WO2005068820A1 - Kraftstoffinjektor mit direkter nadelsteuerung - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit direkter nadelsteuerung Download PDF

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WO2005068820A1
WO2005068820A1 PCT/DE2004/002553 DE2004002553W WO2005068820A1 WO 2005068820 A1 WO2005068820 A1 WO 2005068820A1 DE 2004002553 W DE2004002553 W DE 2004002553W WO 2005068820 A1 WO2005068820 A1 WO 2005068820A1
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injection valve
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translator
pressure
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PCT/DE2004/002553
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • Fuel injectors are used to supply the combustion chambers of ner internal combustion engines with fuel.
  • the injection pressure is provided via a high-pressure accumulator. Due to the large volume of fuel in the high-pressure accumulator compared to the injection quantity, pressure fluctuations during the injection process are avoided.
  • the fuel injectors are operated hydraulically with the fuel made available via the high-pressure accumulator.
  • Fuel injectors such as those used in the prior art for high-pressure storage systems are e.g. B. from Mollenhauer, manual diesel engines, second edition, Springer publishing house, Berlin, 2002 known.
  • both the opening and the closing process are hydraulically controlled.
  • a control room in which fuel is under injection pressure is closed by a control valve.
  • the fuel pressure acts on the rear of a control piston, which acts into the control chamber, and on a pressure shoulder on an injection valve member which closes the injection openings.
  • the hydraulic force on the rear of the control piston is opposite to the hydraulic force that acts on the pressure shoulder. Due to the larger area on the control piston, the nozzle remains closed.
  • the control valve opens the control chamber, the pressure in the control chamber is reduced and the hydraulic force on the pressure shoulder becomes greater than the pressure force acting on the rear of the control piston. This causes the injection valve member to open.
  • the fuel is supplied both to the control chamber and to a pressure chamber, from which the fuel enters the combustion chamber via injection openings, via feed lines in the injector housing.
  • the fuel injectors known from the prior art with an injection valve member, control piston and control valve have a complex structure. Presentation of the invention
  • the injection valve member Due to the hydraulic force on the end face of the translator part of the injection valve member and the spring force acting on the expansion between the translator area and the guide area of the injection valve member, the injection valve member is placed on a sealing edge of the pressure chamber facing the combustion chamber. As a result, the at least one injection opening in the combustion chamber is closed.
  • the injection valve member opens placed the sealing edge and thus closed the at least one injection opening.
  • the volume of the translator space 11 is reduced by the movement of the pressure intensifier 2 in the direction of the at least one injection opening 8. As a result, the pressure in the translation chamber 11 increases.
  • the booster room 11 is delimited by an end face 12 of the booster area 4 of the injection valve member 3. Due to the hydraulic force acting on the end face 12 of the booster area 4 of the injection valve member 3, the injection valve member 3 is placed against a sealing edge 13 arranged above the at least one injection opening 8. As a result, the at least one injection opening 8 is closed.
  • a spring force which is generated by a spring element 15 accommodated in a spring chamber 14, supports the hydraulic force acting on the end face 12 of the translator area 4 of the injection valve member 3 when the injection valve member 3 is closed.
  • a spiral spring is preferably used as the spring element 15.
  • One side of the spring element 15 preferably lies on a ring 16, which in turn rests on a step 18 formed by an extension 17 between the translator area 4 and the guide area 5.
  • the spring element 15 is preferably supported against an end face 20 of the sleeve 19.
  • first pressure stage 38 formed on the extension 17 between the translator region 4 and the guide region 5 of the injection valve member 3
  • second pressure stage 39 formed between the guide region 5 and the nozzle needle region 6 and on a needle tip of the injection valve member 3
  • third pressure stage 40 formed directly above the sealing edge 13 has a constant hydraulic force which is directed against the hydraulic force on the end face 12 of the booster area 4 of the injection valve member 3.
  • the hydraulic force on the first pressure stage 38, the second pressure stage 39 and the third pressure stage 40 is constant because the spring chamber 14 and the pressure chamber 34 constantly with stem pressure are applied.
  • the piezo actuator 7 is energized again. As a result, the piezo crystals in the piezo actuator 7 expand and the piezo actuator 7 lengthens. This leads to the pressure intensifier 2 moving in the direction of the at least one injection opening 8.
  • the lower end face 10 of the pressure booster 2 moves into the booster room 11 and thus reduces its volume. As a result, the pressure in the booster chamber 11 increases and thus the hydraulic force acting on the end face 12 of the booster area 4 of the injection valve member 3.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit Hochdruckspeicher (26) mit einem in einen Übersetzerbereich (4), einen Führungsbereich (5) und einen Nadelbereich (6) gestuften Einspritzventilglied (3), wobei der Übersetzerbereich (4) des Einspritzventilgliedes (3) zum Öffnen von Einspritzöffnungen (8) mit einer Stirn fläche (12) in einen Übersetzerraum (11) einfahrbar ist. Auf der der Stirnfläche (12) des Übersetzerbereichs (4) des Einspritzventilgliedes (3) gegenüberliegenden Seite ist der Übersetzerraum (11) durch eine untere Stirnfläche (10) eines Druckübersetzers (2) begrenzt. Der Druckübersetzer (2) wird direkt durch einen Aktor (7) angesteuert.

Description

Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung
Technisches Gebiet
Zur Nersorgung der Brennräume von Nerbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt. Insbesondere bei selbstzündenden Nerbrennungskraftmaschinen wird der Einspritzdruck über einen Hochdruckspeicher bereitgestellt. Aufgrund des im Vergleich zur Einspritzmenge großen Kraftstoffvolumens im Hochdruckspeicher werden Druckschwankungen während des Einspritzvorganges vermieden. Der Betrieb der Kraftstoffinjektoren erfolgt hydraulisch mit dem über den Hochdruckspeicher bereitgestellten Kraftstoff.
Stand der Technik
Kraftstoffinjektoren, wie sie nach dem Stand der Technik für Hochdruckspeichersysteme eingesetzt werden, sind z. B. aus Mollenhauer, Handbuch Dieselmotoren, Zweite Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 2002 bekannt. Bei Kraftstoffinjektoren für Hochdruckspeichersysteme ist sowohl der Öffnungs- als auch der Schließvorgang hydraulisch gesteuert. Hierzu wird ein Steuerraum, in dem sich Kraftstoff unter Einspritzdruck befindet, durch ein Steuerventil verschlossen. Der Kraftstoffdruck wirkt auf die Rückseite eines Steuerkolbens, der in den Steuerraum hinein wirkt, und auf eine Druckschulter an einem Ein- spritzöffhungen verschließenden Einspritzventilglied. Dabei ist die hydraulische Kraft auf die Rückseite des Steuerkolbens der hydraulischen Kraft, die auf die Druckschulter wirkt, entgegengesetzt. Aufgrund der größeren Fläche am Steuerkolben bleibt die Düse geschlos- sen. Sobald das Steuerventil den Steuerraum öffnet, wird der Druck im Steuerraum abgebaut und die hydraulische Kraft auf die Druckschulter wird größer als die auf die Rückseite des Steuerkolbens wirkende Druckkraft. Dies führt dazu, dass das Einspritzventilglied öffnet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren erfolgt die Kraftstoffversorgung sowohl des Steuerraumes als auch eines Druckraumes, aus dem der Kraftstoff über Einspritzöffnungen in den Brennraum gelangt, über Zuleitungen im Injektorgehäuse. Zudem haben die aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren mit Einspritzventilglied, Steuerkolben und Steuerventil einen komplexen Aufbau. Darstellung der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor wird ein Kraftstoffinjektor für Hochdruckspeichersysteme mit einem kompakten Aufbau bereitgestellt. Hierzu wirkt ein Aktor des Kraftstoffinjektors direkt auf einen als Übersetzerkolben ausgebildeten Druckübersetzer. Der Aktor ist dabei z. B. ein Piezoaktor, ein Elektromagnet oder ein hydraulisch/mechanischer Steller. Zur Steuerung des Kraftstoffinjektors wirkt der Aktor direkt auf eine obere Stirnfläche des Übersetzerkolbens. Eine untere Stirnfläche des Druck- Übersetzers bildet eine Seite eines Übersetzerraumes, eine Stirnfläche eines gestuften Einspritzventilglieds begrenzt den Ubersetzerraum auf der gegenüberliegenden Seite. Im Ubersetzerraum ist ein Absatz ausgebildet, so dass sich der Ubersetzerraum von einem großen zu einem kleineren Durchmesser verjüngt. Der größere Durchmesser des Übersetzerraums ist dabei dem im gleichen Durchmesser ausgebildeten Druckübersetzer zuge- wandt, während der Bereich des Übersetzerraums mit kleinem Durchmesser dem Einspritzventilglied zugewandt ist.
Das Einspritzventilglied ist in einen Ubersetzerbereich, einen Führungsbereich und einen Originalbereich gestuft. Zum Öffnen von Einspritzöffnungen bewegt sich das Einspritzven- tilglied in Richtung des Druckübersetzers. Hierbei fährt die Stirnfläche des Übersetzerbereichs des Einspritzventilgliedes in den Ubersetzerraum ein.
Der Ubersetzerbereich des Einspritzventilgliedes ist von einem Federraum umgeben, in welchem ein Federelement aufgenommen ist. Das Federelement ist vorzugsweise als Spi- ralfeder ausgebildet. Auf einer Seite stützt sich das Federelement auf einen Ring, welcher auf einer zwischen dem Ubersetzerbereich und dem Führungsbereich des Einspritzventilgliedes ausgebildeten Erweiterung aufliegt. Auf der anderen Seite stützt sich das Federelement gegen eine Stirnfläche einer ringförmig den Ubersetzerbereich des Einspritzventilgliedes umgebenden Hülse. Auf der der Stirnfläche gegenüberliegenden Seite ist die Hülse mit einer Beißkante versehen. Mittels der durch das Felderelement ausgeübten Federkraft wird die Hülse mit der Beißkante gegen das Injektorgehäuse gepresst und begrenzt so seitlich den Ubersetzerraum und dichtet diesen ab.
Der für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verwendete Kraftstoff strömt von einem Hochdruckspeicher in einen den Aktor umgebenden Ringraum. Über im Injektorgehäuse aufgenommene Bypässe strömt der Kraftstoff vom Ringraum in den Federraum. Über Führungsleckage zwischen dem Ubersetzerbereich des Einspritzventilgliedes und der Hülse gelangt Kraftstoff in den Ubersetzerraum. Der Führungsbereich des Einspritzventilgliedes ist mit mindestens einem Anschliff versehen, sodass der Kraftstoff zwischen dem Anschliff und der Nadelführung in einen den Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes umgebenden ringförmigen Druckraum strömt. Durch die Ausbildung eines Anschliffs im Führungsbereich des Einspritzventilgliedes, entlang dem der Kraftstoff strömen kann, wird sichergestellt, dass im Druckraum Systemdruck herrscht. Der Systemdruck liegt dabei vor- zugsweise im Bereich von 150 bis 2000 bar. Weiterhin kann durch den Anschliff auf eine Zuleitung vom Federraum in den Druckraum verzichtet werden. Hierdurch wird der Ferti- gungsprozess des Kraftstoffinjektors vereinfacht.
Bei Verwendung eines Piezoaktors zum Steuern des Kraftstoffinjektors wird der Piezo- aktor zum Schließen der Einspritzöffnungen bestromt. Im bestromten Zustand dehnen sich die Piezokristalle im Piezoaktor aus und der Piezoaktor längt sich. Die Längung des Piezoaktors bewirkt eine Kraft auf die obere Stirnfläche des Druckübersetzers. Der Druckübersetzer bewegt sich hierdurch in Richtung der Einspritzöffnungen und verkleinert so den an der Unterseite des Druckübersetzers angeordneten Ubersetzerraum. Aufgrund der Volumenabnahme des Übersetzerraumes steigt der Druck im Ubersetzerraum. Hierdurch wirkt eine größere hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerteils des Einspritzventilgliedes. Aufgrund der hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerteils des Einspritzventilgliedes und der auf die Erweiterung zwischen dem Ubersetzerbereich und dem Führungsbereich des Einspritzventilgliedes wirkenden Federkraft wird das Einspritz- ventilglied auf eine dem Brennraum zugewandte Dichtkante des Druckraumes gestellt. Hierdurch wird die zumindest eine Einspritzöffnung in den Brennraum verschlossen.
Wird die Bestromung des Piezoaktors aufgehoben, kontrahieren die Piezokristalle und der Piezoaktor zieht sich zusammen. Aufgrund der auf die untere Stirnfläche des Druck- Übersetzers wirkende Druckkraft wird der Druckübersetzer in Richtung des Piezoaktors bewegt. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des Übersetzerraumes, wodurch gleichzeitig die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerbereiches des Einspritzventilgliedes abnimmt. In dem den Ubersetzerbereich des Einspritzventilgliedes umgebenden Federraum und in dem den Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes umgebenden Druckraum herrscht aufgrund der hydraulischen Verbindung mit dem Hochdruckspeicher weiterhin Systemdruck. Hierdurch wirkt auf die Erweiterung zwischen dem Ubersetzerbereich und dem Führungsbereich und auf eine oberhalb der Dichtkante ausgebildete Druckstufe im Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes, sowie auf den Übergang vom Führungsbereich in den Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes eine hydraulische Kraft, die der hydrau-lischen Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerbereichs des Einspritzventilgliedes entgegen gerichtet ist. Sobald die Summe der hydraulischen Kräfte auf die Erweiterung zwischen Ubersetzerbereich und Führungsbereich, den Übergang vom Führungsbereich zum Düsennadelbereich und die Druckstufe im Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes größer ist als die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Übersetzerbereichs des Einspritzventilgliedes und die durch das Federelement wirkende Federkraft, bewegt sich das Einspritzventilglied von der Dichtkante und gibt damit die mindestens eine Einspritzöffnung frei.
Zum Verschließen der Einspitzöffnungen wird der Piezoaktor bestromt, wodurch sich die Piezokristalle ausdehnen und der Piezoaktor längt. Der Piezoaktor wirkt dabei auf die obere Stirnfläche des Druckübersetzers, wodurch sich dieser in Richtung der Einspritz- öffhungen bewegt. Dies führt dazu, dass sich das Volumen des Übersetzerraumes verkleinert, wobei gleichzeitig der Druck im Ubersetzerraum ansteigt. Hierdurch nimmt die auf die Stirnfläche des Übersetzerbereichs des Einspritzventilgliedes wirkende hydraulische Kraft zu. Sobald die auf die Stirnfläche des Übersetzerbereichs des Einsptitzventilgliedes wirkende hydraulische Kraft und die Federkraft des Federelementes größer sind als die auf die Erweiterung zwischen Ubersetzerbereich und Führungsbereich, den Übergang vom Führungsbereich zum Düsennadelbereich und die Druckstufe am Düsennadelbereich des Einspritzventilgliedes wirkende hydraulische Kraft, wird das Einspritzventilglied auf die Dichtkante gestellt und so die mindestens eine Einspritzöffnung verschlossen.
Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben
Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kraft stoffinjektor.
Ausfuhrungsvarianten
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor dargestellt.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Druckübersetzer 2 und eine gestuft ausgebildetes Einspritzventilglied 3. Das Einspritzventilglied 3 gliedert sich vorzugsweise in einen Ubersetzerbereich 4, einen Führungsbereich 5 und einen Düsennadelbereich 6. Der Durchmesser d2 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 ist dabei größer als der Durchmesser d3 des Führungsbereichs 5 des Einspritzventilgliedes 3. Weiterhin ist der Durchmesser di des Düsennadelbereichs 6 vorzugsweise kleiner als der Durchmesser d3 des Führungsbereichs 5 des Einspritzventilgliedes 3.
Die Steuerung des Kraftstoffinjektors 1 erfolgt vorzugsweise mittels einem Piezoaktor 7. Neben dem Piezoaktor 7 kann die Steuerung jedoch auch durch einen Elektromagneten oder einen hydraulisch/mechanischen Steller erfolgen. Zum Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung 8 wird der Piezoaktor 7 bestromt. Durch die Bestromung dehnen sich die Piezokristalle aus und der Piezoaktor 7 längt sich. Der Piezoaktor 7 wirkt direkt auf eine dem Piezoaktor 7 zugewandte obere Stirnfläche 9 des Druckübersetzers 2. Hierdurch wird der als Kolben ausgebildete Druckübersetzer 2 in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 8 bewegt. Mit einer unteren Stirnfläche 10 begrenzt der Druckübersetzer 2 einen Ubersetzerraum 11. Durch die Bewegung des Druckübersetzers 2 in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 8 wird das Volumen des Übersetzerraumes 11 verringert. Hierdurch steigt der Druck im Ubersetzerraum 11 an. An der der unteren Stirnfläche 10 des Übersetzerraums 11 gegenüberliegenden Seite ist der Ubersetzerraum 11 durch eine Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 begrenzt. Durch die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft wird das Einspritzventilglied 3 an eine oberhalb der mindestens einen Einspritzöffnung 8 angeordnete Dichtkante 13 gestellt. Hierdurch wird die mindestens eine die Einspritzöffnung 8 verschlossen.
Eine Federkraft, die durch ein in einem Federraum 14 aufgenommenes Federelement 15 erzeugt wird, unterstützt die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft beim Verschließen des Einspritzventilgliedes 3. Als Federelement 15 wird vorzugsweise eine Spiralfeder eingesetzt. Das Federelement 15 liegt mit einer Seite vorzugsweise auf einem Ring 16 auf, welcher seinerseits auf einer von einer Erweiterung 17 zwischen dem Ubersetzerbereich 4 und dem Führungsbereich 5 ausgebildeten Stufe 18 aufliegt. An der anderen Seite stützt sich das Federelement 15 vorzugsweise gegen eine Stirnfläche 20 der Hülse 19 ab.
An der der Stirnfläche 20 gegenüberliegenden Seite der Hülse 19 ist eine Beißkante 21 ausgebildet. Aufgrund der durch das Federelement 15 auf die Stirnfläche 20 der Hülse 19 aufgebrachten Federkraft wird die Beißkante 21 der Hülse 19 gegen einen Absatz 22 im Injektorgehäuse 23 gedrückt. Dies führt zu einer flüssigkeitsdichten und damit druckdichten Verbindung zwischen dem Absatz 22 des Injektorgehäuses 23 und der Hülse 19. Die Innenseite 24 der Hülse 19 dient als Führung für den Ubersetzerbereich 4 des Einspritzventilgliedes 3 und gleichzeitig als seitliche Begrenzung und Dichtung des Übersetzerraumes 11.
Zur Kraftstoffversorgung ist der Kraft Stoffinjektor 1 über eine Zuleitung 25 mit einem Hochdruckspeicher 26 verbunden. In den Hochdruckspeicher 26 gelangt der Kraftstoff aus einem KraftstoffVoratsbehälter 27 über eine Hochdruckpumpe 28. Durch die Hochdruckpumpe 28 wird der Systemdruck von 150 bis 2000 bar bereitgestellt. Aus dem Hochdruckspeicher 26 strömt der Kraftstoff über die Zuleitung 25 in einen den Piezoaktor 7 umgebenden Ringraum 29. Aus dem Ringraum 29 strömt der Kraftstoff über mindestens einen Bypass 30 in den Federraum 14. Um einen ungestörten Kraftstoffstrom zu gewährleisten, ist zwischen der Außenseite 31 der Hülse 19 und der Wand des Injektorgehäuses 23 ein Ringspalt 32 ausgebildet. Aus dem Federraum 14 gelangt der Kraftstoff entlang einem Anschliff 33 im Führungsbereich 5 des Einspruchsventilgliedes 3 in einen den Düsennadelbe- reich 6 des Einspritzventilgliedes 3 umgebenden Druckraum 34. Durch den mindestens einen Anschliff 33 im Führungsbereich 5 des Einspritzventilgliedes 3 wird ein Bypass zwischen dem Führungsbereich 5 des Einspritzventilgliedes 3 und einer Nadelfuhrung 35 im Düsenteil 36 des Injektorgehäuses 23 gebildet. Durch die Verbindung des Druckraumes 34 mit dem Federraum 14 entlang dem Anschliff 33, die Verbindung des Federraums 14 mit dem Ringraum 29 über den mindestens einen Bypass 30 und die Verbindung des Ringraumes 29 mit dem Hochdruckspeicher 26 über die Zuleitung 25 herrschen sowohl im Ringraum 29 als auch im Federraum 14 sowie im Druckraum 34 Systemdruck, der vorzugsweise im Bereich von 150 bis 2000 bar liegt.
Die Kraftstoffversorgung des Übersetzerraums 11 erfolgt durch Führungsleckage zwischen der Hülse 19 und dem Ubersetzerbereich 4 des Einspritzventilgliedes 3. Während des Betriebes des Kraffstoffinjektors ändert sich der Druck im Ubersetzerraum 11. Bei bestrom- tem Piezoaktor 7 ist der der Druck im Ubersetzerraum 11 vorzugsweise höher als der Systemdruck. Bei nicht bestromtem Piezoaktor 7 ist der Druck vorzugsweise niedrieger als der Systemdruck. Daher ist eine druckdichte Verbindung zwischen der Hülse 19 und dem Absatz 22 des Injektorgehäuses erforderlich.
Zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum 37 der Verbrennungskraftmaschine, wird die zum Schließen erforderliche Bestromung des Piezoaktors 7 beendet. Hierdurch kontrahieren die Piezokristalle im Piezoaktor 7 und der Piezoaktor 7 zieht sich zusammen. Aufgrund der auf die untere Stirnfläche 10 des Druckübersetzers 2 wirkenden hydraulischen Kraft wird der Druckübersetzer 2 in Richtung des Piezoaktors 7 bewegt. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des Übersetzerraumes 11, was zu einen Absinken des Drucks im Ubersetzerraum 11 fuhrt, verglichen mit dem im Federraum 14 herrschenden System- druck. Hierdurch nimmt die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft ab. Gleichzeitig wirkt auf eine an der Erweiterung 17 zwischen dem Ubersetzerbereich 4 und dem Führungsbereich 5 des Einspritzventilgliedes 3 ausgebildete erste Druckstufe 38, auf eine zwischen dem Führungsbereich 5 und dem Düsennadelbereich 6 ausgebildete zweite Druckstufe 39 und auf eine an der Na- del-spitze des Einspritzventilgliedes 3 direkt oberhalb der Dichtkante 13 ausgebildete dritte Druckstufe 40 eine konstante hydraulische Kraft, die der hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 entgegen gerichtet ist. Die hydraulische Kraft auf die erste Druckstufe 38, die zweite Druckstufe 39 und die dritte Druckstufe 40 ist konstant, weil der Federraum 14 und der Druckraum 34 ständig mit Sy- stemdruck beaufschlagt sind. Sobald die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft und die Federkraft des Federelementes 15 kleiner sind als die auf die erste Druckstufe 38, die zweite Druckstufe 39 und die dritte Druckstufe 40 wirkende hydraulische Kraft, hebt sich das Einspritzventilglied 3 von der Dichtkante 13 und gibt die mindestens eine Einspritzöffnung 8 frei.
Ein sicheres Betriebsverhalten des Kraftstoffinjektors 1 wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser d4 des Druckübersetzers 2 größer ist als der Durchmesser d2 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3. Der Durchmesser des Übersetzerraumes 11 ent- spricht im Bereich des Druckübersetzers 2 dem Durchmesser d des Druckübersetzers 2 und im Bereich des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 dem Durchmesser d2 des Übersetzerbereichs 4. Der Übergang vom Durchmesser des Druckübersetzers 2 zum Durchmesser des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 erfolgt mittels des Absatzes 22.
Zum Verschließen der mindestens einen Einspritzöffhung 8 wird der Piezoaktor 7 wieder bestromt. Hierdurch dehnen sich die Piezokristalle im Piezoaktor 7 aus und der Piezoaktor 7 längt sich. Dies führt dazu, dass sich der Druckübersetzer 2 in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 8 bewegt. Dabei fährt die untere Stirnfläche 10 des Drucküberset- zers 2 in den Ubersetzerraum 11 ein und verringert so dessen Volumen. Hierdurch nimmt der Druck im Ubersetzerraum 11 zu und damit die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft. Sobald die auf die Stirnfläche 12 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 wirkende hydraulische Kraft und die Federkraft des Federelemtes 15 größer ist als die konstanten hydraulischen Kräfte, die auf die erste Druckstufe 38, die zweite Druckstufe 39 und die dritte Druckstufe 40 am Einspritzventilglied 3 wirken, wird die Düsennadel 3 auf die Dichtkante 13 gestellt und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffnung 8.
Dadurch, dass der Durchmesser d3 des Führungsbereichs 5 des Einspritzventilgliedes 3 kleiner ist als der Durchmesser d des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 und weiterhin der Durchmesser d2 des Übersetzerbereichs 4 des Einspritzventilgliedes 3 kleiner ist als der Durchmesser d4 des Druckübersetzers 2, wird das Öffnungsverhalten des Kraftstoffinjektors 1 bei niedrigen Systemdrücken verbessert; indem die Geschwindigkeit mit der das Einspritzventilglied 3 bei niedrigen Systemdrücken öffnet, vergrößert und so die mindestens eine Einspritzöffnung 8 schneller freigeben wird.
Um den Kraftstoffinjektor 1 montieren zu können und um den mindestens einen Bypass 30 fertigen zu können, ist das Injektorgehäuse 23 mehrteilig aufgebaut. So ist der Piezoaktor 7 von einem oberen Gehäuseteil 42 umgeben, der Druckübersetzer 2 ist von einem mittleren Gehäuseteil 43 umgeben, an welchem auch der Absatz 22 ausgebildet ist. Der die Hülse 19 umgebende Ringspalt 32 und der Federraum 14 werden durch ein unteres Gehäuseteil 44 gebildet. An das untere Gehäuseteil 44 schließt sich das Düsenteil 36 an, in welchem die Nadelführung 35, der Druckraum 34 und die mindestens eine Einspritzöffnung 8 aufgenommen sind. Die Verbindungsstellen der Gehäuseteile 42, 43, 44, 36 sind durch Teilungsfugen 41 gekennzeichnet. Die Verbindung der Gehäuseteile 42, 43, 44, 36 erfolgt vorzugsweise formschlüssig, z. B. durch Schweißen.
Bezugszeichenliste
Kraftstoffinj ektor
Druckübersetzer
Einspritzventilglied
Ubersetzerbereich
Führungsbereich
Nadelbereich
Piezoaktor
Einspritzöffnungen obere Stirnfläche untere Stirnfläche
Ubersetzerraum
Stirnfläche des Übersetzerbereichs 4
Dichtkante
Federraum
Federelement
Ring
Erweiterung
Stufen
Hülse
Stirnfläche der Hülse 19
Beißkante
Absatz
Injektorgehäuse
Innenseite der Hülse 19
Zuleitung
Hochdruckspeicher
Kraftstoffvorratsbehälter
Hochdruckpumpe
Ringraum
Bypass
Außenwand der Hülse 19
Ringspalt
Anschliff
Druckraum
Nadelführung
Düsenteil
Brennraum 38 erste Druckstufe
39 zweite Druckstufe
40 dritte Druckstufe
41 Teilungsfuge 42 oberes Gehäuseteil
43 mittleres Gehäuseteil
44 unteres Gehäuseteil
di Durchmesser des Nadelbereichs 6 d2 Durchmesser des Ubersetzerbereichs 4 d3 Durchmesser des Führungsbereichs 5 d4 Durchmesser des Druckübersetzers 2

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit Hochdruckspeicher (26), mit einem in einen Ubersetzerbereich (4), einen Führungsbereich (5) und einen Nadel- bereich (6) gestuften Einspritzventilglied (3), wobei der Ubersetzerbereich (4) zum Öffnen von mindestens einer Einspritzöffnung (8) mit einer Stirnfläche (12) in einen Ubersetzerraum (11) einfahrbar ist, und auf der der Stirnfläche (12) des Ubersetzerbereichs (4) des Einspritzventilgliedes (3) gegenüberliegenden Seite der Ubersetzerraum (11) durch eine untere Stirnfläche (10) eines Druckübersetzers (2) begrenzt ist, wobei der Druckübersetzer (2) direkt durch einen Aktor (7) angesteuert wird.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff vom Hochdruckspeicher (26) über mindestens einen Bypass (30) in einen den Ubersetzerbereich (4) des Einspritzventilgliedes (3) umgebenden Federraum (14) und von dort über mindestens einen Anschliff (33) im Führungsbereich (5) des Einspritzventilgliedes (3) in einen den Nadelbereich (6) umgebenden Druckraum (34) gelangt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass um den Ubersetzerbereich (4) des Einspritzventilgliedes (3) ein Federelement (15) aufgenom- men ist, welches sich auf der einen Seite auf einen am Übergang vom Ubersetzerbereich (4) zum Führungsbereich (5) des Einspritzventilgliedes (3) angeordneten Ring (16) und auf der anderen Seite gegen eine den Ubersetzerbereich (4) des Einspritzventilgliedes (3) umgebende Hülse (19) abstützt.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (19) auf der dem Federelement (15) abgewandten Seite mit einer Beißkante (21) versehen ist, die gegen das Injektorgehäuse (23) gepresst wird und so den Ubersetzerraum (11) seitlich begrenzt.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenwand (31) der Hülse (19) und dem Injektorgehäuse (23) ein Ringspalt (32) ausgebildet ist, über den der mindestens eine Bypass (30) mit dem Federraum (14) verbunden ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) eine Spiralfeder ist.
7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezoaktor (7) ist.
8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekeimzeichnet, dass am Übergang vom Ubersetzerbereich (4) zum Führungsbereich (5) des Einspritzventilgliedes (3) eine Erweiterung (17) ausgebildet ist.
9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Brennraum zuweisende Seite der Erweiterung (17) eine erste Druckstufe (38) ist.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Führungsbereich (5) zum Nadelbereich (6) des Einspritzventilgliedes (3) als eine zweite Druckstufe (39) wirkt.
11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Nadelbereich (6) des Einspritzventilgliedes (3) eine dritte Druckstufe (40) ausgebildet ist.
12. Kraftstoffinjektor nach Ansprach 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (16) auf einer dem Ubersetzerbereich (4) des Einspritzventilgliedes (3) zuweisenden Stufe (18) der Erweiterung (17) aufliegt.
13. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorgehäuse (23) ein oberes Gehäuseteil (42), ein mittleres Gehäuseteil (43), ein unteres Gehäuseteil (44) und ein Düsenteil (36) umfasst.
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