WO2002090765A1 - Injektor zum einspritzen von kraftstoff mit in reihe geschalteten steuerventilgliedern - Google Patents

Injektor zum einspritzen von kraftstoff mit in reihe geschalteten steuerventilgliedern Download PDF

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WO2002090765A1
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PCT/DE2002/001542
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves

Definitions

  • fuel injection systems are used, the fuel injectors of which are supplied with fuel via the interposition of high-pressure plenum chambers (common rail). Start of injection and injection quantity are set with the electrically controllable injector.
  • the fuel injectors are installed in the cylinder head without having to make any significant modifications to the cylinder head of the internal combustion engine. Depending on the intended use on passenger cars or commercial vehicles, the injectors used can influence the course of the injection.
  • EP 0 987 432 A2 relates to a fuel injector.
  • This includes a nozzle needle, which is pressed into its seat via a spring element. The end face of the nozzle needle is acted upon by the fuel pressure in a control chamber, in which fuel flows in via a supply line in which a throttle element is received.
  • a control chamber in which fuel flows in via a supply line in which a throttle element is received.
  • an outlet valve which controls the outlet of the fuel from the supply line into a low-pressure area, and a control valve which releases or closes the connection between the control chamber and the low-pressure area.
  • the drain valve and the control valve are operated via a common electromagnetic actuator.
  • the actuator is housed in a housing that encloses the drain valve and the control valve.
  • the control valve, the drain valve and the actuator are arranged so that in the deactivated state the drain valve and the control valve are in their respective open positions. If the actuator is moved into a first position, which corresponds to a first current level, the drain valve is closed while the control valve remains in its open position. On the other hand, if the electromagnetic actuator is energized further and reaches a second, higher current level, the control valve is also closed.
  • the injection is ended by deactivating the actuator, the drain valve initially opening. Since the control valve is still open shortly before the drain valve opens, the pressure can be exerted against the spring element of the nozzle needle Closing the nozzle works, be lowered so that faster needle closing can be achieved.
  • EP 0 994 248 A2 relates to a fuel injector with the shape of the injection course by a piezo actuator.
  • An injection opening is formed on the injector body of the fuel injector.
  • a nozzle needle is movably received in the injector body and can be moved back and forth between a release position of the injection opening and a closed position of the injection opening.
  • a piezoelectric actuator is accommodated in the injector body and can be moved between an active and inactive position.
  • the nozzle needle and the piezoelectric actuator are connected to one another by means of a coupling element in order to convert the movement of the piezoelectric actuator into a larger movement of the nozzle needle during its stroke in the injector body.
  • a combination of a pressure-controlled, partially pressure-balanced control valve with a positively controlled, stroke-controlled control valve can be represented.
  • the pressure-controlled, partially pressure-balanced control valve which is preferably designed as a 3/2-way control valve, can be directly controlled. Direct control of the 3/2-way valve allows its stepped adjustment.
  • the coupling between the pressure-controlled 3/2-way control valve and the force-controlled, stroke-controlled control valve arranged downstream of it is carried out by a rod-shaped transmission element. This can be enclosed by a cup-shaped recess in the 3/2 way control valve.
  • An idle stroke can be set between the contact surface of the transmission element and the contact surface of the 3/2-way control valve body. By means of this idle stroke, the opening and closing times of the 2/2-way valve relieving the control chamber pressure can be set such that the nozzle chamber surrounding the nozzle needle is already acted upon by the partially open 3/2-way control valve with fuel under high pressure ,
  • pressure relief of a control chamber acting on the nozzle needle can be achieved in terms of time and after the nozzle chamber surrounding the nozzle needle is acted on.
  • the 3/2-way control valve which is preferably designed as a seat / slide valve, partial closing allows the downstream 3/2-way control valve to be closed; As long as the 3/2-way control valve is moved out of its seat in the injector housing and the slide part formed on it is still closed, the fuel injector acts as a stroke-controlled injector.
  • the 3/2-way control valve is fully closed in its seat, there is a pressure relief of the nozzle inlet and thus the nozzle area of the nozzle needle in the drain oil drain.
  • the nozzle needle closes by building up pressure in the control room via the inlet bore with inlet throttle, which branches off from the nozzle inlet.
  • Figure 1 A series connection of a 3/2-way control valve and one
  • FIG. 2 shows a booster piston arrangement accommodated above the 3/2 control valve.
  • FIG. 1 shows the connection in series of a 3/2-way control valve and a 2/2-way control valve above a control chamber acting on the nozzle needle.
  • a housing bore 8 is formed in the injector body 2 of an injector 1 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the upper end face of the valve body 7 projects into a transmission chamber 5.
  • the end face of a booster piston 3 opposite the end face of the valve body 7 projects into this translator chamber 5 and can be actuated via an actuator 40 (not shown in FIG. 1).
  • the actuator 40 can also act directly on the end face of the valve body 7 of the first 3/2-way control valve 6 facing it.
  • a constriction 10 is formed on the valve body 7, in the area of which in the injector body 2 an inlet 9 opens at a high-pressure collecting space (common rail), not shown here.
  • the constriction 10 on the valve body 7 tapers in the direction of the valve chamber 13.
  • a seat diameter ser 11 executed, which forms the seat of the valve body 7 with a first seat surface 12 of the injector body 2.
  • valve body 7 of the first 3/2-way control valve 6 is enclosed by a valve chamber 13 in the injector body 2, which is connected to a nozzle inlet 15 via a branch 14.
  • the nozzle inlet 15 in turn opens into a nozzle space, not shown in FIG. 1, which encloses a nozzle needle, also not shown, in the lower region of the injector body 2.
  • An inlet 16 branches off from the nozzle inlet 15 to a control chamber 37.
  • An inlet throttle 17 is accommodated in the inlet 16 to the control chamber 37.
  • the overlap of the slide edge of the slide part 18 of the valve body 7 is designated by reference number 19 (h 2 ).
  • a pot-shaped cavity 23 is formed in the lower region of the valve body 7 and has a contact surface 24 on its side facing a bolt-shaped transmission element 26.
  • the valve body 7 comprises at its lower end an annularly configured end face 20, against which a restoring element designed as a spiral spring 21 rests.
  • the restoring element 21 is accommodated in a cavity in the injector body 2, from which a leak oil drain 22 branches off as well as bores 31.
  • the further control valve 29 is preferably designed as a 2/2-way control valve.
  • the valve member 30 of the further control valve 29 is in its closed position on a seat 32 of the injector body 2.
  • a further seat can optionally be provided in the injector body 2 for the, for example, spherical valve member 30 of the further control valve 29.
  • the control chamber 37 above a push rod 38 which acts on the nozzle needle (not shown here), is relieved of pressure, so that when the control chamber 37 is relieved of pressure, the control volume received in the latter via the outlet throttle 36 and the bores 31 flows out into the leak oil drain 22 above the seat surface 32 in the injector body 2.
  • the valve body 7 of the first control valve 6 is in the closed position, ie the seat diameter 11 of the valve body 7 lies against the seat 12 of the injector body 2.
  • a gap dimension 25 (hj) is established between the contact surface 24 and the upper end face 27 of the bolt-shaped transmission element 26.
  • the valve member 30 of the further control valve 29 also bears against its seat 32 in the injector body 2.
  • the nozzle inlet 14 is connected to the leakage oil outlet 22 via the valve chamber 13 through the opened slide part 18 of the valve body 7, so that the fuel from the nozzle chamber the nozzle inlet, the branch 14 and the valve chamber 13 can run off.
  • this operating position of the first control valve 6 there is a gap 25 between the contact surface 24 and the end face 27 of the transmission element 26 configured in the form of a bolt.
  • the injector 1 acts as a pressure-controlled injector for injecting fuel into the combustion chamber of a combustion engine.
  • valve body 7 of the first control valve 6 moves downward, so that fuel under high pressure is fed from the inlet 9 from the high-pressure accumulation chamber (common rail), not shown here shoots into the valve chamber 13 in the injector body 2 of the injector 1.
  • the fuel flows via the branch 14 into the nozzle inlet 15 and acts on the nozzle chamber, which is not shown here, and which surrounds the nozzle needle with fuel which is under high pressure.
  • the slide part 18 closes the connection of the valve chamber 13 to the leakage oil drain 22.
  • valve member 30 of the further control element 29 After overcoming the idle stroke 25 between the valve body 7 and the upper end face 27 of the bolt-shaped transmission element 26, the valve member 30 of the further control element 29 forcibly opens.
  • the control volume in the pressure-releasable control chamber 27 flows via the outlet throttle 36 into the cavity in which the valve member 30 of the further control valve 29, preferably configured as a 2/2-way control valve, is included.
  • the control volume flows through the bores 31 into the cavity of the injector body 2, in which the spring element 21 is received. From there, the control volume flows out via the leak oil drain 22.
  • the pressure relief of the control chamber 37 causes the push rod 38 projecting into the control chamber 37 to be extended, so that the nozzle needle connected to the push rod 38 projects into the combustion chamber of the internal combustion engine. releases and the fuel volume present in the nozzle chamber via the nozzle inlet 15 can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the valve body 7 of the first control valve 6 can be adjusted in stages by means of the actuator (not shown in FIG. 1).
  • the valve member 30 of the further control valve 29 will also move into its seat 32 when the valve body 7 is partially closed in the direction of its seat 12 in the injector body 2.
  • the pressure relief of the control chamber 37 is terminated by the outlet throttle 36 and the pressure in the control chamber 37 is built up by the fuel volume entering the inlet 16 with the inlet throttle 17 via the nozzle inlet 15.
  • the push rod 38 moves downwards in the vertical direction and thus causes the injection openings to close by inserting a cone of the nozzle needle into its seat.
  • the injector 1 acts as a stroke-controlled injector.
  • valve body 7 Only when the actuator 40 is actuated further (see illustration according to FIG. 2) does the valve body 7 move vertically upward in the housing bore 8 into its seat 12. This overlaps the slide part 18 with the associated control edge on the injector body 2. so that a pressure relief of the nozzle inlet 14 can take place via the branch 14, the valve chamber 13 in the leak oil drain 22.
  • the gap dimension 25 is established between the contact surface 24 on the injector body 7 and the upper end face 27 of the transmission element 26 configured as a bolt.
  • the further control valve 29 is also closed, i. H. the, for example, spherically configured valve member 30 is placed on its seat 32 in the injector body. Due to the pressure build-up generated in the control chamber 37 in the injector body 2, the nozzle needle, which is connected to the push rod 38, is positively closed.
  • the point in time at which the further control valve connected downstream of the valve body 7 in the housing bore 8 can be determined.
  • til 29 opens, ie when the control room 37 is pressurized. This can be achieved that in the valve body 13 partially open Ventilkö ⁇ er 7 at its seat 12 in the injector housing 2 from the high-pressure collection chamber via the inlet 9, the branch 14 and the nozzle inlet 15 fuel flowing in the nozzle chamber, so that immediately after overcoming the gap dimension 25 one Ascending movement of the push rod 38 can take place in the control chamber 37.
  • An opening movement of the nozzle needle therefore takes place immediately after the gap 25 has been overcome, so that the fuel volume already present in the nozzle chamber can be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine without delay.
  • the injector acts as a stroke-controlled injector. If, however, the first control valve 6 on the seat 12 is closed, i. H. the inlet 9 is blocked by the high-pressure collection chamber, the injector is relieved of pressure via the nozzle inlet 15
  • Branch 14 and the valve chamber 13 in the leak oil drain 22 are connected to the first control valve 6, i. H. whose Ventilkö ⁇ er 7 in a fully open state; the one about the
  • Inlet 9 pending fuel flows through the nozzle inlet 15 to the nozzle, with the overlap on the slide part 18 with the associated housing control edge acting simultaneously and the 2/2-way valve, i.e. H. the further control valve 29 opens via the positive control by the transmission element 26 configured in the form of a bolt.
  • the injector 1 acts as a pressure-controlled injector.
  • a stroke- and pressure-controlled injector can be achieved by means of a first control valve 6 designed as a 3/2-way control valve and a 2/2-way valve positively controlled by it. H. combine another control valve 29.
  • FIG. 2 shows a transmission piston arrangement which is accommodated above a 3/2-way control valve.
  • a piezo actuator 40 is accommodated, which acts on a plate-shaped element 43 accommodated in the valve body 2.
  • the plate-shaped element 43 is in turn supported on a Fede ⁇ aket 42 and is received on a further translation piston 4.
  • the end face of the further booster piston opposite the plate element 43 projects into a further booster chamber 41 in the injector body 2.
  • An upper end face of the first booster piston 3 also projects into this, which in turn has the upper end face of the valve body 7 of the first, preferably as, via a booster chamber 5 3/2-way control valve configured to control first control valve 6.
  • a pressure translation designed as a translation piston 3 or 4
  • there is also a mechanical translation of the actuator movement to bring about a sufficient upward and downward movement of the valve body 7, which positively controls the valve member 30 of the further control valve 29 via the bolt-shaped transmission element 26.
  • Transmission element upper end surface lower end surface further control valve (2/2)

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor umfasst einen Injektorkörper (2), in dessen Gehäusebohrung (8) ein erstes 3/2-Wege-Steuerventil (6) aufgenommen ist, dessen Ventilkörper (7) einen Schieberabschnitt (18) und einen Sitzdurchmesser (11) aufweist. Der Ventilkörper (7) des 3/2-Wege-Steuerventils (6) wird über einen Aktor (40) direkt oder indirekt über Übersetzungselemente (3, 4) betätigt. Mittels des Ventilkörpers (7) des 3/2-Wege-Steuerventiles (6) wird ein Ventilglied (30) eines weiteren Steuerventiles (29) über ein Übertragungselement (26) zwangsgesteuert, welches in einer ersten Position des Ventilkörpers (7) in der Gehäusebohrung (8) um ein Spaltmass h1 (25) von diesem beabstandet ist.

Description

Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff mit in Reihe geschalteten Steuerventilgliedern
Technisches Gebiet
Bei Kraftfahrzeugen mit luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen werden Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt, deren Kraftstoffinjektoren über Zwischenschaltung von Hochdrucksammelräumen (Common-Rail) mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Einspritzbeginn und Einspritzmenge werden mit dem elektrisch ansteuerbaren Injektor eingestellt. Die Kraftstoffinjektoren werden, ohne wesentliche Modifikationen am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine vornehmen zu müssen, in diesen eingebaut. Je nach Einsatzzweck an Personenkraftwagen oder an Nutzfahrzeugen kann durch die jeweils eingesetzten Injektoren Einfluß auf den Verlauf der Einspritzung genommen werden.
Stand der Technik
EP 0 987 432 A2 betrifft einen Kraftstoffinjektor. Dieser umfaßt eine Düsennadel, welche über ein Federelement in ihren Sitz gedrückt wird. Die Stirnfläche der Düsennadel wird über den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum beaufschlagt, in welchem Kraftstoff über eine Versorgungsleitung einströmt, in der ein Drosselelement aufgenommen ist. Im Kraftstoffinjektor ist ferner ein Ablaufventil aufgenommen, welches das Ablaufen des Kraftstoffs von der Versorgungsleitung in einen Niederdruckbereich steuert, ferner ein Steuer- ventil, welches die Verbindung zwischen Steuerraum und dem Niederdruckbereich freigibt oder verschließt. Das Ablaufventil und das Steuerventil werden über einen gemeinsamen elektromagnetischen Aktor betätigt. Der Aktor ist in einem Gehäuse aufgenommen, welches das Ablaufventil und das Steuerventil umschließt. Das Steuerventil, das Ablaufventil und der Aktor sind so angeordnet, daß im deaktivierten Zustand das Ablaufventil und das Steuerventil in ihrer jeweiligen Offenstellung stehen. Wird der Aktor in eine erste Stellung bewegt, welche einem ersten Bestromungsniveau entspricht, wird das Ablaufventil geschlossen, während das Steuerventil in seiner Offenstellung verbleibt. Wird der elektromagnetische Aktor hingegen weiter bestromt und erreicht ein zweites, höher liegendes Bestromungsniveau, wird auch das Steuerventil geschlossen.
Mit dieser Lösung wird die Einspritzung durch die Deaktivierung des Aktors beendet, wobei das Ablaufventil zunächst öffnet. Da kurz vor dem Öffnen des Ablaufventiles das Steuerventil noch offen steht, kann der Druck, gegen das Federelement der Düsennadel beim Schließen der Düse arbeitet, abgesenkt werden, so daß ein schnelleres Nadelschließen erzielbar ist.
EP 0 994 248 A2 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit der Einspritzverlaufformung durch einen Piezoaktor. Am Injektorkörper des Kraftstoffinjektors ist eine Einspritzöffnung ausgebildet. Im Injektorkörper ist eine Düsennadel bewegbar aufgenommen, die zwischen einer Freigabestellung der Einspritzöffnung und einer Schließstellung der Einspritzöffnung hin- und her bewegbar ist. Ein piezoelektrischer Aktor ist im Injektorkörper aufgenommen und zwischen einer aktiven und inaktiven Position bewegbar. Mittels eines Kupplungsele- mentes sind die Düsennadel und der piezoelektrische Aktor miteinander verbunden, um die Bewegung des piezoelektrischen Aktors in eine größere Bewegung der Düsennadel bei deren Hub im Injektorkörper umzuwandeln.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Kombination eines druckgesteuerten, teildruckausgeglichenen Steuerventils mit einem zwangsgesteuerten, hubgesteuerten Steuerventil darstellbar. Unter Einsatz eines Piezoaktors kann eine direkte Ansteuerung des druckgesteuerten, teildruckausgeglichenen Steuerventiles, welches bevorzugt als 3/2- Wege- Steuerventil ausgebildet wird, erfolgen. Eine direkte Ansteuerung des 3/2-Wege- Ventils erlaubt dessen gestufte Verstellung. Die Kopplung zwischen dem druckgesteuerten 3/2-Wege-Steuerventil und dem diesen nachgeordneten zwangsgesteuerten, hubgesteuerten Steuerventils erfolgt durch ein stangenförmiges Übertragungselement. Dieses kann von einer topfförmigen Ausnehmung im 3/2 -Wege-Steuerventil umschlossen sein. Zwischen der Anlagefläche des Übertragungselementes und der Anlagefläche des 3/2-Wege- Steuerventilkörpers kann ein Leerhub eingestellt werden. Mittels dieses Leerhubes läßt sich der Öffnungs- bzw. der Schließzeitpunkt des den Steuerraumdruck entlastenden 2/2- Wegeventils so einstellen, daß der die Düsennadel umgebende Düsenraum bereits durch das teilweise geöffnete 3/2- Wege-Steuerventil mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich eine Druckentlastung eines die Düsennadel beaufschlagenden Steuerraumes zeitlich und nach der Beaufschlagung des die Düsennadel umgebenden Düsenraumes erzielen. Am 3/2- Wege-Steuerventil, welches vor- zugsweise als Sitz/Schieberventil ausgestaltet ist, kann bei teilweisem Schließen zum einen ein Schließen des nachgeordneten 3/2-Wege-Steuerventils erreicht werden; solange das 3/2- Wege-Steuerventil aus seinem Sitz im Gehäuse des Injektors herausgefahren ist und der an diesem ausgebildete Schieberteil noch geschlossen ist, wirkt der Kraftstoffinjektor als hubgesteuerter Injektor. Bei vollständigem Schließen des 3/2-Wege-Steuerventils in seinen Sitz, erfolgt eine Druckentlastung des Düsenzulaufs und damit des Düsenraumes der Düsennadel in den Leckölablauf.
Gleichzeitig erfolgt ein Schließen der Düsennadel durch Druckaufbau im Steuerraum über die Zulaufbohrung mit Zulaufdrossel, die vom Düsenzulauf abzweigt.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 Eine Hintereinanderschaltung eines 3/2-Wege-Steuerventils und eines
2/2-Steuerventils oberhalb eines die Düsennadel beaufschlagenden Steu- erraums,
Figur 2 eine oberhalb des 3/2-Steuerventils aufgenommene Übersetzerkolbenanordnung.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Hintereinanderschaltung eines 3/2-Wege-Steuerventils und eines 2/2-Steuerventils oberhalb eines die Düsennadel beaufschlagenden Steuerraumes zu entnehmen.
Im Injektorkörper 2 eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ist eine Gehäusebohrung 8 ausgebildet. In der Gehäuse- bohrung 8 ist ein Ventilkörper 7 eines bevorzugt als 3/2- Wege-Steuerventil ausgeführten Steuerventiles 6 bewegbar aufgenommen. Die obere Stirnfläche des Ventilkörpers 7 ragt in einen Ubersetzerraum 5 hinein. In diesen Ubersetzerraum 5 ragt die der Stirnfläche des Ventilkörpers 7 gegenüberliegende Stirnfläche eines Übersetzerkolbens 3 hinein, der über einen in Fig. 1 nicht dargestellten Aktor 40 betätigbar ist. Der Aktor 40 kann auch unmittelbar auf die ihm zuweisende Stirnfläche des Ventilkörpers 7 des ersten 3/2-Weg- Steuerventiles 6 einwirken.
Am Ventilkörper 7 ist eine Einschnürung 10 ausgebildet, in deren Bereich im Injektorkörper 2 ein Zulauf 9 an einem hier nicht dargestellten Hochdrucksammeiraum (Common Rail) mündet. Die Einschnürung 10 am Ventilkörper 7 läuft in Richtung des Ventilraumes 13 kegelförmig aus. Im unteren Bereich der Einschnürung 10 ist ein Sitzdurchmes- ser 11 ausgeführt, welcher mit einer ersten Sitzfläche 12 vom Injektorkörper 2 den Sitz des Ventilkörpers 7 bildet.
Der Ventilkörper 7 des ersten 3/2-Wege-Steuerventiles 6 ist von einem Ventilraum 13 im Injektorkörper 2 umschlossen, der über einen Abzweig 14 mit einem Düsenzulauf 15 in Verbindung steht. Der Düsenzulauf 15 mündet seinerseits in einen in Fig. 1 nicht dargestellten Düsenraum, welcher eine ebenfalls nicht dargestellte Düsennadel im unteren Bereich des Injektorkörpers 2 umschließt. Vom Düsenzulauf 15 zweigt ein Zulauf 16 zu einem Steuerraum 37 ab. Im Zulauf 16 zum Steuerraum 37 ist eine Zulaufdrossel 17 aufge- nommen.
Der Ventilkörper 7 des bevorzugt als 3/2-Wege-Steuerventil ausgeführten ersten Steuer- ventiles 6 ist in seinem unteren Bereich mit einem Schieberteil 18 versehen. Die Überdek- kung der Schieberkante des Schieberteiles 18 des Ventilkörpers 7 ist mit Bezugszeichen 19 (h2) bezeichnet. Im unteren Bereich des Ventilkörpers 7 ist ein topfförmiger Hohlraum 23 ausgebildet, der an seiner einem bolzenförmigen Übertragungselement 26 zuweisenden Seite eine Anlagefläche 24 aufweist. Der Ventilkörper 7 umfaßt an seinem unteren Ende eine ringförmig konfigurierte Stirnfläche 20, an welchem ein als Spiralfeder 21 ausgebildetes Rückstellelement anliegt. Das Rückstellelement 21 ist in einem Hohlraum im Injek- torkörper 2 aufgenommen, von dem sowohl ein Leckölablauf 22 abzweigt als auch Bohrungen 31.
Das im Injektorkörper 2 koaxial zur Symmetrieachse aufgenommene bolzenförmige Übertragungselement 26 liegt mit seiner unteren Stirnfläche 28 am kugelförmig ausgebildeten Ventilglied 30 eines weiteren Steuerventiles 29 an. Das weitere Steuerventil 29 ist bevorzugt als 2/2- Wege-Steuerventil ausgestaltet. Am Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29 ist eine ringförmige Anlagefläche 33 ausgebildet, an welcher eine weitere Dichtfeder 34 anliegt, die dem kugelförmig ausgebildeten Ventilglied 30 eine Rückstellbewegung aufprägt. Das Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29 liegt in seiner Schließstellung an einer Sitzfläche 32 des Injektorkörpers 2 an. Dieser gegenüberliegend kann optional im Injektorkörper 2 ein weiterer Sitz für das beispielsweise kugelförmig ausgebildete Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29 vorgesehen sein.
Mittels des weiteren Ventilglieds 30 des weiteren Steuerventils 29 im Injektorkörper 2 wird der Steuerraum 37 oberhalb einer Druckstange 38, die auf die hier nicht dargestellte Düsennadel einwirkt druckentlastet, so daß bei Druckentlastung des Steuerraumes 37 das in diesem aufgenommene Steuervolumen über die Ablaufdrossel 36 und die Bohrungen 31 oberhalb der Sitzfläche 32 im Injektorkörper 2 in den Leckölablauf 22 abströmt. In der Darstellung gemäß Fig. 1 befindet sich der Ventilkörper 7 des ersten Steuerventiles 6 in Schließstellung, d. h. der Sitzdurchmesser 11 des Ventilkörpers 7 liegt am Sitz 12 des Injektorkörpers 2 an. In dieser Position des Ventilkörpers 7 stellt sich zwischen der Anlagefläche 24 und der oberen Stirnseite 27 des bolzenförmig konfigurierten Übertragungsele- mentes 26 ein Spaltmaß 25 (hj) ein. Im in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand des Injektors liegt auch das Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29 an seiner Sitzfläche 32 im Injektorkörper 2 an.
In Schließstellung sowohl des Ventilkörpers 7 des ersten Steuerventiles 6 als auch in Schließstellung des Ventilgliedes 30 des weiteren Steuerventiles 29 ist der Düsenzulauf 14 über den Ventilraum 13 durch den aufgesteuerten Schieberteil 18 des Ventilkörpers 7 mit dem Leckölablauf 22 verbunden, so daß der Kraftstoff vom Düsenraum über den Düsenzulauf den Abzweig 14 sowie den Ventilraum 13 ablaufen kann. In dieser Betriebsposition des ersten Steuerventiles 6 stellt sich zwischen der Anlagefläche 24 und der dieser zuwei- senden Stirnfläche 27 des bolzenförmig konfigurierten Übertragungselementes 26 ein Spaltmaß 25. In dieser Betriebsposition wirkt der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verhrennungskraftmaschine als druckgesteuerter Injektor.
Bei Betätigung eines in Fig. 1 nicht dargestellten Aktors 40 (vgl. Darstellung gemäß Fig. 2) fährt der Ventilkörper 7 des ersten Steuerventiles 6 nach unten, so daß vom Zulauf 9 vom hier nicht dargestellten Hochdrucksammeiraum (Common Rail) unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Ventilraum 13 im Injektorkörper 2 des Injektors 1 einschießt. Über den Ventilraum 13 strömt der Kraftstoff über den Abzweig 14 in den Düsenzulauf 15 und beaufschlagt den hier nicht dargestellten, die Düsennadel umgebenden Düsenraum mit un- ter hohem Druck stehenden Kraftstoff. Bei der vertikalen Abwärtsbewegung schließt der Schieberteil 18 die Verbindung des Ventilraumes 13 zum Leckölablauf 22. Nach Überwinden des Leerhubes 25 zwischen Ventilkörper 7 und der oberen Stirnseite 27 des bolzenförmig konfigurierten Übertragungselementes 26 öffnet das Ventilglied 30 des weiteren Steuerelementes 29 zwangsweise. Sobald der Ventilkörper 30 des weiteren Steuerventiles 29 im Injektorkörper 2 öffnet, strömt das Steuervolumen im druckentlastbaren Steuerraum 27 über die Ablaufdrossel 36 in den Hohlraum ein, in welchem das Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29, vorzugsweise als 2/2-Wege-Steuerventil konfiguriert, aufgenommen ist. Über den geöffneten Sitz 32 strömt das Steuervolumen über die Bohrungen 31 in den Hohlraum des Injektorkörpers 2, in welchem das Federelement 21 aufgenommen ist. Von dort strömt das Steuervolumen über den Leckölablauf 22 ab. Durch die Druckentlastung des Steuerraumes 37 wird ein Ausfahren der in den Steuerraum 37 hineinragenden Druckstange 38 bewirkt, so daß die mit der Druckstange 38 in Verbindung stehende Düsennadel in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine hineinragende Einspritzöff- nungen freigibt und das über den Düsenzulauf 15 im Düsenraum anstehende Kraftstoffvolumen in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Mittels des in Fig. 1 nicht dargestellten Aktors kann der Ventilkörper 7 des ersten Steuer- ventiles 6 gestuft verstellt werden. Entsprechend der gestuften Verstellmöglichkeit des Ventilkörpers 7 des ersten Steuerventiles 6 in der Gehäusebohrung 8 des Injektorkörpers 2, wird beim teilweisen Schließen des Ventilkörpers 7 in Richtung seines Sitzes 12 im Injektorkörper 2 auch das Ventilglied 30 des weiteren Steuerventiles 29 in seinen Sitz 32 einfahren. Dadurch wird die Druckentlastung des Steuerraumes 37 durch die Ablaufdrossel 36 beendet und es erfolgt ein Druckaufbau im Steuerraum 37 durch das über den Düsenzulauf 15 in den Zulauf 16 mit Zulaufdrossel 17 eintretende Kraftstoffvolumen. Durch den Druckaufbau im Steuerraum 37 fährt die Druckstange 38 in vertikale Richtung nach unten und bewirkt somit ein Schließen der Einspritzöffnungen durch ein Einfahren eines Kegels der Düsennadel in ihren Sitz.
Beim teilweisen Schließen des Ventilkörpers 7 ist zwar noch eine Überdeckung des Schieberteiles 18 mit der zugehörigen im Injektorkörper 2 ausgeführten Gehäusekante gegeben, " der Ventilkörper 7 jedoch an seinem gehäuseseitigen Sitz 12 noch geöffnet. In diesem teilweise geschlossenen Betriebszustand des ersten Steuerventiles 6 wirkt der Injektor 1 als hubgesteuerter Injektor.
Erst bei weiterer Betätigung des Aktors 40 (vgl. Darstellung gemäß Fig. 2) fährt der Ventilkörper 7 in vertikale Richtung nach oben in der Gehäusebohrung 8 in seinen Sitz 12. Dadurch wird die Überdeckung des Schieberteiles 18 mit der zugehörigen Steuerkante am Injektorköφer 2 aufgehoben, so daß eine Druckentlastung des Düsenzulaufes 14 über den Abzweig 14 den Ventilraum 13 in den Leckölablauf 22 erfolgen kann. Beim vollständigen Schließen, d. h. Einfahren des Ventilköφers 7 in seinen Sitz 12 im Injektorgehäuse 2, stellt sich zwischen der Anlagefläche 24 am Injektorköφer 7 und der dieser zuweisenden oberen Stirnfläche 27 des bolzenförmig konfigurierten Übertragungselementes 26 das Spaltmaß 25 ein. In diesem Zustand ist auch das weitere Steuerventil 29 geschlossen, d. h. das beispielsweise kugelförmig konfigurierte Ventilglied 30 an seinen Sitz 32 im Injektorköφer angestellt. Durch den dadurch erzeugten Druckaufbau im Steuerraum 37 im Injektorköφer 2 wird die Düsennadel, die mit der Druckstange 38 in Verbindung steht, zwangsgeschlossen.
Durch das Festlegen des Spaltmaßes 25 zwischen der Anlagefläche 24 ab Ventilköφer 7 und der oberen Stirnfläche 27 des bolzenförmig konfigurierten Übertragungselementes 36, kann der Zeitpunkt bestimmt werden, an welchem bei vertikaler Abwärtsbewegung des Ventilköφers 7 in der Gehäusebohrung 8 das diesem nachgeschaltete weitere Steuerven- til 29 öffnet, d. h. wann der Steuerraum 37 druckehtlastet wird. Dadurch kann erreicht werden, daß im über den Ventilraum 13 teilweise geöffnetem Ventilköφer 7 an seinem Sitz 12 im Injektorgehäuse 2 vom Hochdrucksammeiraum über den Zulauf 9 den Abzweig 14 und den Düsenzulauf 15 einströmender Kraftstoff im Düsenraum ansteht, so daß unmittelbar nach Überwinden des Spaltmaßes 25 eine Auffahrbewegung der Druckstange 38 in den Steuerraum 37 erfolgen kann. Mithin erfolgt bereits unmittelbar nach Überwinden des Spaltmaßes 25 eine Öffnungsbewegung der Düsennadel, so daß das im Düsenraum bereits anstehende Kraftstoffvolumen ohne Verzögerung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Im teilweise geschlossenen Zustand, d. h. ist das weitere Steuerventil 29 geschlossen, das erste Steuerventil 6 jedoch an seinem Sitz 12 noch geöffnet, der Schieberteil 18 des Injek- torköφers 7 noch geschlossen, wirkt Injektor als hubgesteuerter Injektor. Wird hingegen das erste Steuerventil 6 am Sitz 12 geschlossen, d. h. der Zulauf 9 vom Hochdrucksammel- räum versperrt, erfolgt eine Druckentlastung des Injektors über den Düsenzulauf 15, den
Abzweig 14 und den Ventilraum 13 in den Leckölablauf 22. Hier befindet sich das erste Steuerventil 6, d. h. dessen Ventilköφer 7 in komplett geöffnetem Zustand; der über den
Zulauf 9 anstehende Kraftstoff fließt über den Düsenzulauf 15 zur Düse, wobei gleichzeitig die Überdeckung am Schieberteil 18 mit der zugehörigen Gehäusesteuerkante wirksam wird und das 2/2-Wegeventil, d. h. das weitere Steuerventil 29 über die Zwangssteuerung durch das bolzenförmig konfigurierte Übertragungselement 26 öffnet. In diesem Zustand wirkt der Injektor 1 als druckgesteuerter Injektor.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich die Vorteile eines hub- und druckgesteuer- ten Injektors mittels eines als 3/2-Wege-Steuerventil ausgeführten ersten Steuerventiles 6 und einem durch dieses zwangsgesteuerte 2/2-Wegeventil, d. h. eines weiteren Steuerventiles 29 kombinieren.
Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine oberhalb eines 3/2-Wege-Steuerventiles aufgenom- mene Übersetzerkolbenanordnung zu entnehmen.
Aus dieser Darstellung geht hervor, daß oberhalb des Ventilköφers 7 des ersten Steuerventiles 6 ein Piezoaktor 40 aufgenommen ist, der auf ein tellerförmiges im Ventilköφer 2 aufgenommenes Element 43 einwirkt. Das tellerförmige Element 43 stützt sich seinerseits auf einem Fedeφaket 42 ab und ist an einem weiteren Übersetzerkolben 4 aufgenommen. Die dem Tellerelement 43 gegenüberliegende Stirnseite des weiteren Übersetzerkolbens ragt in einen weiteren Ubersetzerraum 41 im Injektorköφer 2 hinein. In diesen ragt ebenfalls eine obere Stirnfläche des ersten Übersetzerkolbens 3 hinein, der seinerseits über einen Ubersetzerraum 5 die obere Stirnfläche des Ventilköφers 7 des ersten, bevorzugt als 3/2-Wege-Steuerventil konfigurierten ersten Steuerventiles 6 beaufsclilagt. Anstelle einer als Übersetzerkolben 3 bzw. 4 gestalteten Druckübersetzung ist auch eine mechanische Übersetzung der Aktorbewegung zur Herbeiführung einer ausreichenden Auf- und Abwärtsbewegung des Ventilköφers 7, welcher über das bolzenförmig konfigurierte Übertragungselement 26 das Ventilglied 30 des weiteren Steuerventils 29 zwangssteuert.
Bezugszeichenliste
Injektor
Injektorköφer erster Ubersetzerkolben zweiter Ubersetzerkolben
Ubersetzerraum erstes Steuerventil (3/2)
Ventilköφer
Gehäusebohrung
Zulauf Hochdrucksammeiraum
Einschnürung
Sitzdurchmesser
Sitzfläche Gehäuse
Ventilraum
Abzweig
Düsenzulauf
Zulauf Steuerraum
Zulauf drossel
Schieberteil
Schieberüberdeckung h2
Ringstirnfläche
Federelement
Leckölablauf
Hohlraum
Anlagefläche
Spaltmaß hj
Übertragungselement obere Stirnfläche untere Stirnfläche weiteres Steuerventil (2/2)
Ventilglied
Bohrung
Sitzfläche
Ring
Dichtfeder optionaler weiterer Sitz
Ablaufdrossel
Steuerraum Druckstange
Stirnfläche Druckstange
Aktor weiterer Ubersetzerraum
Tellerfedempaket
Tellerelement

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor mit einem Injektorköφer (2), in dessen Gehäusebohrung (8) ein erstes 3/2-Wege-Steuerventil (6) aufgenommen ist, dessen Ventilköφer (7) einen Schieberabschnitt (18) und einen Sitzdurchmesser (11) aufweist und mittels eines Aktors (40) direkt oder indirekt über Übersetzungselemente (3, 4) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilköφer (7) des 3/2-Wege-Steuerventils (6) ein Ventil- glied (30) eines weiteren Steuerventiles (29) über ein Übertragungselement (26) zwangssteuert, welches in einer ersten Position des Ventilköφers (7) in der Gehäusebohrung (8) um ein Spaltmaß hi (25) von diesem beabstandet ist.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkör- per (7) des ersten 3/2-Wege-Steuerventiles (6) einen topfförmigen Hohlraum (23) umfaßt.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Hohlraum (23) eine Anlagefläche (24) für das Übertragungselement (26) aufweist.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) in der Gehäusebohrung (8) des Injektorköφers (2) gestuft betätigbar ist.
5. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Öffnen des Ventilkör- pers (7) aus seinem Sitz (11, 12) nach Überwinden des Spaltmaßes hj (25) das weitere
Steuerventil (29) öffnet, wodurch ein Steuerraum (37) druckentlastet wird.
6. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim teilweisen Schließen des Ventilköφers (7), dessen Schieberteil (18) gehäuseseitig in Überdeckung bleibt, das Ventilglied (30) des weiteren Steuerventils (29) in seinen Sitz (32) fährt.
7. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständigem Schließen des Ventilköφers (7) in seinen Sitz (11, 12) ein Düsenzulauf (14, 15) über einen Ventilraum (13) in einen Leckölablauf (22) druckentlastbar ist.
8. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständigem Schließen des Ventilköφers (7) in seinen Sitz (11, 12) das Spaltmaß hi (25) zwischen dem Ventilköφer (7) und dem Übertragungselement (28) einstellt.
. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilköφer (7) des ersten 3/2-Wege-Steuerventiles (6) und der Ventilköφer (30) des weiteren Steuerventils (29) durch Rückstellfederelemente (21, 34) beaufschlagt sind.
10. Injektor gemäß Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Steuerventil (29) als 2/2-Wege-Steuerventil ausgebildet ist.
1 1. Kraftstoffmjektor gemäß Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellelemente (21, 34) an Ringflächen (20, 33) des Ventilköφers (7) bzw. des Ventil- glieds (30) anliegen.
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