EP3008326A1 - Injektor - Google Patents

Injektor

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EP3008326A1
EP3008326A1 EP14726137.4A EP14726137A EP3008326A1 EP 3008326 A1 EP3008326 A1 EP 3008326A1 EP 14726137 A EP14726137 A EP 14726137A EP 3008326 A1 EP3008326 A1 EP 3008326A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
injector
thermal expansion
space
leakage
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14726137.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Etlender
Werner Reim
Willibald SCHÜRZ
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.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies 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 Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP3008326A1 publication Critical patent/EP3008326A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials

Definitions

  • the invention relates to an injector having an actuator chamber in which an actuator is arranged, a control plate in which a control piston bore is provided, a control piston which is arranged in the control piston bore of the control plate, wherein the control piston has a first end face facing the actuator , wherein a limited by the first end face
  • Section of the control piston bore forms a control chamber, wherein the control chamber opposite portion of the control piston bore forms a spring chamber, wherein the control piston between the control chamber and the spring chamber is arranged, wherein the circumference of the control piston between the control piston and the control piston bore, a gap is provided with a gap width.
  • the piezoelectric injector has an actuator space in which the piezoelectric actuator is arranged.
  • a control piston is arranged in a control piston bore.
  • the control piston has a piezoelectric actuator facing first end side. A limited by the first end portion of the control piston bore forms a first control chamber. A section of the control piston bore opposite the first control chamber forms a spring chamber. The spool is between the first
  • a nozzle needle has a second end face.
  • the nozzle needle carries a nozzle needle sleeve, wherein the nozzle needle sleeve and the second end face define a second control chamber. Furthermore, a connection bore between the first control chamber and the second control chamber is provided.
  • a Leckagepin disposed between the piezo zoaktor and the first end face and a pin hole leakage ⁇ represents a coupling of the piezo zoaktors and the control piston are available. If the piezo actuator is actuated, the leakage pin presses on the control piston and shifts it in the direction of the nozzle needle.
  • an improved injector can be provided by having the injector
  • Actuator in which an actuator is arranged, a piston guide in which a bore is provided, and a piston which is arranged in the bore of the piston guide comprises.
  • the piston has a first end face facing the actuator.
  • the piston defines with the first end face a first in and / or arranged on the bore first space.
  • the piston bounded with a first space opposite the second end face in and / or adjacent to the bore second space, wherein the piston is arranged between the first space and the second space.
  • a gap with a gap width is provided between the piston and the bore.
  • the piston has a first material and the piston guide a second material, wherein the first material has a first thermal expansion when heated and the second material has a different thermal expansion to the second second thermal expansion when heated.
  • the first material is selected from the second material such that upon heating of the piston guide and / or the piston, the gap width of the gap decreases to limit fuel leakage between the first space and the second space.
  • This refinement has the advantage that, when the fuel and / or the injector warms up, the fuel leakage current between the first and the second space is reduced by the reducing gap width.
  • the injector on an improved performance and can be controlled finer and more targeted.
  • the gap width can be adapted in a targeted manner to the lubricating properties of the fuel.
  • the first material and the second materials are selected such that upon heating of the piston guide and / or the piston leakage of the fuel through the gap is substantially constant over the heating of the piston guide and / or the piston. In this way, a particularly stable operating behavior and a particularly good control behavior of the injector are provided.
  • the first material has a first thermal expansion coefficient and the second material has a second thermal expansion coefficient, wherein the first material and the second material are selected such that the first thermal expansion coefficient is smaller than the second thermal expansion coefficient.
  • the first material has a first coefficient of thermal expansion and the second material has a second coefficient of thermal expansion, the two materials being selected such that the two coefficients of thermal expansion have a difference of 3 to 12-10 -6 K -1 , in particular 5 to 10-10 -6 K -1 .
  • the first material has a first coefficient of thermal expansion of from 5 to 25-10 -6 K -1 and the second material having a second heat from ⁇ expansion coefficients of 10 to 30-10 -6 K -1.
  • the one of the two materials comprises titanium, in particular at least 50 percent, preferably at least 80 percent, and the other of the two materials comprises a steel comprising at least one of the following metals: chromium, nickel, manganese, copper. Furthermore, it is advantageous if one of the two materials steel with a thermal expansion coefficient of 12 to 16-10 -6 K -1 and the other of the two materials has a manganese steel, in particular a MnNilOCul8 or MnNil6CulO.
  • the piston guide is a control plate or a Leckagepinbohrung or a Düsenna- delhülse and the piston corresponding to the piston guide a control piston or a leakage pin or a nozzle needle. It is particularly advantageous if the actuator is a piezoelectric actuator.
  • FIG. 1 is a sectional view of an upper part of an injector
  • Fig. 2 is a sectional view of a lower part of the injector
  • Fig. 3 is an enlarged view of that shown in Fig. 2
  • Fig. 4 is a diagram of a kinetic viscosity of a
  • Fuel is applied above a temperature of the fuel.
  • FIG. 1 is a sectional view of an upper part 10 of an injector 15.
  • FIG. 2 is a sectional view of a lower part 20 of the injector 15 shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the injector 15 shown in FIG Fig. 4 shows a graph of a kinetic viscosity cSt of a fuel plotted against a temperature T of the fuel. Subsequently, the Fign. 1 to 4 explained together for a better understanding.
  • the injector 15 is formed in the embodiment as Piezoinj ector.
  • the injector 15 can be used for injecting fuel into an internal combustion engine, in particular for injecting diesel fuel into a common Rai1 internal combustion engine.
  • the injector 15 has an injector housing 25.
  • a high-pressure bore 30 is provided in the injector housing 25, a high pressure port 35 is provided on the upper side of the injector housing 25, through which a pressurized fuel can be supplied into the high pressure bore 30.
  • the high pressure bore 30 extends substantially in the longitudinal direction through the injector 25 to a high-pressure region 40 in the lower part 20 of the injector 15.
  • the injector ⁇ housing 25 in the upper part 10 of the injector 15 has an actuator chamber 45.
  • an actuator 50 is arranged in the embodiment as a piezoelectric actuator. It is particularly advantageous in this case if the piezoelectric actuator is designed as a fully active piezo stack.
  • the actuator 50 is substantially cylindrical and can be acted upon by an electrical connection 55 with an electrical voltage. If the electrical voltage is changed, a length of the actuator 50 in the longitudinal direction of the injector 15 can be changed.
  • the injector 15 on a control plate 60 in which a control piston bore 65 is arranged.
  • a control piston 70 is further arranged in the control piston bore 65.
  • the control piston 70 has a first end face 75 pointing in the direction of the actuator 50. A limited by the first end face 75 portion of Steuerkol ⁇ benbohrung 65 forms a first control chamber 80.
  • the control piston in the control piston bore 65 with its second end face 86 forms a spring chamber 85.
  • the control piston 70 is arranged axially displaceable between the first control chamber 80 and the spring chamber 85.
  • a control piston spring 90 is arranged, which is formed in the embodiment by way of example as a spiral compression spring.
  • a first longitudinal end of the STEU ⁇ erkolbenfeder 90 is supported on the upper side on the control piston 70 and the lower side on one end side of the control piston bore 65 from.
  • the control piston spring 90 acts on the control piston 70 with a force acting in the longitudinal direction or in the direction of the first control chamber 80.
  • the spring chamber 85 is connected to the high-pressure region 40 via a high-pressure connection 95. During operation of the injector 15, the high-pressure region 40 is above the high pressure Pressure bore 30 always flooded with fuel.
  • the injector 15 in the spring chamber 85 always prevailing in the high pressure region 40 ⁇ pressure before.
  • the fuel present in the high-pressure region 40 has different temperatures.
  • the different temperatures T result in a different kinetic viscosity cSt of the fuel (see Fig. 4).
  • a leakage pin 100 is provided between the actuator 50 and the control piston bore 65.
  • the leakage pin 100 is dimensioned such that an increase in a length of the actuator 50 via the leakage pin 100 is transmitted to the control piston 70.
  • the leakage pin 100 is arranged in a leakage pin bore 105 of a leakage pin plate 106 and forms a piston.
  • the Leckagepinbohrung 105 serves as (piston) leadership of the leakage pin 100th
  • the high-pressure bore 95 opens into the high-pressure region 40. Furthermore, a nozzle needle 110 is arranged in the high-pressure region 40.
  • the nozzle needle 110 carries a nozzle needle sleeve 115, but forms a piston even in the nozzle needle sleeve 115.
  • a pointing in the direction of the control piston plate 60 longitudinal end of the nozzle needle 110 has an end face 120.
  • the end face 120 forms, together with the nozzle needle sleeve 115 and the control plate 60, a second control chamber 125.
  • the second control chamber 125 is fluidically connected via a connecting bore 130 with the first control chamber 80.
  • the nozzle needle 110 has a peripheral circumferential collar 135. Between the collar 135 and the nozzle needle sleeve 115, a nozzle needle spring 140 is arranged. In this case, the nozzle needle spring 140 is supported with a first longitudinal end on the nozzle needle sleeve 115 and with a second longitudinal end on the collar 135. In this case, the nozzle needle spring 140 acts on the nozzle needle with a force directed away from the second control chamber 125 or from the upper part 10.
  • the nozzle needle 110 In the closed state of the injector 15, the nozzle needle 110 abuts against a lower tip 145 of the lower part 20 of the injector 15. In this case, the actuator 50 is discharged and thus has its smallest length. In this state, no fuel is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine via the injector 15. This condition is shown in FIGS. 1 to 3 shown.
  • the actuator 50 If the actuator 50 is acted upon by electrical energy via the electrical connection 55, the length of the actuator 50 increases. A force of the actuator 50 is transmitted to the control piston 70 via the leakage pin 100. By the force of the control piston 70 is displaced in the control piston bore 65 in the direction of the nozzle needle 110. This increases the volume of the first control chamber 80, as a result of which the pressure in the first control chamber 80 and also in the second control chamber 125 coupled via the connection bore 130 is reduced. Thereby acting continues to act in a lower region of the nozzle needle 110 on the nozzle needle 110, the pressure of the high pressure region 40 in the direction of the second through the redu ⁇ ed pressure in the second control chamber 125 has a reduced force on the second end face 120 of the nozzle needle 110
  • Control chamber 125 The pressure drop in the second control chamber 125 and the constant pressure at the lower end of the nozzle needle 110, the nozzle needle 110 is raised and the injector 15 is opened, so that fuel from the high pressure area 40 in a
  • the actuator 50 is then deactivated and thus shortened, the high pressure prevailing in the spring chamber 85 and the force exerted on the control piston 70 by the control piston spring 90 cause the control piston 70 to move in the direction of the first control chamber 80 Control chamber 80 and because of the prevailing between the first control chamber 80 and the second control chamber 125 communication bore 130 also increased in the second control chamber 125. Due to the increased pressure in the second control chamber 125, the nozzle needle 110 is pressed in the direction of the tip 145 of the lower part 20 of the injector 15, so that the injector 15 is closed and the fuel injection is terminated in the combustion chamber.
  • the control piston 70 has a circumferential gap 150, which is arranged between the control piston 70 and the control piston bore 65.
  • the gap 150 itself has a gap width b. If, as already explained above, the control piston 70 is pressed in the direction of the nozzle needle through the leakage pin 100, then fuel flows from the spring chamber 85 via the gap 150 into the first control chamber 80. This leads to a pressure equalization between the spring chamber 85 and the first control chamber 80th
  • the volume flow of the fuel flowing through the gap 150 is dependent on the viscosity of the fuel.
  • the fuel has a kinetic viscosity cSt which greatly decreases over the temperature.
  • the fuel in particular the diesel fuel, a temperature of -30 ° C to 100 ° C have. This causes, with the same gap width b of the gap 150 with increasing temperature T, the leakage losses through the gap 150 to increase.
  • control piston spring 90 The force exerted by the control piston spring 90 on the control piston 70 spring force ensures that the control piston 70 rests in the closed state of the injector 15 at the leakage pin 100. As a result, the actuator 50, the leakage pin 100 and the control piston 70 are coupled together without backlash.
  • the leakage pin 100 together with the leakage pin bore 105, provides a first mating clearance 155.
  • the first mating clearance 155 is selected such that a second gap (not shown) is provided on the circumference between the leakage pin 100 and the leakage pin bore 105 and a first leakage 160 can take place from the first control chamber 80 in the direction of the actuator chamber 45 between the leakage pin bore 105 and the leakage pin 100. From the actuator chamber 45, the first leakage 160 can escape via a leakage connection 165 from the injector 15.
  • the nozzle needle 110 is guided in the nozzle needle sleeve 115 via a second mating clearance 185.
  • the second pairing game 185 is selected such that the circumference between the nozzle needle 110 and the nozzle needle sleeve 115, a second gap, not shown, is provided. Due to the second mating clearance 185, when the pressure in the second control chamber 125 is less than the pressure in the high-pressure region 40, a fourth leakage 190 from the high-pressure region 40 into the second control chamber 125 can occur.
  • the third leak 180 and / or the fourth leakage be offset from ⁇ 190th If the throttle bore 175 is not present, eliminates the third leakage 180, so that the sum of the second leakage 170 and the fourth leakage 190 is at least as large as the first leakage 160. When the throttle bore 175 is present, the sum of the second leakage 170, the third leakage 180 and the fourth leakage 190 is at least as large as the first leakage 160.
  • the second leakage 170, the third leakage 180 and / or the fourth leakage 190 cause an inflow of fuel In the first control chamber 80 and the second control chamber 125.
  • the inflow of fuel causes an increase in pressure in the first control chamber 80 and in the second control chamber 125.
  • the second leakage 170 and the fourth leakage 190 are to be selected such that an unintentional opening of the nozzle needle 110 is prevented at very steep pressure increases in the high-pressure region 40.
  • the fuel has a varying viscosity over the temperature.
  • the control piston 70 at high temperatures of the fuel is not jammed in the control piston bore 65 and so to a seizure of the control piston 70th comes in the control piston bore 65.
  • a first material and the control piston plate 60 have a second material.
  • the first material has a first thermal expansion when heated.
  • the second material has a second thermal expansion when heated.
  • the second thermal expansion differs from the first thermal expansion.
  • the first material and the second material are selected such that upon heating of the control plate 60 and the control piston 70, the gap width b of the gap 150 decreases to the second leakage 170 between the spring chamber 85 and the first Control space 80 at an increasing temperature T of the fuel limit.
  • Leckagepin 100 and the Leckagepinplatte 106 in which the Leckagepinbohrung 105 is attached ⁇ assigns, as well comprise such a material combination on ⁇ .
  • the first leakage 160 at the leakage pin 100 or the fourth leakage 190 between the nozzle needle sleeve 115 and the nozzle needle 110 can also be reduced by an expansion of the material of the nozzle needle 110 or of the leakage pin 100 when the nozzle needle 110 or the leakage pin 100 is heated.
  • the materials can be chosen so that when heating the control plate 60 and / or the control piston 70, the second leakage 170 is constant through the gap 150 substantially over the heating of the control plate 60 and / of the control piston 70 away.
  • the materials of the nozzle needle 110, nozzle needle sleeve 115, leakage pin 100 and leakage pin plate 106 are selected analogous to the control piston 70 and the control plate 60.
  • the first material has a first réelleausdehnungskoef ⁇ coefficient and the second material a second heat from ⁇ expansion coefficients.
  • the materials of the control piston 70 and the control plate 60 are selected such that the first thermal expansion coefficient is less than the second coefficient of thermal expansion.
  • the first material hard metal in particular in a composition with At least 70 preferably 90 percent tungsten carbide and 1 to 30 percent, preferably 1 to 10 cobalt
  • the second material is steel, in particular an unalloyed or low-alloy steel, in this way the performance of the injector 15 over the heating of the injector 15 away be kept constant.
  • the cobalt of the first material can be replaced by a nickel-chromium fraction or a nickel-chromium-cobalt fraction, so that the first material comprises at least 70 percent, preferably 90 percent tungsten carbide and 1 to 30 percent, preferably 1 to 10 percent nickel-chromium or nickel-chromium-cobalt.
  • the control plate 60 is made of steel, it has a similar heating behavior as the injector housing 25.
  • the gap 150 is reduced by the control piston 70 made of hard metal when heated in its gap width b.
  • the first material has 50 percent, preferably 80 percent titanium, and the other material is steel. It is advantageous if the steel comprises at least one of the following metals: chromium, nickel, manganese, copper.
  • a material combination for the first material or the second material is selected, in which at least one of the two materials steel with a thermal expansion coefficient of 12 to 10-10 -6 K -1 and the other of the two materials a manganese steel having.
  • Be ⁇ particularly advantageous here is when the manganese steel is a MnNilOCul8 or MnNil6CulO.
  • the abovementioned material combinations of the first material and the second material are suitable both for the control plate 60 and the control piston 70 but also for the leakage pin 100 and the leakage pin plate 106 and / or for the nozzle needle sleeve 115 and the nozzle needle 110. It is also conceivable that the above-mentioned material combinations are combined with each other.

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (15) mit einem Aktorraum (45), in dem ein Aktor (50) angeordnet ist, einer Kolbenführung (60, 106, 115), in der eine Bohrung (65, 105, 115) vorgesehen ist, einem Kolben (70, 100, 110), der in der Bohrung (65, 105, 115) der Kolbenführung (60, 106, 115) angeordnet ist, wobei der Kolben (70, 100, 110) eine dem Aktor (50) zugewandte erste Stirnseite (75) aufweist, wobei der Kolben (70, 100, 110) mit der ersten Stirnseite (75) einen ersten in und/oder an der Bohrung (65, 105) angeordneten ersten Raum (45, 80, 125) begrenzt, wobei der Kolben (70, 100, 110) mit einer dem ersten Raum (45, 80, 125) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (86) einen in und/oder an der Bohrung (65, 105) angrenzenden zweiten Raum (80, 85, 40) begrenzt, wobei der Kolben (70, 100, 110) zwischen dem ersten Raum (45, 80, 125) und dem zweiten Raum (80, 85, 40) angeordnet ist, wobei umfangsseitig des Kolbens (70, 100, 110) zwischen dem Kolben (70, 100, 110) und der Bohrung (65, 105, 115) ein Spalt (150, 155, 185) mit einer Spaltbreite b vorgesehen ist, wobei der Kolben (70, 100, 110) einen ersten Werkstoff und die Kolbenführung (60, 106, 115) einen zweiten Werkstoff aufweist, wobei der erste Werkstoff bei Erwärmung eine erste Wärmeausdehnung und der zweite Werkstoff bei Erwärmung eine zur ersten Wärmeausdehnung unterschiedliche zweite Wärmeausdehnung aufweist, wobei der erste Werkstoff zu dem zweiten Werkstoff derart gewählt ist, dass bei Erwärmung der Kolbenführung (60, 106, 115) und/oder des Kolbens (70, 100, 110) die Spaltbreite b des Spalts (150, 155, 185) abnimmt, um eine Kraftstoffleckage (160, 170, 190) zwischen dem ersten Raum (45, 80, 125) und dem zweiten Raum (80, 85, 40) zu begrenzen.

Description

Beschreibung
Inj ektor Die Erfindung betrifft einen Injektor mit einem Aktorraum, in dem ein Aktor angeordnet ist, einer Steuerplatte, in der eine Steuerkolbenbohrung vorgesehen ist, einem Steuerkolben, der in der Steuerkolbenbohrung der Steuerplatte angeordnet ist, wobei der Steuerkolben eine dem Aktor zugewandte erste Stirnseite aufweist, wobei ein durch die erste Stirnseite begrenzter
Abschnitt der Steuerkolbenbohrung einen Steuerraum bildet , wobei ein dem Steuerraum gegenüberliegender Abschnitt der Steuerkolbenbohrung einen Federraum bildet, wobei der Steuerkolben zwischen dem Steuerraum und dem Federraum angeordnet ist, wobei umfangsseitig des Steuerkolbens zwischen dem Steuerkolben und der Steuerkolbenbohrung ein Spalt mit einer Spaltbreite vorgesehen ist.
Stand der Technik
Um den Kraftstoff in Brennkraftmaschinen einzuspritzen, wird unter anderem eine Kraftstoffdirekteinspritzung verwendet. Dazu werden Piezoinj ektoren verwendet, deren Düsennadel mittels eines Piezoaktors angetrieben wird. Hierbei ist eine nahezu spielfreie Kopplung zwischen Piezoaktor und Düsennadel erforderlich, die jedoch aufgrund thermischer Längenänderungen im Piezoinj ektor nur schwer einzuhalten ist. Um dieses Problem zu beseitigen, wird die Düsennadel hydraulisch mit dem Piezoaktor gekoppelt. Dazu weist der Piezoinj ektor einen Aktorraum auf, in dem der Pie- zoaktor angeordnet ist. In einer Steuerkolbenbohrung ist ein Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben weist eine dem Piezoaktor zugewandte erste Stirnseite auf. Ein durch die erste Stirnseite begrenzter Abschnitt der Steuerkolbenbohrung bildet einen ersten Steuerraum aus. Ein dem ersten Steuerraum ge- genüberliegender Abschnitt der Steuerkolbenbohrung bildet einen Federraum aus. Der Steuerkolben ist zwischen dem ersten
Steuerraum und dem Federraum angeordnet. Eine Düsennadel weist eine zweite Stirnseite auf. Die Düsennadel führt eine Düsen- nadelhülse, wobei die Düsennadelhülse und die zweite Stirnseite einen zweiten Steuerraum begrenzen. Ferner ist eine Verbindungsbohrung zwischen dem ersten Steuerraum und dem zweiten Steuerraum vorgesehen. Ein Leckagepin, der zwischen dem Pie- zoaktor und der ersten Stirnseite und in einer Leckage¬ stiftbohrung angeordnet ist, stellt eine Kopplung des Pie- zoaktors und des Steuerkolbens zur Verfügung. Wird der Piezoaktor betätigt, so drückt der Leckagepin auf den Steuerkolben und verschiebt diesen in Richtung der Düsennadel.
Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Steuerraum und dem Federraum findet ein Fluidstrom seitlich durch einen Spalt zwischen dem Steuerkolben und der Steuerkolbenplatte statt. Der Fluidstrom ist dabei abhängig von der Spaltbreite und der Temperatur des Kraftstoffs. Aufgrund der starken Temperaturunterschiede im Betrieb des Injektors mit kalten und heißen Kraftstoffen sowie mit kalter und heißer Brennkraftmaschine ändert sich der Fluidstrom in Abhängigkeit der Temperatur des Injektors und des Kraftstoffs. Dies kann zu einem veränderten Betriebsverhalten führen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Injektor bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mittels eines Injektors gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannte, dass ein verbesserter Injektor dadurch bereitgestellt werden kann, dass der Injektor einen
Aktorraum, in dem ein Aktor angeordnet ist, eine Kolbenführung in der eine Bohrung vorgesehen ist, und einen Kolben, der in der Bohrung der Kolbenführung angeordnet ist, umfasst. Der Kolben weist eine dem Aktor zugewandte erste Stirnseite auf. Der Kolben begrenzt mit der ersten Stirnseite einen ersten in und/oder an der Bohrung angeordneten ersten Raum. Der Kolben begrenzt mit einer dem ersten Raum gegenüberliegenden zweiten Stirnseite einen in und/oder an der Bohrung angrenzenden zweiten Raum, wobei der Kolben zwischen dem ersten Raum und dem zweiten Raum angeordnet ist. Umfangsseitig des Kolbens ist zwischen dem Kolben und der Bohrung ein Spalt mit einer Spaltbreite vorgesehen. Der Kolben weist einen ersten Werkstoff und die Kolbenführung einen zweiten Werkstoff auf, wobei der erste Werkstoff bei Erwärmung eine erste Wärmeausdehnung und der zweite Werkstoff bei Erwärmung eine zur ersten Wärmeausdehnung unterschiedliche zweite Wärmeausdehnung aufweist. Der erste Werkstoff ist zu dem zweiten Werkstoff derart gewählt, dass bei Erwärmung der Kolbenführung und/oder des Kolbens die Spaltbreite des Spalts abnimmt, um eine Kraftstoffleckage zwischen dem ersten Raum und dem zweiten Raum zu begrenzen.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei Erwärmung des Kraftstoffs und/oder des Injektors durch die sich reduzierende Spaltbreite der Kraftstoffleckagestrom zwischen dem ersten und dem zweiten Raum reduziert wird. Dadurch weist der Injektor ein verbessertes Betriebsverhalten auf und kann feiner und gezielter angesteuert werden. Gleichzeitig kann die Spaltbreite gezielt an die Schmiereigenschaften des Kraftstoffs verbessert angepasst werden .
In einer weiteren Ausführungsform sind der erste Werkstoff und der zweite Werkstoffe derart gewählt, dass bei Erwärmung der Kolbenführung und/oder des Kolbens eine Leckage des Kraftstoffs durch den Spalt im Wesentlichen über die Erwärmung der Kolbenführung und/oder des Kolbens konstant ist. Auf diese Weise werden ein besonders stabiles Betriebsverhalten und ein besonders gutes Ansteuerverhalten des Injektors bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff derart gewählt sind, dass der erste Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient. Auf diese Weise wird eine Ver- spannung der Kolbenführung innerhalb eines Gehäuses des In- jektors vermieden und gleichzeitig die Spaltbreite bei einer Erwärmung reduziert.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei die beiden Werkstoffe derart gewählt sind, dass die beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten einen Unterschied von 3 bis 12-10-6 K-1, insbesondere 5 bis 10-10-6 K-1 aufweisen.
Ebenso hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5 bis 25-10-6 K-1 und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten von 10 bis 30-10-6 K-1 aufweist.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der eine der beiden Werkstoffe Hartmetall, insbesondere in einer Zu¬ sammensetzung aufweisend wenigstens 70 Prozent, vorzugsweise wenigstens 90 Wolframcarbid und 1 bis 30 Prozent, vorzugsweise 1 bis 10 Prozent, Kobalt oder Nickel-Chrom oder Nickel-Chrom-Kobalt und der andere der beiden Werkstoffe Stahl, insbesondere ein unlegierter oder niedriglegierter Stahl, ist.
Ebenso vorteilhaft ist, wenn der eine der beiden Werkstoffe Titan aufweist, insbesondere wenigstens 50 Prozent, vorzugsweise wenigstens 80 Prozent, und der andere der beiden Werkstoffe einen Stahl aufweist, der wenigstens eines der folgenden Metalle umfasst: Chrom, Nickel, Mangan, Kupfer. Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn der eine der beiden Werkstoffe Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 12 bis 16-10-6 K-1 und der andere der beiden Werkstoffe einen Manganstahl, insbesondere einen MnNilOCul8 oder MnNil6CulO, aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kolbenführung eine Steuerplatte oder eine Leckagepinbohrung oder eine Düsenna- delhülse und der Kolben korrespondierend zur Kolbenführung ein Steuerkolben oder ein Leckagepin oder eine Düsennadel. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Aktor ein Piezoaktor ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines oberen Teils eines Injektors;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines unteren Teils des Injektors;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 2 gezeigten
Schnittansicht des Injektors; und
Fig. 4 ein Diagramm einer kinetischen Viskosität eines
Kraftstoffs aufgetragen über einer Temperatur des Kraftstoffs .
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines oberen Teils 10 eines Injektors 15. Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines unteren Teils 20 des in Fig. 1 gezeigten Injektors 15. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Injektors 15. Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer kinetischen Viskosität cSt eines Kraftstoffs aufgetragen über einer Temperatur T des Kraftstoffs. Nachfolgend werden die Fign. 1 bis 4 zum besseren Verständnis gemeinsam erläutert. Der Injektor 15 ist in der Ausführungsform als Piezoinj ektor ausgebildet. Der Injektor 15 kann zum Ein- spritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, insbesondere zum Einspritzen von Dieselkraftstoff in eine Common-Rai1-Brennkraftmaschine, dienen .
Der Injektor 15 weist ein Injektorgehäuse 25 auf. In dem In- j ektorgehäuse 25 ist eine Hochdruckbohrung 30 vorgesehen. Ferner ist ein Hochdruckanschluss 35 oberseitig an dem Injektorgehäuse 25 vorgesehen, durch den ein unter Druck stehender Kraftstoff in die Hochdruckbohrung 30 zugeführt werden kann. Die Hoch- druckbohrung 30 verläuft im Wesentlichen in Längsrichtung durch das Injektorgehäuse 25 bis zu einem Hochdruckbereich 40 im unteren Teil 20 des Injektors 15. Ferner weist das Injektor¬ gehäuse 25 im oberen Teil 10 des Injektors 15 einen Aktorraum 45 auf. In dem Aktorraum 45 ist ein Aktor 50 angeordnet. Der Aktor 50 ist in der Ausführungsform als Piezoaktor ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Piezoaktor als vollaktiver Piezostapel ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Aktoren, insbesondere elektrische Aktoren 50 denkbar. Der Aktor 50 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und über einen elektrischen Anschluss 55 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar. Wird die elektrische Spannung verändert, kann eine Länge des Aktors 50 in Längsrichtung des Injektors 15 verändert werden.
Im unteren Teil 20 (vgl. Fign. 2 und 3) weist der Injektor 15 eine Steuerplatte 60 auf, in der eine Steuerkolbenbohrung 65 angeordnet ist. In der Steuerkolbenbohrung 65 ist ferner ein Steuerkolben 70 angeordnet. Der Steuerkolben 70 weist eine in Richtung des Aktors 50 weisende erste Stirnseite 75 auf. Ein durch die erste Stirnseite 75 begrenzter Abschnitt der Steuerkol¬ benbohrung 65 bildet einen ersten Steuerraum 80 aus. An dem zum ersten Steuerraum 80 gegenüberliegenden Längsende des Steuerkolbens 70 bildet der Steuerkolben in der Steuerkolbenbohrung 65 mit seiner zweiten Stirnseite 86 einen Federraum 85 aus. Der Steuerkolben 70 ist zwischen dem ersten Steuerraum 80 und dem Federraum 85 axial verschiebbar angeordnet.
Im Federraum 85 ist eine Steuerkolbenfeder 90 angeordnet, die in der Ausführungsform beispielhaft als Spiraldruckfeder ausgebildet ist. Dabei stützt sich ein erstes Längsende der Steu¬ erkolbenfeder 90 oberseitig am Steuerkolben 70 und unterseitig an einer Stirnseite der Steuerkolbenbohrung 65 ab. Dabei beaufschlägt die Steuerkolbenfeder 90 den Steuerkolben 70 mit einer in Längsrichtung bzw. in Richtung des ersten Steuerraums 80 wirkenden Kraft. Der Federraum 85 ist über eine Hochdruckverbindung 95 mit dem Hochdruckbereich 40 verbunden. Im Betrieb des Injektors 15 ist der Hochdruckbereich 40 über die Hoch- druckbohrung 30 stets mit Kraftstoff geflutet. Ferner liegt im Betrieb des Injektors 15 im Federraum 85 stets der im Hoch¬ druckbereich 40 herrschende Druck vor. Je nach Betriebszustand weist der im Hochdruckbereich 40 vorhandene Kraftstoff un- terschiedliche Temperaturen auf. Die unterschiedlichen Temperaturen T resultieren in einer unterschiedlichen kinetischen Viskosität cSt des Kraftstoffs (vgl. Fig. 4) .
Zwischen dem Aktor 50 und der Steuerkolbenbohrung 65 ist ein Leckagepin 100 vorgesehen. Der Leckagepin 100 ist dabei derart bemessen, dass eine Vergrößerung einer Länge des Aktors 50 über den Leckagepin 100 auf den Steuerkolben 70 übertragen wird. Der Leckagepin 100 ist dabei in einer Leckagepinbohrung 105 einer Leckagepinplatte 106 angeordnet und bildet einen Kolben aus. Die Leckagepinbohrung 105 dient dabei als (Kolben- ) führung des Leckagepins 100.
Im unteren Teil 20 des Injektors 15 mündet die Hochdruckbohrung 95 in den Hochdruckbereich 40. Ferner ist im Hochdruckbereich 40 eine Düsennadel 110 angeordnet. Die Düsennadel 110 führt eine Düsennadelhülse 115, bildet jedoch selbst in der Düsennadelhülse 115 einen Kolben aus. Ein in Richtung der Steuerkolbenplatte 60 weisendes Längsende der Düsennadel 110 weist eine Stirnseite 120 auf. Die Stirnseite 120 bildet zusammen mit der Düsennadelhülse 115 und der Steuerplatte 60 einen zweiten Steuerraum 125 aus. Der zweite Steuerraum 125 ist über eine Verbindungsbohrung 130 mit dem ersten Steuerraum 80 fluidisch verbunden.
Die Düsennadel 110 weist einen umfangsseitig umlaufenden Kragen 135 auf. Zwischen dem Kragen 135 und der Düsennadelhülse 115 ist eine Düsennadelfeder 140 angeordnet. Dabei stützt sich die Düsennadelfeder 140 mit einem ersten Längsende an der Düsennadelhülse 115 und mit einem zweiten Längsende an dem Kragen 135 ab. Dabei beaufschlagt die Düsennadelfeder 140 die Düsennadel mit einer vom zweiten Steuerraum 125 bzw. einer vom oberen Teil 10 weggerichteten Kraft. In geschlossenem Zustand des Injektors 15 liegt die Düsennadel 110 an einer unteren Spitze 145 des unteren Teils 20 des Injektors 15 an. Dabei ist der Aktor 50 entladen und weist somit seine geringste Länge auf. In diesem Zustand wird über den Injektor 15 kein Kraftstoff in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dieser Zustand ist in den Fign. 1 bis 3 dargestellt.
Wird der Aktor 50 über den elektrischen Anschluss 55 mit elektrischer Energie beaufschlagt, erhöht sich die Länge des Aktors 50. Dabei wird über den Leckagepin 100 eine Kraft des Aktors 50 auf den Steuerkolben 70 übertragen. Durch die Kraft wird der Steuerkolben 70 in der Steuerkolbenbohrung 65 in Richtung der Düsennadel 110 verschoben. Dadurch erhöht sich das Volumen des ersten Steuerraums 80, wodurch der Druck im ersten Steuerraum 80 und auch im über die Verbindungsbohrung 130 gekoppelten zweiten Steuerraum 125 reduziert wird. Dadurch wirkt durch den redu¬ zierten Druck im zweiten Steuerraum 125 eine reduzierte Kraft auf die zweite Stirnseite 120 der Düsennadel 110. Auf die Düsennadel 110 wirkt in einem unteren Bereich der Düsennadel 110 weiterhin der Druck des Hochdruckbereichs 40 in Richtung des zweiten
Steuerraums 125. Durch den Druckabfall im zweiten Steuerraum 125 und den gleichbleibenden Druck am unteren Ende der Düsennadel 110 wird die Düsennadel 110 angehoben und der Injektor 15 geöffnet, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 40 in eine
Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Wird der Aktor 50 anschließend deaktiviert und somit verkürzt, so bewirken der im Federraum 85 herrschende hohe Druck und die durch die Steuerkolbenfeder 90 auf den Steuerkolben 70 ausgeübte Kraft eine Bewegung des Steuerkolbens 70 in Richtung des ersten Steuerraums 80. Dadurch wird der Druck in dem ersten Steuerraum 80 und wegen der zwischen dem ersten Steuerraum 80 und dem zweiten Steuerraum 125 vorherrschenden Verbindungsbohrung 130 auch im zweiten Steuerraum 125 erhöht. Durch den erhöhten Druck im zweiten Steuerraum 125 wird die Düsennadel 110 in Richtung der Spitze 145 des unteren Teils 20 des Injektors 15 gedrückt, so dass der Injektor 15 verschlossen wird und die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer beendet wird. Um ein Fressen des Steuerkolbens 70 in der Steuerkolbenbohrung 65 der Steuerplatte 60 zu vermeiden, weist der Steuerkolben 70 umfangsseitig einen Spalt 150 auf, der zwischen dem Steuerkolben 70 und der Steuerkolbenbohrung 65 angeordnet ist. Der Spalt 150 weist selbst eine Spaltbreite b auf. Wird, wie oben bereits erläutert, der Steuerkolben 70 in Richtung der Düsennadel durch den Leckagepin 100 gedrückt, so strömt Kraftstoff aus dem Federraum 85 über den Spalt 150 in den ersten Steuerraum 80. Dies führt zu einem Druckausgleich zwischen dem Federraum 85 und dem ersten Steuerraum 80.
Der Volumenstrom des durch den Spalt 150 strömenden Kraftstoffs ist abhängig von der Viskosität des Kraftstoffs. Dabei weist der Kraftstoff, wie in Fig. 4 gezeigt, eine über die Temperatur stark abnehmende kinetische Viskosität cSt auf. Üblicherweise kann der Kraftstoff, insbesondere der Dieselkraftstoff, eine Temperatur von -30 °C bis 100 °C aufweisen. Dies bewirkt, dass bei gleicher Spaltbreite b des Spalts 150 mit ansteigender Temperatur T die Leckageverluste durch den Spalt 150 ansteigen.
Die durch die Steuerkolbenfeder 90 auf den Steuerkolben 70 ausgeübte Federkraft sorgt dafür, dass der Steuerkolben 70 in geschlossenem Zustand des Injektors 15 am Leckagepin 100 anliegt . Dadurch sind der Aktor 50, der Leckagepin 100 und der Steuerkolben 70 spielfrei miteinander gekoppelt.
Der Leckagepin 100 stellt zusammen mit der Leckagepinbohrung 105 ein erstes Paarungsspiel 155 bereit. Das erste Paarungsspiel 155 ist dabei derart gewählt, dass umfangsseitig zwischen Leckagepin 100 und Leckagepinbohrung 105 ein zweiter nicht dargestellter Spalt vorgesehen ist und zwischen der Leckagepinbohrung 105 und dem Leckagepin 100 eine erste Leckage 160 aus dem ersten Steuerraum 80 in Richtung des Aktorraums 45 erfolgen kann. Vom Aktorraum 45 kann die erste Leckage 160 über einen Leckage- anschluss 165 aus dem Injektor 15 entweichen.
Durch den Spalt 150 zwischen dem Steuerkolben 70 und der Steuerkolbenbohrung 65 tritt, wenn der Druck im ersten Steuerraum 80 geringer ist als der Druck im Federraum 85, eine zweite Leckage 70 vom Federraum 85 in den Steuerraum 80 entlang des Steuerkolbens 70 durch den Spalt 150 auf. Zusätzlich kann der Steuerkolben 70 eine Drosselbohrung 75 aufweisen, die den Federraum 85 mit dem ersten Steuerraum 80 fluidisch verbindet. In diesem Fall tritt durch die Drossel¬ bohrung 175 eine dritte Leckage 180 vom Federraum 85 in den ersten Steuerraum 80 auf.
Die Düsennadel 110 wird in der Düsennadelhülse 115 über ein zweites Paarungsspiel 185 geführt. Das zweite Paarungsspiel 185 ist dabei derart gewählt, dass umfangsseitig zwischen der Düsennadel 110 und der Düsennadelhülse 115 ein zweiter nicht dargestellter Spalt vorgesehen ist. Durch das zweite Paarungsspiel 185 kann es, wenn der Druck im zweiten Steuerraum 125 geringer ist als der Druck im Hochdruckbereich 40, zu einer vierten Leckage 190 aus dem Hochdruckbereich 40 in den zweiten Steuerraum 125 kommen.
Im geschlossenen Zustand des Injektors 15 kommt es durch die erste Leckage 160 entlang des Leckagepins 100 zu einem Abfluss von Kraftstoff aus dem ersten Steuerraum 80. Um einen Druckabfall im ersten Steuerraum 80 zu vermeiden, der zu einem unbeabsichtigten Öffnen der Düsennadel 110 führen kann, muss der durch die erste Leckage 160 abströmende Kraftstoff durch die zweite Leckage 170, die dritte Leckage 180 und/oder die vierte Leckage 190 aus¬ geglichen werden. Wenn die Drosselbohrung 175 nicht vorhanden ist, entfällt die dritte Leckage 180, so dass die Summe der zweiten Leckage 170 und der vierten Leckage 190 wenigstens so groß wie die erste Leckage 160 ist. Bei vorhandener Drosselbohrung 175 ist die Summe aus der zweiten Leckage 170, der dritten Leckage 180 und der vierten Leckage 190 wenigstens so groß wie die erste Leckage 160.
Im geöffneten Zustand der Düsennadel 110 und damit des Injektors 15 kommt es durch die zweite Leckage 170, die dritte Leckage 180 und/oder die vierte Leckage 190 zu einem Zufluss von Kraftstoff in den ersten Steuerraum 80 und den zweiten Steuerraum 125. Der Zufluss von Kraftstoff bewirkt eine Druckerhöhung im ersten Steuerraum 80 bzw. im zweiten Steuerraum 125. Dabei ist, um ein unbeabsichtigtes vorzeitiges Schließen der Düsennadel 110 und damit des Injektors 15 zu vermeiden, darauf zu achten, dass die Druckzunahme im ersten Steuerraum 80 bzw. im zweiten Steuerraum 125 gering gehalten wird.
Ferner sind die zweite Leckage 170 und die vierte Leckage 190 so zu wählen, dass ein ungewolltes Öffnen der Düsennadel 110 bei sehr steilen Druckanstiegen im Hochdruckbereich 40 verhindert wird. Wie bereits oben erläutert und in Fig. 4 gezeigt, weist der Kraftstoff eine über die Temperatur verlaufende sich ändernde Viskosität auf. Bei der Auslegung der Spaltbreite b des Spalts 150 des Steuerkolbens 70, aber auch der Paarungsspiele 155, 185 ist dabei zu beachten, dass sich der Steuerkolben 70 bei hohen Temperaturen des Kraftstoffs nicht in der Steuerkolbenbohrung 65 verklemmt und es so zu einem Fressen des Steuerkolbens 70 in der Steuerkolbenbohrung 65 kommt. Gleichzeitig muss gewährleistet sein, dass die zweite Leckage 170 ausreichend groß durch den Spalt 150 ist.
Analog gilt dies ebenso für den Leckagepin 100 in der Lecka¬ gepinbohrung 105 und der ersten Leckage 160 sowie für die vierte Leckage zwischen der Düsennadelhülse 115 und der Düsennadel 110.
Um die Leckagen 160, 170, 180, 190 gezielt temperaturabhängig zu beeinflussen, weist in der Ausführungsform der Steuerkolben 70 beispielhaft einen ersten Werkstoff und die Steuerkolbenplatte 60 einen zweiten Werkstoff auf. Der erste Werkstoff weist bei Erwärmung eine erste Wärmeausdehnung auf. Der zweite Werkstoff weist bei Erwärmung eine zweite Wärmeausdehnung auf. Die zweite Wärmeausdehnung unterscheidet sich dabei von der ersten Wärmeausdehnung. Dabei sind der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff derart gewählt, dass bei Erwärmung der Steuerplatte 60 und des Steuerkolbens 70 die Spaltbreite b des Spalts 150 abnimmt, um die zweite Leckage 170 zwischen dem Federraum 85 und dem ersten Steuerraum 80 bei zunehmender Temperatur T des Kraftstoffs zu begrenzen .
Es wird darauf hingewiesen, dass auch der Leckagepin 100 und die Leckagepinplatte 106, in der die Leckagepinbohrung 105 ange¬ ordnet ist, ebenso eine derartige Werkstoffkombination auf¬ weisen. Gleiches gilt auch für die Düsennadelhülse 115 und die Düsennadel 110, wobei die Düsennadel 115 den zweiten Werkstoff und die Düsennadel 110 den ersten Werkstoff aufweisen. Dadurch kann auch die erste Leckage 160 am Leckagepin 100 bzw. die vierte Leckage 190 zwischen der Düsennadelhülse 115 und der Düsennadel 110 durch eine Ausdehnung des Werkstoffs der Düsennadel 110 bzw. des Leckagepins 100 bei Erwärmen der Düsennadel 110 bzw. des Leckagepins 100 reduziert werden, da das Paarungsspiel 155, 185 zwischen dem Leckagepin 100 und der Leckagepinbohrung 105 bzw. der Düsennadel 110 und der Düsennadelhülse 115 mit zunehmender Erwärmung geringer bzw. die jeweils vorliegenden Spalte zwischen Leckagepin 100 und Leckagepinbohrung 105 bzw. zwischen Düsennadel 110 und Düsennadelhülse 115 enger werden.
Die Werkstoffe können dabei so gewählt werden, dass bei Erwärmung der Steuerplatte 60 und/oder des Steuerkolbens 70 die zweite Leckage 170 durch den Spalt 150 im Wesentlichen über die Erwärmung der Steuerplatte 60 und/des Steuerkolbens 70 hinweg konstant ist. Auch sind in der Ausführungsform die Werkstoffe der Düsennadel 110, Düsennadelhülse 115, Leckagepin 100 und Leckagepinplatte 106 analog zu dem Steuerkolben 70 und der Steuerplatte 60 gewählt. Dadurch kann ein besonders gutes Steuerverhalten des Injektors 15, insbesondere ein unerwünschtes Öffnen oder Schließen der Düsennadel 110, vermieden werden.
Der erste Werkstoff weist einen ersten Wärmeausdehnungskoef¬ fizienten und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten auf. Dabei sind die Werkstoffe des Steuerkolbens 70 bzw. der Steuerplatte 60 derart gewählt, dass der erste Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient. Insbesondere wenn der erste Werkstoff Hartmetall, insbesondere in einer Zusammensetzung mit wenigstens 70 vorzugsweise 90 Prozent Wolframcarbid und 1 bis 30 Prozent vorzugsweise 1 bis 10 Kobalt, aufweist und wenn der zweite Werkstoff Stahl, insbesondere ein unlegierter oder niedrig legierter Stahl ist, kann auf diese Weise das Betriebsverhalten des Injektors 15 über die Erwärmung des Injektors 15 hinweg gleichbleibend gehalten werden.
Alternativ zu dem oben genannten Anteil des Kobalts des ersten Werkstoffs kann dieser durch einen Nickel-Chrom Anteil bzw. einen Nickel-Chrom-Kobalt Anteil ersetzt werden, so dass der erste Werkstoff wenigstens 70 Prozent, vorzugsweise 90 Prozent Wolframkarbid und 1 bis 30 Prozent, vorzugsweise 1 bis 10 Prozent Nickel-Chrom oder Nickel-Chrom-Kobalt aufweist. Dadurch, dass die Steuerplatte 60 aus Stahl ist, weist sie ein ähnliches Erwärmungsverhalten wie das Injektorgehäuse 25 auf. Gleichzeitig wird der Spalt 150 durch den Steuerkolben 70 aus Hartmetall bei Erwärmung in seiner Spaltbreite b reduziert. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Es wird betont, dass alternativ zu der oben beschreiben Ausgestaltung des Injektors 15 auch nur eine oder zwei der drei Kombinationen aus Kolbenführung (Steuerplatte 60, Leckage¬ pinplatte 106, Düsennadel 110) und Kolben (Steuerkolben 70, Leckagepin 100, Düsennadelhülse 115) die obengenannte Werk¬ stoffkombination aufweist. Besonders einfach ist die Ausge¬ staltung umsetzbar, wenn ausschließlich der Steuerkolben 70 den ersten Werkstoff und die Steuerkolbenplatte 60 den zweiten Werkstoff aufweisen, um die zweite Leckage 170 zwischen dem Federraum 85 und dem ersten Steuerraum 80 zu begrenzen.
Alternativ zu den eben genannten Werkstoffen ist auch denkbar, dass andere Werkstoffe als die eben genannten für den Steu- erkolben 70 bzw. die Steuerplatte 60 und/oder für die Lecka¬ gepinplatte 106 und den Leckagepin 100 und/oder für die Dü- sennadelhülse 115 und die Düsennadel 110 verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die Werkstoffe derart gewählt sind, dass die beiden Werkstoffe im Wärmeausdeh¬ nungskoeffizienten einen Unterschied von 3 bis 10 ·10"6 K"1, insbesondere 5 bis 10-10-6 K-1, aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der erste Wärmeaus- dehnungskoeffizient des ersten Werkstoffs 5 bis 25-10-6 K-1 und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Werkstoffs 10 bis 30 ·10"6 K"1 beträgt.
Alternativ zu der oben genannten Werkstoffkombination aus Hartmetall und Stahl ist auch eine Werkstoffkombination aus Titan denkbar, insbesondere wenn der erste Werkstoff 50 Prozent, vorzugsweise 80 Prozent Titan, aufweist und der andere Werkstoff Stahl ist. Dabei ist von Vorteil, wenn der Stahl wenigstens eines der folgenden Metalle umfasst: Chrom, Nickel, Mangan, Kupfer.
Alternativ ist auch denkbar, dass eine Werkstoffkombination für den ersten Werkstoff bzw. den zweiten Werkstoff gewählt wird, bei dem wenigstens einer der beiden Werkstoffe Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 12 bis 10-10-6 K-1 und der andere der beiden Werkstoffe einen Manganstahl aufweist. Be¬ sonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der Manganstahl ein MnNilOCul8 oder ein MnNil6CulO ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die genannten Werkstoffkom- binationen aus erstem Werkstoff und zweitem Werkstoff sowohl für die Steuerplatte 60 und den Steuerkolben 70 aber auch für den Leckagepin 100 und die Leckagepinplatte 106 und/oder für die Düsennadelhülse 115 und die Düsennadel 110 geeignet sind. Auch ist denkbar, dass die oben genannten Werkstoffkombinationen untereinander kombiniert werden.

Claims

Injektor (15) mit
einem Aktorraum (45) , in dem ein Aktor (50) angeordnet ist, einer Kolbenführung (60, 106, 115), in der eine Bohrung (65, 105, 115) vorgesehen ist,
einem Kolben (70, 100, 110), der in der Bohrung (65, 105, 115) der Kolbenführung (60, 106, 115) angeordnet ist,
- wobei der Kolben (70, 100, 110) eine dem Aktor (50) zugewandte erste Stirnseite (75) aufweist,
- wobei der Kolben (70, 100, 110) mit der ersten
Stirnseite (75) einen ersten in und/oder an der Bohrung (65, 105) angeordneten ersten Raum (45, 80, 125) begrenzt,
- wobei der Kolben (70, 100, 110) mit einer dem ersten Raum (45, 80, 125) gegenüberliegenden zweiten
Stirnseite (86) einen in und/oder an der Bohrung (65, 105) angrenzenden zweiten Raum (80, 85, 40) begrenzt,
- wobei der Kolben (70, 100, 110) zwischen dem ersten Raum (45, 80, 125) und dem zweiten Raum (80, 85, 40) angeordnet ist,
- wobei umfangsseitig des Kolbens (70, 100, 110)
zwischen dem Kolben (70, 100, 110) und der Bohrung (65, 105, 115) ein Spalt (150, 155, 185) mit einer
Spaltbreite (b) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolben (70, 100, 110) einen ersten Werkstoff und die Kolbenführung (60, 106, 115) einen zweiten Werkstoff aufweist,
wobei der erste Werkstoff bei Erwärmung eine erste Wär¬ meausdehnung und der zweite Werkstoff bei Erwärmung eine zur ersten Wärmeausdehnung unterschiedliche zweite Wärme¬ ausdehnung aufweist,
wobei der erste Werkstoff zu dem zweiten Werkstoff derart gewählt ist, dass bei Erwärmung der Kolbenführung (60, 106, 115) und/oder des Kolbens (70, 100, 110) die Spaltbreite (b) des Spalts (150, 155, 185) abnimmt, um eine Kraftstoff- leckage (160, 170, 190) zwischen dem ersten Raum (45, 80, 125) und dem zweiten Raum (80, 85, 40) zu begrenzen.
Injektor (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff und der zweite Werkstoffe derart gewählt sind, dass bei Erwärmung der Kolbenführung (60, 106, 115) und/oder des Kolbens (70, 100, 110), eine Leckage des Kraftstoffs durch den Spalt (150, 155, 185) im Wesentlichen über die Erwärmung der Kolbenführung (60, 106, 115) und/oder des Kolbens (70, 100, 110) konstant ist.
Injektor (15) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungs¬ koeffizienten und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff derart gewählt sind, dass der erste Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient .
Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei die beiden Werkstoffe derart gewählt sind, dass die beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten einen Unterschied von 3 bis 12-10-6 K-1, insbesondere 5 bis 10-10-6 K-1 aufweisen.
Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5 bis 25-10-6 K-1 und der zweite Werkstoff einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffi¬ zienten von 10 bis 30-10-6 K-1 aufweist.
Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, der eine der beiden Werkstoffe Hartmetall, insbesondere in einer Zusammensetzung aufweisend wenigstens 70 Prozent, vorzugsweise wenigstens 90 Wolframcarbid und 1 bis 30 Prozent, vorzugsweise 1 bis 10 Prozent, Kobalt oder Nickel-Chrom oder Nickel-Chrom-Kobalt und der andere der beiden Werkstoffe Stahl, insbesondere ein unlegierter oder niedriglegierter Stahl, ist.
7. Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine der beiden Werkstoffe Titan aufweist, insbesondere wenigstens 50 Prozent, vorzugsweise 80 Prozent Titan, und der andere der beiden Werkstoffe einen Stahl aufweist, der wenigstens eines der folgenden Metalle umfasst: Chrom, Nickel, Mangan, Kupfer.
8. Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine der beiden Werkstoffe Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 12 bis 16 ·10"6 K"1 und der andere der beiden Werkstoffe einen Manganstahl, insbesondere einen MnNilOCul8 oder MnNilöCulO, aufweist.
9. Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (60, 106, 115) eine Steuerplatte (60) oder eine Leckagepinbohrung (105) oder eine Düsennadelhülse (115) ist und dass der Kolben (70, 100, 110) korrespondierend zur Kolbenführung (60, 106, 115) ein Steuerkolben (70) oder ein Leckagepin (100) oder eine Düsennadel (110) ist.
10. Injektor (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum (50) ein Piezoaktor (50) ist .
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