, 70, the bias of the clamping ring 66 can be adjusted to the piezoelectric element 61.
  • the arrangement of the sensor 60 and the piezoelectric element 61 is also in such a radial angular position (relative to the longitudinal axis 56) of the Injector 11, that the piezoelectric element 61 has the smallest possible distance from the inlet bore 57.
  • the arrangement of the piezoelectric element 61 in such an axial region of the injector housing 11, that as a result of the oblique arrangement of the inlet bore 57 with respect to the longitudinal axis 56, the smallest possible distance between the inlet bore 57 and the piezoelectric element 61 sets.
  • the control device has an evaluation algorithm which, on the basis of the voltage signal of the piezoelement 61, at least indirectly determines a pressure or a pressure profile in the inlet bore 57 and from this concludes a corresponding position of the nozzle needle 25.
  • These relationships are based on the Fig. 3 recognizable.
  • the stroke H of the nozzle needle 25 over the time t during the opening and the time subsequent closing of the nozzle needle 25 recognizable.
  • the temporal pressure curve of the hydraulic pressure P in the inlet bore 57 can be seen.
  • the hydraulic pressure P drops at the time t 1 at the beginning of the opening of the nozzle needle 25.
  • the nozzle needle 25 begins to close again, whereupon a first slowly increasing pressure P prevails in the inlet bore 57, which increases greatly at the time t 3 after the end of the closing of the nozzle needle 25.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (17) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) ausgebildete Zulaufbohrung (57) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (17) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (15) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (15) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (25), und mit einem Sensor (60) zur Erfassung eines Drucks in einer den Kraftstoff im Injektorgehäuse (11) führenden Bohrung, wobei der Sensor (60) an einem die die Bohrung begrenzenden Bauteil in Anlagekontakt mit dem Bauteil angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Bohrung die Zulaufbohrung (57) ist, und dass der Sensor (60) an einer Außenfläche (63) des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
  • Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 1 042 603 B1 bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist innerhalb seines Injektorgehäuses einen Sensor auf, der im Bereich einer Ablaufbohrung zwischen einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors und einem Niederdruckbereich angeordnet ist. Insbesondere umgibt der Sensor die Ablaufbohrung an einem hülsenförmigen Abschnitt eines Bauteils, in dem die Ablaufbohrung ausgebildet ist. In den Steuerraum des Kraftstoffinjektors ragt ein Endabschnitt eines als Düsennadel ausgebildeten Einspritzglieds hinein. Über eine Beeinflussung des Drucks in dem Steuerraum wird in bekannter Art und Weise die Bewegung des Einspritzglieds gesteuert, um zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine im Injektorgehäuse ausgebildete Einspritzöffnungen freizugeben. Der Druck im Steuerraum wird über den Abfluss von Kraftstoff aus dem besagten Steuerraum in den Niederdruckbereich über die Ablaufbohrung bewirkt, wobei die Ablaufbohrung mittels eines Schließglieds im Niederdruckbereich des Injektorgehäuses, welches wiederum mit einem Aktuator, beispielsweise einem Magnetaktuator oder einem Piezoaktuator betätigbar ist, verschlossen werden kann. In der abgesenkten Position des Einspritzglieds herrscht in dem Steuerraum und somit auch in der Ablaufbohrung ein relativ hoher (hydraulischer) Druck. Beim Entlasten des Steuerraums fließt hingegen Kraftstoff aus dem Steuerraum in den Niederdruckbereich ab, wobei sich der hydraulische Druck in der Ablaufbohrung reduziert. Der bekannte Sensor ist dazu ausgebildet, den Druck bzw. Druckschwankungen in der Ablaufbohrung, verursacht durch das Öffnen des Schließglieds aus dem Steuerraum, zu erfassen, woraus auf die Stellung des Einspritzglieds (Düsennadel) geschlossen werden kann. Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist es, dass der Sensor im Hochdruckbereich des Injektorgehäuses angeordnet ist und somit konstruktiv relativ aufwendig gestaltet sein muss. Darüber hinaus ist der zur Verfügung stehende Bauraum für einen derartigen Sensor im Injektorgehäuse eingeschränkt, so dass spezielle konstruktive Lösungen, die insbesondere auch mit Blick auf die Festigkeit des Injektorgehäuses kritisch sind, gewählt werden müssen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine gegenüber dem Stand der Technik vereinfachte Konstruktion ermöglicht wird, die insbesondere innerhalb des Injektorgehäuses keine oder zumindest nur unwesentliche konstruktive Änderungen, verursacht durch den Sensor, mit den ansonsten auftretenden Nachteilen erforderlich machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Bohrung, in der die Druckänderungen des Kraftstoffs erfasst werden, die Zulaufbohrung ist, über die der Hochdruckraum des Injektorgehäuses mit Kraftstoff versorgt wird, und dass der Sensor an einer Außenfläche des Injektorgehäuses angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass in Abkehr vom bekannten Stand der Technik der Sensor nicht mehr innerhalb des Injektorgehäuses, sondern außerhalb desselben angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht zum einen eine besonders robuste bzw. eine besonders hohe Festigkeit aufweisende Ausbildung und Anordnung der Bauteile innerhalb des Injektorgehäuses und darüber hinaus einen relativ einfach bzw. robust ausgebildeten Drucksensor zu verwenden, da dieser nicht mehr von dem unter hohem Druck (beispielsweise einem Druck von 2000bar oder mehr) stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des Sensors ist es vorgesehen, dass der Sensor ein vorgespanntes Piezoelement aufweist, das zwischen der Außenfläche des Injektorgehäuses und einer das Injektorgehäuse im Bereich des Piezoelements zumindest bereichsweise umgebenden Spanneinrichtung angeordnet ist. Eine derartige Anordnung des Sensors ermöglicht in besonders einfacher Art und Weise die Erfassung einer Druckschwankung in der kraftstoffführenden Bohrung.
  • Um eine besonders hohe Empfindlichkeit des Sensors zu ermöglichen, ist es an einer Weiterbildung der Spanneinrichtung vorgesehen, dass diese zumindest im Wesentlichen als starres Bauteil ausgebildet ist und vorzugsweise zwei, halbringförmig ausgebildete, miteinander verbindbare Elemente aufweist.
  • Konstruktiv besonders einfach lässt sich eine derartige Spanneinrichtung ausbilden, wenn diese das Injektorgehäuse im Bereich des Sensors ringförmig umgibt. Dadurch wird insbesondere eine relativ einfache Befestigung der Spanneinrichtung am Injektorgehäuse ermöglicht, wobei die Spanneinrichtung gleichzeitig ein relativ starres Bauteil ausbildet.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Spanneinrichtung, bei der diese Spannmittel zur Einstellung einer auf den Sensor wirkenden Vorspannkraft aufweist. Dadurch lässt sich insbesondere eine besonders einfache Anpassung des Sensors an unterschiedliche Kraftstoffinjektoren erzielen.
  • Von besonderem Vorteil ist es darüber hinaus, wenn die Außenfläche des Injektorgehäuses im Bereich des Sensors mit einer ebenen Anlagefläche in Form einer Abflachung durch Materialabtrag an dem Injektorgehäuse für den Sensor ausgebildet ist. Damit wird zum einen eine besonders gute Übertragung von Bauteilespannungen auf den Sensor ermöglicht, und zum anderen wird durch die Abflachung der Abstand zwischen dem Sensor und der kraftstoffführenden Bohrung verringert, so dass über die Ausbildung und Geometrie der Anlagefläche darüber hinaus eine Beeinflussung der auftretenden Spannungen, die vom Sensor erfasst werden, ermöglicht wird. Dadurch kann die Empfindlichkeit des Sensors erhöht werden. Das zwischen der kraftstoffführenden Bohrung und dem Sensor verbleibende Material des Injektorgehäuses kann somit in Art einer elastisch flexiblen Membran wirken. Um einerseits den Sensor thermisch möglichst wenig zu belasten, und andererseits hinsichtlich der Einbausituation des Kraftstoffinjektors in der Brennkraftmaschine den Kraftstoffinjektor möglichst ohne bauliche Veränderungen an der Brennkraftmaschine einzubauen, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Sensor in einem dem Brennraum des Injektorgehäuses abgewandten Bereich angeordnet ist.
  • Wenn die Zulaufbohrung in Bezug zu einer Längsachse des Injektorgehäuses schräg angeordnet ist, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Sensor in einem axialen Bereich des Injektorgehäuses angeordnet ist, in dem die Zulaufbohrung zumindest im Wesentlichen einen minimalen Abstand zur Außenseite des Injektorgehäuses aufweist. Auch dadurch wird eine größere Spannungsdifferenz an dem Sensor bei einer Druckänderung und somit eine höhere Empfindlichkeit des Sensors erzeugt.
  • Eine besonders hohe Empfindlichkeit des Sensors bzw. die Verwendung eines relativ robusten Sensors wird weiterhin dadurch erreicht, dass der Sensor in Bezug zu einer Längsachse des Injektorgehäuses in einer Winkellage des Injektorgehäuses angeordnet ist, in der die Zulaufbohrung zumindest im Wesentlichen einen minimalen Abstand zur Außenseite des Injektorgehäuses aufweist. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere mit Blick auf eine in Bezug auf eine Längsachse des Injektorgehäuses schräg in dem Injektorgehäuse ausgebildete Zulaufbohrung bevorzugt.
  • Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Systemdruck mehr als 2000bar beträgt. Dies rührt daher, dass bei tendenziell höherem Systemdruck auch ein tendenziell höherer Druckabfall in der Zulaufbohrung bei der Düsennadelbewegung stattfindet, was die Auswertung des Sensorsignals begünstigt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor mit einem Sensor zur Erfassung von Druckschwankungen in einer unter Hochdruck stehenden Versorgungsleitung,
    Fig. 2
    einen Schnitt in der Ebene II-II der Fig. 1 und
    Fig. 3
    Diagramme des Verlaufs über der Zeit bezüglich des Hubs eines Einspritzventilglieds sowie des Drucks in einer Versorgungsleitung während des Öffnens bzw. Schließens des Einspritzventilglieds.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 dargestellt, wie er als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine dient. Insbesondere weist das Common-Rail-Einspritzsystem hierbei ein Systemdruck von mehr als 2000bar auf.
  • Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst ein Injektorgehäuse 11, das im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus drei, in Axialrichtung aneinander anschließenden Bauteilen besteht: Auf der dem nicht gezeigten Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite weist das Injektorgehäuse 11 einen Düsenkörper 12 auf, an den sich eine Zwischenplatte 13, und an diese wiederum auf der dem Düsenkörper 12 abgewandten Seite ein Haltekörper 14 anschließt. Die erwähnten Bauteile des Injektorgehäuses 11 sind insbesondere unter Verwendung einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Düsenspannmutter, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, axial miteinander dichtend verspannt.
  • In dem Düsenkörper 12 ist wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Einspritzöffnungen 15 zum Einspritzen des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausgebildet. Der Düsenkörper 12 bildet in einer sacklochförmigen Ausnehmung 16 einen Hochdruckraum 17 aus, der über einen Zuströmkanal 18 hydraulisch mit einem Sitzraum 19 der Ausnehmung 16 verbunden ist. Innerhalb der Ausnehmung 16 ist ein in Richtung des Doppelpfeils 21 hubbeweglich angeordnetes Einspritzglied in Form einer Düsennadel 25 angeordnet. In der in der Fig.1 dargestellten abgesenkten Stellung der Düsennadel 25 verschließt diese die Einspritzöffnungen 15. Demgegenüber werden die Einspritzöffnungen 15 in einer angehobenen Position der Düsennadel 25 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigegeben.
  • Die Düsennadel 25 ist im Hochdruckraum 17 innerhalb eines Haltekörpers 27 radial geführt, wobei zwischen dem Haltekörper 27 und einem Bund 28 der Düsennadel 25 eine als Schließfeder ausgebildete Druckfeder 29 angeordnet ist, die die Düsennadel 25 in Richtung ihrer Schließstellung kraftbeaufschlagt.
  • Auf der dem Hochdruckraum 17 abgewandten Seite der Zwischenplatte 13 ist in dem Haltekörper 14 ein Niederdruckbereich 31 des Injektorgehäuses 11 ausgebildet. In dem Haltekörper 14 ist in einer Ausnehmung 34 ein Kopplerkolben 35 angeordnet, der auf der der Düsennadel 25 zugewandten Seite eine sacklochförmige Aufnahme 36 für einen zylindrisch ausgebildeten oberen Endabschnitt 37 der Düsennadel 25 ausbildet. Die Aufnahme 36 dient der radialen Führung des Endabschnitts 37, wobei in Abhängigkeit der Stellung des Endabschnitts 37 innerhalb eines Ausgleichsraums 39 in der Aufnahme 36 ein unterschiedliches Volumen ausgebildet ist. Der Ausgleichsraum 39 ist über eine Verbindungsbohrung 40 mit dem Niederdruckbereich 31 druckentlastbar verbunden.
  • Der Kopplerkolben 35 ist radial von einer Kopplerhülse 42 umfasst, die sich über eine Beisskante 43 axial an der Zwischenplatte 13 abstützt. Die Kopplerhülse 42 ist mittels einer weiteren Druckfeder 44, die sich an der Unterseite eines Piezoaktors 50 abstützt, axial gegen die Zwischenplatte 13 kraftbeaufschlagt. Zwischen der der Zwischenplatte 13 zugewandten Seite des Kopplerkolbens 35, der Zwischenplatte 13 und der Kopplerhülse 42 ist ein Kopplerraum 45 ausgebildet. Der Piezoaktor 50 ist über Anschlussleitungen 51, 52 elektrisch mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. Bei einer Bestromung des Piezoaktors 50 verändert sich dessen axiale Länge derart, dass der mit dem Piezoaktor 50 verbundene Kopplerkolben 35 in Richtung der Zwischenplatte 13 bewegt wird, wodurch Kraftstoff aus dem Ausgleichsraum 39 verdrängt wird, welcher über die Verbindungsbohrung 40 in den Niederdruckbereich 31 abströmt. Vom Niederdruckbereich 31 strömt der Kraftstoff über eine Rücklaufleitung 54 beispielsweise in einen Kraftstofftank 55 zurück. Durch die Bewegung des Kopplerkolbens 35 in Richtung der Zwischenplatte 13 kommt es zu einer Kompression des in dem Kopplerraum 45 befindlichen Kraftstoffs, wobei über die Differenzfläche zwischen einem Führungsbereich 46 der Düsennadel 25 im Bereich des Haltekörpers 27 und einem Bereich 47 der Düsennadel 25 im Hochdruckraum 17 eine in Öffnungsrichtung der Düsennadel 25 gerichtete hydraulische Druckkraft erzeugt wird, die ein Abheben der Düsennadel 25 aus ihrer gezeigten Schließstellung bewirkt. Dadurch wird Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
  • Die Versorgung des Hochdruckraums 17 mit Kraftstoff erfolgt über eine innerhalb der Zwischenplatte 13 und des Haltekörpers 14 in Bezug zu einer Längsachse 56 des Injektorgehäuses 11 schräg angeordnete Zulaufbohrung 57, die mit einer Kraftstoffquelle 58 (Rail) mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt ist. Erfindungsgemäß wird der in der Zulaufbohrung 57 herrschende Druck des Kraftstoffs mittels eines Sensors 60 erfasst.
  • Der Sensor 60 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als vorgespanntes Piezoelement 61 ausgebildet, das im Bereich einer Abflachung 62 des Haltekörpers 14 des Injektorgehäuses 11 an einer Außenfläche 63 anliegt. Durch die Abflachung 62 wird die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 bzw. der Abstand zwischen der Zulaufbohrung 57 und dem Sensor 60 verkleinert, so dass eine Art elastisch flexible Membran im Bereich der Abflachung 62 ausgebildet wird. Insbesondere befindet sich der Sensor 60 in einem den Einspritzöffnungen 15 abgewandten, oberen Bereich 64 des Kraftstoffinjektors 10.
  • Zur Ausbildung der Vorspannung des Piezoelements 61 wirkt dieses mit einer starren Spanneinrichtung 65 zusammen, die in Form eines Spannrings 66 ausgebildet ist. Der Spannring 66 besteht aus zwei schalenförmig ausgebildeten Elementen 67, 68, die mittels zweier Verbindungsschrauben 69, 70 verbunden sind. Über die Verbindungsschrauben 69, 70 lässt sich die Vorspannung des Spannrings 66 auf das Piezoelement 61 einstellen.
  • Die Anordnung des Sensors 60 bzw. des Piezoelements 61 ist darüber hinaus in einer derartigen radialen Winkellage (bezogen auf die Längsachse 56) des Injektorgehäuses 11, dass das Piezoelement 61 einen möglichst geringen Abstand zur Zulaufbohrung 57 aufweist. Ebenso ist die Anordnung des Piezoelements 61 in einem derartigen axialen Bereich des Injektorgehäuses 11, dass infolge der schrägen Anordnung der Zulaufbohrung 57 in Bezug auf die Längsachse 56 sich ein möglichst geringer Abstand zwischen der Zulaufbohrung 57 und dem Piezoelement 61 einstellt.
  • Bei einem Freigeben der Einspritzöffnungen 15 bzw. bei einem Abheben der Düsennadel 25 aus der in der Fig. 1 dargestellten Schließstellung strömt Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 17 über die Zuströmbohrung 18 und die Einspritzöffnungen 15 aus dem Injektorgehäuse 11 ab. Der damit einhergehende Druckabfall des Kraftstoffs in dem Hochdruckraum 17 bewirkt einen Druckabfall in der Zulaufbohrung 57. Der reduzierte (hydraulische) Druck in der Zulaufbohrung 57 bewirkt eine Verringerung der Bauteilespannung in der Außenfläche 63 des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Abflachung 62 und somit auch eine geringere mechanische Spannung auf das Piezoelement 61. Diese verringerte Bauteilespannung wirkt sich in einer Veränderung des Ausgangssignals des Piezoelements 61 aus, die einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung zuführbar ist. Die Steuereinrichtung weist einen Auswertealgorithmus auf, der aufgrund des Spannungssignals des Piezoelements 61 zumindest mittelbar einen Druck oder einen Druckverlauf in der Zulaufbohrung 57 ermittelt und daraus auf eine entsprechende Stellung der Düsennadel 25 schließt. Diese Zusammenhänge sind anhand der Fig. 3 erkennbar. Insbesondere ist dabei in dem oberen Diagramm der Fig. 3 der Hub H der Düsennadel 25 über der Zeit t während des Öffnens sowie sich des daran zeitlich nachfolgenden Schließens der Düsennadel 25 erkennbar. In der unteren Darstellung der Fig. 3 ist demgegenüber der zeitliche Druckverlauf des hydraulischen Drucks P in der Zulaufbohrung 57 erkennbar. Insbesondere erkennt man, dass der hydraulische Druck P zum Zeitpunkt t1 beim Beginn des Öffnens der Düsennadel 25 abfällt. Zum Zeitpunkt t2 beginnt die Düsennadel 25 wieder zu schließen, woraufhin ein zunächst langsam steigender Druck P in der Zulaufbohrung 57 herrscht, der sich nach dem Ende des Schließens der Düsennadel 25 zum Zeitpunkt t3 stark erhöht.
  • Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims (10)

  1. Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (17) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) ausgebildete Zulaufbohrung (57) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (17) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (15) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (15) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (25), und mit einem Sensor (60) zur Erfassung eines Drucks in einer den Kraftstoff im Injektorgehäuse (11) führenden Bohrung, wobei der Sensor (60) an einem die die Bohrung begrenzenden Bauteil in Anlagekontakt mit dem Bauteil angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrung die Zulaufbohrung (57) ist, und dass der Sensor (60) an einer Außenfläche (63) des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Sensor (60) ein vorgespanntes Piezoelement (61) aufweist, das zwischen der Außenfläche (63) des Injektorgehäuses (11) und einer das Injektorgehäuse (11) im Bereich des Piezoelements (61) zumindest bereichsweise umgebenden Spanneinrichtung (65) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spanneinrichtung (65) als ein zumindest im Wesentlichen starres Bauteil ausgebildet ist und vorzugsweise zwei, halbringförmig ausgebildete, miteinander verbindbare Elemente (67, 68) aufweist.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spanneinrichtung (65) das Injektorgehäuse (11) im Bereich des Sensors (60) ringförmig umgibt.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spanneinrichtung (65) Spannmittel (67, 68) zur Einstellung einer auf das Piezoelement (61) wirkenden Vorspannkraft aufweist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Außenfläche (63) des Injektorgehäuses (11) im Bereich des Sensors (60) mit einer ebenen Anlagefläche in Form einer Abflachung (62) für den Sensor (60) ausgebildet ist, wobei durch die Abflachung (62) der Abstand zur Zulaufbohrung (57) zum Sensor (60) im Vergleich zu einem Bereich neben der Abflachung (62) verringert ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Sensor (60) in einem dem Brennraum des Injektorgehäuses (11) abgewandten Bereich (64) angeordnet ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zulaufbohrung (57) in Bezug zu einer Längsachse (56) des Injektorgehäuses (11) schräg angeordnet ist, und dass der Sensor (60) in einem axialen Bereich des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist, in dem die Zulaufbohrung (57) zumindest im Wesentlichen einen minimalen Abstand zur Außenseite des Injektorgehäuses (11) aufweist.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Sensor (60) in Bezug zu einer Längsachse (56) des Injektorgehäuses (11) in einer Winkellage des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist, in dem die Zulaufbohrung (57) zumindest im Wesentlichen einen minimalen Abstand zur Außenseite des Injektorgehäuses (11) aufweist.
  10. Verwendung eines Kraftstoffinjektors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem Systemdruck von mehr als 2000bar.
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