WO2005095788A1 - Common-rail-injektor - Google Patents

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WO2005095788A1
WO2005095788A1 PCT/EP2005/050224 EP2005050224W WO2005095788A1 WO 2005095788 A1 WO2005095788 A1 WO 2005095788A1 EP 2005050224 W EP2005050224 W EP 2005050224W WO 2005095788 A1 WO2005095788 A1 WO 2005095788A1
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pressure
valve piston
common rail
fuel
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PCT/EP2005/050224
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2547/006—Springs assisting hydraulic closing force

Definitions

  • the piezo actuator is pressurized axially, radially or transversely.
  • the piezo actuator is used to actuate the valve piston.
  • the efficiency of the injector is improved by the elimination of the control quantity that occurs with servo valves.
  • the necessary axial preload for the piezo actuator is generated at least partially hydraulically. As a result, no large spring forces have to be realized in the injector, which results in space advantages and cost advantages. Due to the very fast switching speed of the valve with piezo actuator, the tolerance behavior of the injector can be improved. In addition, the smallest quantity capability (pre-injection quantities) is ensured.
  • a first end of the valve piston delimits the hydraulic coupling space and a second end of the valve piston protrudes into a valve control chamber which is connected to a fuel return in the injection position of the valve piston , and which is in the rest position of the valve piston with the pressure from the high-pressure fuel accumulator.
  • the fuel return can, for example, be connected to a fuel tank and enables a rapid pressure reduction in the valve control room.
  • the injector is filled, at least partially, with fuel via the valve control chamber.
  • Another preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that a first sealing edge, which interrupts a connection between the valve control chamber and the fuel return line in the rest position of the valve piston, and a second sealing edge is formed on the valve piston, which is in the injection position of the Valve piston interrupts a connection between the high-pressure fuel accumulator and the valve control chamber.
  • the injector When the valve piston is at rest, the injector is not activated, which means that there is no injection. In the Injection position of the valve piston is injected with high-pressure fuel from the injector into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Another preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that the diameter of the second sealing edge is somewhat smaller than the diameter of the valve piston guide section. As a result, a small hydraulic contact pressure is generated in the injection position of the valve piston, which ensures tight contact of the second sealing edge with its associated valve seat, which can be provided on the injector housing.
  • valve control chamber is connected to a valve member control chamber.
  • Nozzle needles are preferably used as the valve member, the tip of which is pressed against an appropriately designed nozzle needle seat by means of a prestressed nozzle spring.
  • the tip of the nozzle needle lifts off its seat and fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine through injection holes.
  • the pressure booster chamber 22 is connected to the pressure chamber 15 in the nozzle body 8 via a connecting channel 28.
  • the pressure booster control chamber 23 is connected via a connecting channel 29 to a valve control chamber 30, which is recessed in a valve body 31.
  • An intermediate piece 32 is arranged between the valve body 31 and the injector body 7, in which a central connecting channel 33 is recessed.
  • the connection channel 33 creates a connection between the pressure booster work chamber 26 and the valve control chamber 30.
  • the first sealing edge 36 is in contact with the associated sealing seat, which is formed on the valve body 31.
  • Rail pressure is present in the hydraulic coupling space 49. This is ensured by a suitable design of the sealing gaps.
  • the components in the guide area of both coupler pistons are designed in such a way that they are also subjected to high pressure from the outside. This avoids a widening of the sealing gaps due to the coupler room pressure which impairs the function. Alternatively, the coupler space could also be filled using a correspondingly small throttle.
  • the valve control chamber 30 is also supplied with the rail pressure from the high-pressure storage chamber 2 via the fuel supply lines 3, 4, the pressure booster working chamber 26 and the connecting channel 33.
  • the pressure booster control chamber 23 is also subjected to the rail pressure via the connecting channel 29. Rail pressure also prevails in the pressure booster chamber 22, the nozzle filter chamber 17 and the pressure chamber 15.
  • the valve piston 34 can also be completely pressure-balanced. In this case, the necessary closing forces to ensure the tightness of the valve seats must be provided by preloaded springs or the actuator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (7,8,31,32,39,40), das einen Kraftstoffzulauf (3,4) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhoch­druckquelle (2) außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum (15) innerhalb des Injektorge­ häuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils, insbesondere eines 3/2-Wegeventils, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird. Um einen Common-Rail-Injektor zu schaffen, der kos­tengünstig herstellbar ist und auch bei hohen Drü­cken zuverlässig arbeitet, umfasst das Steuerven­til, insbesondere das 3/2-Wegeventil, einen in dem Injektorgehäuse zwischen einer Ruhestellung und ei­ner Einspritzstellung hin und her bewegbaren Ven­tilkolben (34), der hydraulisch mit einem Piezoak­tor (43) gekoppelt ist, der mit dem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle (2) beaufschlagt ist.

Description

Common-Rail-Injektor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, das einen KraftstoffZulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außer- halb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2- egeventils mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 29 415 AI ist ein druckübersetzter Kraftstoffinjektor be- kannt, der über einen Hochdruckspeicherraum mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Vom Innenraum des Hochdruckspeicherraums erstreckt sich eine Zuleitung zu einem Druckübersetzer, der in den Kraftstoffinjektor integriert ist. Der Druckübersetzer ist von einem Injektorkörper des Kraftstoffinjektors umschlossen. Der Kraftstoffinjektor umfasst ferner ein Zumessventil, das als 3/2- ege-ventil ausgebildet ist. Das Zumessventil kann sowohl als Magnetventil ausgebildet sein als auch über einen Piezoaktor betätigt werden. Daneben kann das Zumessventil auch als Servoventil oder als direkt schaltendes Ventil ausgebildet sein. Die Steuerung bekannter Common-Rail-Injektoren erfolgt meist mit Servoventilen oder Magnetventilen, die teuer und toleranzempfindlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail- Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, das einen KraftstoffZulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des In ektorgehäuses und mit einem Druck- räum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines 3/2- egeventils mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird, zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und auch bei hohen Drü- cken zuverlässig arbeitet.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, das einen KraftstoffZulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle beziehungsweise einem Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des In- jektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils, insbesondere eines 3/2- egeventils, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird, dadurch gelöst, dass das Steuerventil, insbesondere das 3/2-Wegeventil, einen in dem Injektorgehäuse zwischen einer Ruhestellung und einer Einspritzstellung hin und her bewegbaren Ventilkolben um- fasst, der hydraulisch mit einem Piezoaktor gekoppelt ist, der mit dem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle beaufschlagt ist. Der Piezoaktor ist dabei sowohl axial wie auch radial beziehungsweise quer mit Druck beaufschlagt. Der Piezoaktor dient zur Betätigung des Ventilkolbens. Durch den Wegfall der bei Servoventilen anfallenden Steuermenge wird der Wirkungsgrad des Injektors verbessert. Die notwendige axiale Vorspannkraft für den Piezoaktor wird zumindest teilweise hydraulisch erzeugt. Da- durch müssen im Injektor keine großen Federkräfte realisiert werden, wodurch sich Bauraumvorteile und Kostenvorteile ergeben. Durch die sehr schnelle Schaltgeschwindigkeit des Ventils mit Piezoaktor kann das Toleranzverhalten des Injektors verbessert werden. Zudem wird die Kleinstmengenfähigkeit (Vor- einspritzmengen) sichergestellt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common- Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorgehäuse einen mit dem Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher beaufschlagten hydraulischen Kopplungsraum umfasst, über den der Piezoaktor hydraulisch mit dem Ventilkolben gekoppelt ist. An dem Piezoaktor kann zum Beispiel ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Kopf aus Metall angebracht sein, dessen Stirnseite den hydraulischen Kopplungsraum begrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der hydraulische Kopplungsraum vorzugsweise durch eine Stirnseite des Ventilkolbens begrenzt. Der hydraulische Kopplungsraum dient dazu, Volumenausdehnungen des Piezoaktors aufgrund von Temperaturschwankungen im Betrieb auszugleichen. Zusätzlich kann damit eine Kraft/Weg-Übersetzung zwischen Piezoaktor und Ventilkolben realisiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Co mon-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende des Ventilkolbens den hydrau- lischen Kopplungsraum begrenzt und ein zweites Ende des Ventilkolbens in einen Ventilsteuerraum ragt, der in der Einspritzstellung des Ventilkolbens mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht, und der in der Ruhestellung des Ventilkolbens mit dem Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher beaufschlagt ist. Der Kraftstoffrücklauf kann zum Beispiel mit einem Kraftstofftank in Verbindung stehen und ermöglicht einen schnellen Druckabbau in dem Ventilsteuerraum. In der Ruhestellung des Ventil- kolbens wird der Injektor, zumindest teilweise, über den Ventilsteuerraum mit Kraftstoff gefüllt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkolben eine erste Dichtkante, die in der Ruhestellung des Ventilkolbens eine Verbindung zwischen dem Ventilsteuerraum und dem Kraftstoffrücklauf unterbricht, und eine zweite Dichtkante ausgebildet ist, die in der Einspritzstellung des Ventilkolbens eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher und dem Ventilsteuerraum unterbricht. In der Ruhestellung des Ventilkolbens ist der Injektor nicht aktiviert, das heißt, es findet keine Einspritzung statt. In der EinspritzStellung des Ventilkolbens wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Injektor in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Ende des Ventilkolbens ein Ven- tilkolbenführungsabschnitt ausgebildet ist, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der ersten Dichtkante ist. Dadurch wird in der Ruhestellung des Ventilkolbens eine kleine hydraulische Anpresskraft erzeugt, die eine dichte Anlage der ersten Dichtkante an ihrem zugehörigen Ventilsitz gewährleistet, der an dem Injektorgehäuse vorgesehen sein kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zweiten Dichtkante etwas kleiner als der Durchmesser des Ventilkolbenfüh- rungsabschnitts ist. Dadurch wird in der Einspritzstellung des Ventilkolbens eine kleine hydraulische Anpresskraft erzeugt, die eine dichte Anlage der zweiten Dichtkante an ihrem zugehörigen Ventilsitz gewährleistet, der an dem Injektorgehäuse vorgesehen sein kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben einteilig ausgebildet ist. Die einteilige Ausführung hat den Vorteil, dass beide Dichtkanten durch den Ventilkolbenführungsab- schnitt geführt werden. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist. Die mehrteilige Aus- führung liefert fertigungstechnische Vorteile, besonders in Verbindung mit einem mehrteiligen Ventilkörper.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum mit einem Ventilgliedsteuerraum in Verbindung steht. Als Ventilglied werden bevorzugt Düsennadeln eingesetzt, deren Spitze mit Hilfe einer vorgespannten Düsenfeder gegen einen entsprechend ausgebildeten Düsennadel- sitz gedrückt wird. Wenn der Druck in dem Ventilsteuerraum über das 3/2-Wegeventil abgebaut wird, dann hebt die Spitze der Düsennadel von ihrem Sitz ab und Kraftstoff wird durch Spritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum mit einem Druckverstär- kersteuerraum in Verbindung steht . Der Druckverstärkersteuerraum dient zur Steuerung eines Druckverstärkerkolbens der in dem Injektorgehäuse hin und her bewegbar aufgenommen sein kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit einem Druckverstärker und
Figur 2 ein zweites Aus ührungsbeispiel im Längs- schnitt durch den Injektor ohne Druckverstärker.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen Common- Rail-Injektor 1 dargestellt, der über einen nur schematisch angedeuteten Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Vom Innenraum des Hoch- druckspeieherraums 2 erstreckt sich eine KraftstoffZuleitung 3, 4 zu einem Druckübersetzer 5, der in den Kraftstoffin ektor 1 integriert ist. Der Druckübersetzer 5 ist von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen.
Das Injektorgehäuse 6 umfasst einen Injektorkörper 7 und einen Düsenkörper 8, der eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist. In der Führungsbohrung 9 ist eine Düsennadel 10 hin und her bewegbar ge- führt. Die Düsennadel 10 weist eine Spitze 11 auf, an der eine Dichtfläche ausgebildet ist, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, der an dem Düsenkörper 8 ausgebildet ist. Wenn sich die Spitze 11 der Düsennadel 10 mit ihrer Dichtfläche in Anlage an dem Dichtsitz befindet, sind mehrere Spritzlöcher 12, 13 in dem Düsenkörper 8 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 11 von ihrem Sitz abhebt, wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 12, 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
An der Düsennadel 10 ist eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in einem Druckraum 15 in dem Düsen- körper 8 angeordnet ist. Die Düsennadel 10 ist durch eine Düsenfeder 16 mit ihrer Spitze 11 gegen den zugehörigen Düsennadelsitz vorgespannt. Die Düsenfeder 16 ist in einem Düsenfederraum 17 aufgenommen, der in dem Injektorkörper 7 ausgespart ist. Der Düsenfederraum 17 steht über einen Verbindungskanal 18, in dem eine Drossel 19 angeordnet ist, mit einen Druckverstärkersteuerraum 23 in Verbindung. Außerdem steht der Düsenfederraum 17 über einen Verbindungskanal 20, in dem eine Drossel 21 vorgesehen ist, mit einem Druckverstärkerraum 22 in Verbindung.
Der Druckverstärkerraum 22 wird von einem Abschnitt einer zentralen Bohrung in dem Injektorkörper 7 ge- bildet, in der ein Ende 24 eines Druckverstärkerkolbens 25 hin und her bewegbar aufgenommen ist. Das Ende 24 des Druckverstärkerkolbens 25 hat die Gestalt eines Kreiszylinders, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der anschließende Teil des Druckverstärkerkolbens 25. Das andere Ende des Druckverstärkerkolbens 25 ragt in einen Druckver- stärkerarbeitsraum 26, der über die KraftstoffZuleitung 3, 4 mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher- raum 2 in Verbindung steht. In dem Druckverstärker- arbeitsraum 26 ist eine Druckverstärkerfeder 27 angeordnet, mit deren Hilfe der Druckverstärkerkolben 25 in Richtung von der Düsennadel 10 weg vorgespannt ist.
Der Druckverstärkerraum 22 steht über einen Verbindungskanal 28 mit dem Druckraum 15 in dem Düsenkörper 8 in Verbindung. Der Druckverstärkersteuerraum 23 steht über einen Verbindungskanal 29 mit einem Ventilsteuerraum 30 in Verbindung, der in einem Ventilkörper 31 ausgespart ist. Zwischen dem Ventilkörper 31 und dem Injektorkörper 7 ist ein Zwischenstück 32 angeordnet, in dem ein zentraler Verbindungskanal 33 ausgespart ist. Der Verbindungska- nal 33 schafft eine Verbindung zwischen Druckver- stärkerarbeitsraum 26 und dem Ventilsteuerraum 30.
Der Ventilsteuerraum 30 wird von einem Abschnitt einer zentralen Bohrung gebildet, die in dem Ven- tilkörper 31 ausgespart ist. Der Ventilsteuerraum 30 hat einen größeren Durchmesser als der dem Zwischenstück 32 abgewandte Abschnitt der Bohrung. In der zentralen Bohrung des Ventilkörpers 31 ist ein Ventilkolben 34 hin und her bewegbar aufgenommen. Der Ventilkolben 34 weist einen Ventilkolbenfüh- rungsabschnitt 35 auf, der in der zentralen Bohrung des Ventilkörpers 31 geführt ist. An dem dem Ven- tilkolbenführungsabschnitt 35 abgewandten Ende des Ventilkolbens 34 ist eine erste Dichtkante 36 aus- gebildet, die an einem Dichtsitz anliegt, der an dem Ventilkörper 31 ausgebildet ist. An der dem Ventilkolbenführungsabschnitt 35 abgewandten Stirnseite des Ventilkolbens 34 ist eine zweite Dichtkante 37 ausgebildet, die an dem Zwischenstück 32 in Anlage kommen kann. Zwischen dem Ventilkolben- führungsabschnitt 35 und der ersten Dichtkante 36 ist in dem Ventilkörper 31 ein Rücklaufkanal 38 vorgesehen, der mit einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank in Verbindung steht.
An den Ventilkörper 31 schließt ein Piezoaktorkör- per 39 an, der durch einen Deckel' 40 verschlossen ist. Der Deckel 40, der Piezoaktorkörper 39, der Ventilkörper 31, das Zwischenstück 32, der Injektorkörper 7 und der Düsenkörper 8 bilden zusammen das Injektorgehäuse 6. In dem Piezoaktorkörper 39 ist ein zentraler Piezoaktorraum 41 ausgespart, der über einen Verbindungskanal 42 mit der Kraftstoff- Zuleitung 3 und somit mit dem Hochdruckspeicherraum 2 in Verbindung steht. In dem mit Hochdruck beaufschlagten Piezoaktorraum 41 ist ein Piezoaktor 43 angeordnet, der einen Piezoaktorkopf 44 aus Metall mit einer freien Stirnseite 45 aufweist. An dem Piezoaktorkopf 44 ist ein Bund 46 ausgebildet. Zwischen dem Bund 46 und einer Piezoaktorhülse 48 ist eine Piezoaktorfeder 47 eingespannt. Der Piezoaktorkopf 44 ist relativ zu der Piezoaktorhülse 48 in axialer Richtung verschiebbar. An der Piezoak- torhülse 48 ist eine Dichtkante ausgebildet, die an dem Ventilkörper 31 anliegt. Im Inneren der Piezoaktorhülse 48 ist zwischen der Stirnseite 45 des Piezoaktorkopfs 44 und der freien Stirnseite des Ventilkolbenführungsabschnitts 35 des Ventilkolbens 34 ein hydraulischer Kopplungsraum 41 ausgebildet, der mit Hochdruck aus dem Hochdruckspeicherraum 2 beaufschlagt ist. In Figur 1 ist der Common-Rail-Injektor 1 in seinem deaktivierten Zustand dargestellt. Der Ventilkolben 34 befindet sich in seiner Ruhestellung. Dabei befindet sich die erste Dichtkante 36 in Anlage an dem zugehörigen Dichtsitz, der an dem Ventilkörper 31 ausgebildet ist. In dem hydraulischen Kopplungsraum 49 steht Raildruck an. Das wird durch eine geeignete Auslegung der Dichtspalte sichergestellt. Die Bauteile sind im Führungsbereich beider Kopp- lerkolben so ausgebildet, dass sie auch von außen mit Hochdruck beaufschlagt sind. Dadurch wird eine funktionsbeeinträchtigende Aufweitung der Dichtspalte durch den Kopplerraumdruck vermieden. Alternativ könnte die Befüllung des Kopplerraumes auch durch eine entsprechend kleine Drossel erfolgen. Der Ventilsteuerraum 30 ist über die Kraftstoffzuleitungen 3, 4, den Druckverstärkerarbeitsraum 26 und den Verbindungskanal 33 ebenfalls mit dem Raildruck aus dem Hochdruckspeicherraum 2 beauf- schlagt. Der Druckverstärkersteuerraum 23 ist über den Verbindungskanal 29 ebenfalls mit dem Raildruck beaufschlagt. In dem Druckverstärkerraum 22, dem Düsenfilterraum 17 und dem Druckraum 15 herrscht ebenfalls Raildruck.
Zur Aktivierung des Common-Rail-Injektors 1 wird der Piezoaktor 43 über elektrische Leitungen 51, 52 bestromt und dehnt sich aus . Die Ausdehnung des Piezoaktors 43 führt über den Piezoaktorkopf 44 zu einer Druckzunahme in dem hydraulischen Kopplungsraum 49. Diese Druckzunahme führt zu einer axialen Bewegung des Ventilkolbens 34 nach unten, das heißt zur Düsennadel 10 hin. Der Ventilkolben 34 bewegt sich dabei solange nach unten, bis die zweite Dichtkante 37 an dem Zwischenstück 32 zur Anlage kommt und die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 33 und dem Ventilsteuerraum 30 unterbricht. Gleichzeitig hebt die erste Dichtkante 36 von ihrem Dichtsitz an dem Ventilkörper 31 ab und öffnet eine Verbindung zu dem Ventilsteuerraum 30 und dem Rücklaufkanal 38. Der Ventilkolben 34 befindet sich dann in seiner (nicht dargestellten) Einspritzstellung. Der Ventilsteuerraum 30 wird aufgrund der Verbindung mit dem Rücklaufkanal 38 druckentlastet. Über den Verbindungskanal 29 zwischen dem Ventilsteuerraum 30 und dem Druckverstärkersteuerraum 23 wird der letztgenannte ebenfalls druckentlastet. Da der Druckverstärkerarbeitsraum 26 über die Kraftstoffzuleitungen 3, 4 nach wie vor mit dem Raildruck aus dem Hochdruckspeicherraum 2 beaufschlagt ist, bewegt sich der Druckverstärkerkolben 25 nach unten, das heißt zur Düsennadel 10 hin, wodurch der Kraftstoff in dem Druckverstärkerraum 22 komprimiert wird. Diese Druckerhöhung wirkt sich über den Verbindungskanal 28 auch in dem Druckraum 15 aus. Das wiederum führt dazu, dass die Düsennadel 10 von ihrem Sitz abhebt und Kraftstoff eingespritzt wird.
Durch die optimierte konstruktive Auslegung mit dem Piezoaktor 43 im Raildruck, mit dem Raildruck in dem hydraulischen Kopplungsraum 49 und geeigneten Druckflächen an dem Ventilkolben 34 wird eine sehr einfache und kostengünstige Gesamtkonstruktion erreicht . Die notwendige axiale Vorspannkraft für den Piezoaktor 43 wird hauptsächlich hydraulisch erzeugt. Der 3/2-Ventilkolben 34 wird direkt von dem Piezoaktor 43 gesteuert. Der hydraulische Kopp- lungsraum 49 ist zum Ausgleich von Temperaturausdehnungen und zur Kraft/Weg-Übersetzung vorgesehen. Der Ventilkolben 34 ist nahezu vollständig druckausgeglichen ausgeführt. Dies wird dadurch er- reicht, dass am Ventilkolben eine Druckfläche X ausgebildet ist, die ständig mit Hochdruck aus dem Injektorzulauf beaufschlagt ist. Dadurch wird nur eine kleine Aktorkraft zum Bewegen des Ventils notwendig und es kann ein kleiner und kostengünstiger Piezoaktor verwendet werden. Der Ventilaufbau mit dem Ventilkörper 31 und dem Zwischenstück 32 in Verbindung mit dem einteiligen Ventilkolben 34 mit Flachsitz erlaubt eine einfache Fertigbarkeit.
Der Ventilkolben 34 kann auch vollständig druckausgeglichen ausgeführt sein. In diesem Fall müssen die notwendigen Schließkräfte zur Sicherstellung der Dichtheit der Ventilsitze durch vorgespannte Federn beziehungsweise den Aktor bereitgestellt werden .
Der Ventilkolben 34 kann auch als mehrteiliger Kolbenverbund ausgeführt werden, wobei die beiden Steuerkanten in einem Bauteil und der Kolbenab- schnitt, der den Kopplerraum begrenzt, in einem weiteren Bauteil angeordnet ist. Dadurch kann auch der Ventilkörper mehrteilig ausgebildet sein. Dies bietet Vorteile bei der Fertigung sehr kleiner Ventilgeometrien.
In Figur 2 ist ein Common-Rail-Injektor 1 ohne Druckverstärker dargestellt. Der in Figur 2 dargestellte Common-Rail-Injektor 1 umfasst den gleichen Piezoaktorkörper, den gleichen Injektorkörper und das gleiche Zwischenstück wie der in Figur 1 dargestellte Common-Rail-Injektor. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen eingegangen.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Common-Rail- Injektor 1 steht der Ventilsteuerrraum 30 über einen Verbindungskanal 55, in dem eine Drossel 56 angeordnet ist, mit einem Düsennadelsteuerraum 57 in Verbindung. Der Düsennadelsteuerraum 57 ist innerhalb einer Dichthülse 58 angeordnet, die mit einer Beißkante ausgestattet ist. Außerdem wird der Düsennadelsteuerraum 57 durch eine Stirnseite einer Düsennadel 59 begrenzt. An der Düsennadel 59 ist ein Bund 60 ausgebildet. Zwischen dem Bund 60 und der Dichthülse 58 ist eine Feder 61 so vorgespannt, dass die Beißkante der Dichthülse 58 gegen das Injektorgehäuse gedrückt wird. Auf der anderen Seite wird die Düsennadel 59 mit ihrer Spitze aufgrund der Vorspannkraft der Feder 61 in Anlage an dem zugehörigen Düsennadelsitz gehalten. Ein Druckraum 63 steht über Abflachungen 65, 66 mit der Düsennadelspitze in Verbindung. Außerdem steht der Druckraum 63 über einen Verbindungskanal 68 und die KraftstoffZuleitungen 3, 4 mit dem Hochdruckspeicherraum 2 in Verbindung. Der Verbindungs anal 68 steht über einen Verbindungskanal 69 und einem Verbindungskanal 70, in dem eine Drossel 71 angeordnet ist, mit dem Düsennadelsteuerraum 57 in Verbindung. Der in Figur 2 dargestellte Common-Rail-Injektor 1 befindet sich im deaktivierten Zustand. Die erste Dichtkante 36 ist geschlossen und die zweite Dichtkante 37 ist geöffnet. In dem Kopplungsraum 49 steht Raildruck an. Der Ventilsteuerraum 30, der Düsennadelsteuerraum 57 und der Druckraum 63 stehen ebenfalls unter Raildruck. Der Ventilkolben 34 befindet sich in seiner Ruhestellung.
Zur Aktivierung des in Figur 2 dargestellten Common-Rail-Injektors 1 wird der Piezoaktor 43 bestromt und dehnt sich aus . Dies bewirkt eine Druckzunahme in dem hydraulischen Kopplungsraum 49 und dadurch eine Bewegung des Ventilkolbens 34 nach unten. Dabei öffnet die erste Dichtkante 36 und die zweite Dichtkante 37 schließt, so dass eine Verbindung zwischen dem Ventilsteuerraum 30 und dem Rücklauf 38 freigegeben wird. Dadurch wird der Ventilsteuerraum 30 druckentlastet. Diese Druckentlas- tung wirkt sich über den Verbindungkanal 55 auch in dem Düsennadelsteuerraum 51 aus, so dass die Düsennadel 59 mit ihrer Spitze von dem zugehörigen Sitz abhebt, wodurch Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraft- stoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (7,8,31,32,39,40), das einen KraftstoffZulauf (3,4) aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle (2) außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum (15; 63) innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils, insbesondere eines 3/2- Wegeventils, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil, insbesondere das 3/2- Wegeventil, einen in dem Injektorgehäuse zwischen einer Ruhestellung und einer Einspritzstellung hin und her bewegbaren Ventilkolben (34) umfasst, der hydraulisch mit einem Piezoaktor (43) gekoppelt ist, der mit dem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle (2) beaufschlagt ist.
2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorgehäuse (7,8,31,32,39,40) einen mit dem Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher beaufschlagten hydraulischen Kopplungsraum (49) umfasst, über den der Piezoaktor (43) hydraulisch mit dem Ventilkolben (34) gekoppelt ist.
3. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkolben (34) eine Druckfläche ausgebildet ist, die ständig mit Hochdruck aus dem Kraftstoffzulauf (3) beaufschlagt ist.
4. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende des Ven- tilkolbens (34) den hydraulischen Kopplungsraum (49) begrenzt und ein zweites Ende des Ventilkolbens (34) in einen Ventilsteuerraum (30) ragt, der in der Einspritzstellung des Ventilkolbens (34) mit einem Kraftstoffrücklauf (38) in Verbindung steht und der in der Ruhestellung des Ventilkolbens (34) mit dem Druck aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher (2) beaufschlagt ist.
5. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilkolben 34 eine erste Dichtkante (36) , die in der Ruhestellung des Ventilkolbens (34) eine Verbindung zwischen dem Ventilsteuerraum (30) und dem Kraftstoffrücklauf (38) unterbricht, und eine zweite Dichtkante (37) ausgebildet ist, die in der Einspritzstellung des Ventilkolbens (34) eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher (2) und dem Ventilsteuerraum (30) unterbricht.
6. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Ende des Ventilkolbens (34) ein Ventilkolbenführungsabschnitt (35) ausgebildet ist, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der ersten Dichtkante (36) ist.
7. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zweiten Dichtkante (37) etwas kleiner als der Durchmesser des Ventilkolbenführungsabschnitts (35) ist.
8. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (34) einteilig ausgebildet ist.
9. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (34) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist.
10. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (30) mit einem Ventilgliedsteuerraum (57) in Verbindung steht.
11. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (30) mit einem Druckverstärkersteuerraum (23) in Verbindung steht.
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