WO2006092344A1 - Kraftstoffinjektor mit direktgesteuertem einspritzventilglied mit doppelsitz - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit direktgesteuertem einspritzventilglied mit doppelsitz Download PDF

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WO2006092344A1
WO2006092344A1 PCT/EP2006/050237 EP2006050237W WO2006092344A1 WO 2006092344 A1 WO2006092344 A1 WO 2006092344A1 EP 2006050237 W EP2006050237 W EP 2006050237W WO 2006092344 A1 WO2006092344 A1 WO 2006092344A1
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valve member
injection valve
fuel injector
sealing sleeve
coupling
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PCT/EP2006/050237
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Inventor
Hans-Christoph Magel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting fuel supplied to the fuel injector via a high-pressure source into a combustion chamber of a combustion engine.
  • the invention relates to a fuel injector with direct-control injection valve member with double seat.
  • both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used.
  • fuel injection systems come next pump-injector units, pump line-nozzle units and storage injection systems are used.
  • Storage injection systems (common rail) advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the internal combustion engine.
  • hydraulic translators can be used.
  • Aktorhub and Düsennadelhub required and a use of long mechanical connecting parts. Therefore, these injectors usually have a poor, indirect transfer behavior of the switching force of the actuator on the nozzle needle.
  • an injection valve member is required, which must go through to fully open the injection openings only a small stroke.
  • the essence of the invention is to combine such a double seat of the injection valve member with fuel supply of the injection openings via both sealing seats with a direct control of the injection valve member by a piezo actuator, thereby achieving an optimized injector design.
  • a fuel injector for injecting fuel supplied via a high-pressure source under pressure to the fuel injector into a combustion chamber of an internal combustion engine is proposed.
  • This fuel injector has an injector housing, a high-pressure chamber, a pressure chamber, a nozzle chamber, an electrically actuatable linear actuator mounted in the high-pressure chamber and an injection valve member coupled to the linear actuator via a coupling.
  • the pressure chamber and the high pressure chamber and the nozzle chamber and the pressure chamber fluidly communicate with each other.
  • the injection valve member is linearly guided in at least one guide section, so that the injection valve member can execute an opening and a closing movement parallel or antiparallel to a closing direction.
  • the injection valve member has at least two sealing seats, such that in a closed position the sealing seats abut against at least one wall of the nozzle chamber.
  • the nozzle chamber is subdivided into at least three subspaces, wherein a first subspace in the closing direction and a third subspace in the closing direction are each fluidically connected to the pressure chamber.
  • a closing direction between the first subspace and the third subsection spatially arranged second subspace is fluidly decoupled from the first subspace and the third subspace and is fluidly connected to at least one Einspritzöffhung for injecting fuel into the combustion chamber in combination.
  • the actuator may, for example, be a piezoelectric actuator, although other actuator designs, for example magnetic actuators, may also be used.
  • the coupling may be, for example, a hydraulic coupling.
  • This hydraulic coupling may additionally include, for example, a hydraulic translator, in particular for translating a stroke of the actuator into a stroke of the injection valve member. In the context of the present invention, this is also to be understood as a "direct needle control.” It has proved to be particularly advantageous if this translator has a transmission ratio in the range from 0.5 to 2, preferably in the range from 1.0 to 1, 5 and particularly preferably of 1.0.
  • a gear ratio is to be understood as the ratio of an injection valve member stroke to the stroke of the actuator.
  • the hydraulic coupling can take place, for example, via a coupling space, which is filled in particular with a hydraulic fluid (preferably fuel) and which can be delimited, for example, by a first coupler piston connected to the actuator and a second coupler piston connected to the injection valve member and at least one sealing sleeve.
  • the sealing sleeve can be connected via at least one spring to the first and / or the second coupling piston.
  • the at least one coupling space has a first coupling space and a second coupling space, which are fluidically connected to one another via at least one connecting channel. It is particularly advantageous if this at least one connecting channel has at least one throttle element, on which the at least one connecting channel is narrowed in its cross section.
  • the coupling chambers can be separated, for example, via a partition connected to the injector housing, wherein both a rigid connection and a flexible connection can be used.
  • the at least one sealing sleeve also have two individual sealing sleeves, wherein the first sealing sleeve is connected via a first spring to the first coupler piston and the second sealing sleeve via a second spring to the second coupler piston and wherein the first sealing sleeve and the second sealing sleeve in each case with the Partition are connected.
  • the first sealing sleeve could be connected to the first coupler piston and the second sealing sleeve to the second coupler piston, wherein both sealing sleeves are each supported by a spring on the partition wall.
  • each sealing sleeve is supported in each case with a spring on the respective coupler piston and with a second spring on the partition.
  • the fluidic connection between the pressure chamber and the nozzle chamber or the pressure chamber and the first subspace and / or the second subspace can be effected, for example, via at least one flow channel embedded in the injection valve member.
  • the required actuator length for direct needle control is greatly reduced.
  • no or only a small path ratio is necessary between the actuator and the injection valve member in order to achieve the required injection valve member stroke.
  • a design of the hydraulic coupler with a Hubüber GmbHsdorf by one is possible. This results in a very stiff transmission behavior of Aktorstell member on the injection valve member, whereby an optimal positioning accuracy of the injection valve member is achieved.
  • Such injector design allows accurate metering of small amounts of fuel. Due to the high transfer rigidity and the fast needle movement, a robust design with low influences of manufacturing tolerances is achieved.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a fuel injector with an injection valve member with double seat and a direct control of the injection valve member via an actuator and a hydraulic booster;
  • Figure 2 shows a second embodiment of a fuel injector with an injection valve member with double seat and direct control of the injection valve member with a simple coupling space.
  • Figure 3 shows a third, to Figure 2 alternative embodiment with a simple coupling space and a run on a single coupler piston sealing sleeve.
  • FIG. 1 shows a first, preferred exemplary embodiment of a fuel injector 110 for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 110 is connected via a high pressure line 112 to a pressure accumulator (common rail) 114.
  • the fuel injector 110 has an injector housing 116.
  • the injector housing 116 has a high-pressure chamber 118, which communicates with the pressure accumulator 114 via the high-pressure line 112 and is supplied with pressurized fuel.
  • the injector housing 116 has a pressure chamber 120 and a nozzle chamber 122.
  • the pressure chamber 120 communicates with the high-pressure chamber 118 via fuel channels 124, which are embedded in a partition wall 126 which separates the pressure chamber 120 from the high-pressure chamber 118.
  • the fuel channels 124 are designed in this embodiment as cylindrical bores, which are introduced into the partition 126. Other embodiments of the fuel channels are conceivable.
  • an injection valve member 128 is introduced, which is guided along a guide portion 130 in the nozzle chamber 122.
  • the injection valve member 128 may move parallel or anti-parallel to a closing direction 132 of the fuel injector 110.
  • flow channels 134 are provided in the form of embedded in the injection valve member 128 flats. Other configurations of the flow channels 134 are conceivable, for example, bores, etc. These flow channels 134 extend vertically and are evenly distributed along the circumference of the injection valve member in this embodiment.
  • the flow channels 134 cause, despite the guidance of the injection valve member 128 in the guide portion 130, the nozzle chamber 122 is in fluid communication with the pressure chamber 120 of the fuel injector 110. In this way, fuel can flow from the high-pressure chamber 118 through the pressure chamber 120 in the closing direction 132 to one or a plurality of injection openings 136, which are embedded in the lower region of the fuel injector 110 in the wall of a tapered region 138 of the nozzle chamber 122.
  • the configuration of these injection openings 136 is known from the prior art and may, depending on the internal combustion engine, for example, vary in their shape, number and arrangement.
  • a piezoelectric actuator 140 is introduced in this embodiment, which can expand or contract in the closing direction 132 of the injection valve member 128.
  • the piezo actuator 140 is sealed on its surface by a suitable seal against the surrounding medium (fuel), so that the functionality of the piezoactuator 140 is not impaired by the fuel.
  • the piezoelectric actuator 140 is on its upper side via a sealing element 142 against a top wall 144th the injector 116 supported.
  • an opening 146 is introduced, via which electrical contacts 148 for driving the piezoelectric actuator 140 are led out of the injector housing 116.
  • the opening 146 can be tightly closed after the electrical contacts 148 have been removed by a suitable sealing compound, for example a plastic.
  • the piezoactuator 140 is connected to a first coupler piston 150.
  • This first coupler piston 150 is surrounded at its lower edge by a first sealing sleeve 152, which is supported by a first spiral spring 154 against a projection 156 of the first coupler piston 150 and thus pressed against the partition wall 126.
  • the first sealing sleeve 152 has an annular shape and is tight against the first coupler piston 150.
  • a first coupling space 158 is formed between the first coupler piston 150 and the partition wall 126, which is bounded by the partition wall 126, the first coupler piston 150 and the sealing sleeve 152.
  • the first sealing sleeve 152 is formed tapering at its lower end, so that a sealing edge is formed.
  • the first coupling space 158 can be filled, for example by a corresponding gap flow in the guide or by other throttle elements with fuel.
  • the upper end of the injection valve member 128 has a second coupler piston 160.
  • the second coupler piston 160 is surrounded by a second, annular sealing sleeve 162, the edge of which tapers pointedly upwards in this embodiment.
  • Other embodiments of the sealing sleeves 152, 162 are conceivable.
  • the second sealing sleeve 162 is supported by a second spiral spring 164 on a projection 166 of the second coupling piston 160 and is thereby pressed against the partition wall 126.
  • the sealing sleeve 162, the upper surface of the second coupler piston 160 and the partition wall 126 define a second coupling space 168. Again, this second coupling space 168 may be filled with fuel, for example via a gap flow or other throttling elements.
  • a connecting channel 170 is further admitted, via which fuel from the first coupling chamber 158 can flow into the second coupling chamber 168 and vice versa.
  • the connecting channel 170 has substantially the shape of a cylindrical bore. Other embodiments are conceivable, for example, a plurality of holes or non-linear course of the connecting channel 170.
  • a throttle element 172 in the form of a spatially limited compared to the length of the connecting channel 170 narrowing. Other configurations of the throttle element 172 are conceivable.
  • the two coupling spaces 158 and 168 realize a hydraulic force transmission between the first coupler piston 150 (and thus the piezo actuator 140) and the injection valve member 128. This hydraulic force transmission in particular compensates for thermal expansions and manufacturing tolerances of the components.
  • a path-force transmission between the piezo actuator 140 and the injection valve member 128 can be realized by this hydraulic coupler.
  • the device shown in Figure 1 with the two coupling spaces 158 and 168 not only acts as a hydraulic power transmission, but can also act as a hydraulic booster 174 for translating a stroke of the piezo actuator 140 in a stroke of the injection valve member 128.
  • this hydraulic booster 174 is composed of the first coupler piston 150, the first coupling space 158, the connecting channel 170, the second coupling space 168 and the second coupler piston 160.
  • the transmission ratio of the hydraulic booster 174 results from the ratio of the hydraulic surfaces of the coupler pistons 150 and 160, ie the end face of the first coupler piston 150 facing the first coupling space 158 and the end face of the second coupler piston 160 facing the second coupling space 168 Manner can, for example, by a reduced compared to the hydraulic surface of the first coupler piston 150 hydraulic surface of the second coupler piston 160 a stroke ratio with a gear ratio greater than one are brought about, whereby a larger stroke of the injection valve member 128 can be effected even with a small stroke of the piezo actuator 140. As a result, the length of the piezo actuator 140 can be shortened. Even with an area ratio of one, so a 1: 1 -Hubüber acid, the illustrated fuel injector 110 can be operated, the hydraulic translator 174 in this case, for example, as described above, can be advantageously used to compensate for thermal expansion and manufacturing tolerances.
  • the injection valve member 128 has a guide section 130 which adjoins the coupler piston 160 in the closing direction 132, followed by a conical section 176 and a cylindrical front section 178.
  • the cylindrical front portion 178 of the injection valve member 128 has a smaller diameter than the nozzle chamber 122, so that between the front portion 178 and the wall of the nozzle chamber 122, an annular gap 180 is formed.
  • Fuel which flows from the pressure chamber 120 via the flow channels 134 in the guide section 130 of the injection valve member 128, can flow through this annular gap 180 in the closing direction 132 of the injection valve member 128 in the direction of the injection openings 136.
  • the injection valve member 128 in its front portion 178 at its lower end two sealing seats 182, 184 on. These sealing seats 182, 184 are formed as circumferential, circular edges of a constriction 186 in the region of the tip of the injection valve member 128.
  • the sealing seats 182, 184 are firmly against the inner wall of the tapered portion 138 of the nozzle chamber 122.
  • the sealing seats 182, 184 are designed so that they form an annular cavity (second subspace 190, see below) in the region of the annular constriction 186 when the tip of the injection valve member 128 abuts against the inner wall of the conically tapering region 138 of the nozzle chamber 122.
  • the injection openings 136 are arranged in the region of this annular cavity in the wall of the tapered region 138.
  • the sealing seats 182, 184 thus subdivide the nozzle chamber 122 into three subspaces 188, 190, 192:
  • a first subspace 188 which is arranged in the closing direction 132 above the sealing seat 182, has a second subspace 190, which is arranged between the two sealing seats 182 and 184 and a third sub-space 192 disposed below the sealing seat 184 in a region which is not completely filled by the front portion 178 of the injection valve member 128.
  • flow channels 194 are inserted into the injection valve member 128, for example in the form of central bores In the injection valve member 128. Via these flow channels 194, fuel can flow from the first subspace 188 into the third subspace 192, so that both subspaces 188, 192 are fluidically connected to one another and the same fuel pressure prevails in these subspaces 188, 192.
  • the injection openings 136 are sealed by the two sealing seats 182, 184 of the injection valve member 128.
  • two sealing seats 182, 184 are thus opened substantially simultaneously.
  • These sealing seats 182, 184 also advantageously have a large diameter, that is to say a diameter which is as close as possible to the diameter of the first partial space 188.
  • Such a small stroke can already be provided by very short piezo actuators 140, as they are currently manageable in mass production.
  • Typical piezo actuators 140 have actuator lengths of about 35 mm and a stroke of about 45 microns.
  • the structure described causes the hydraulic booster 174 can already be designed with a very low hydraulic ratio, in particular with a transmission ratio between 0.5 and 2, advantageously in the range of one.
  • a stiff transmission behavior between the piezoactuator 140 and the injection valve member 128 is achieved, as a result of which the switching characteristics of the fuel injector 110 are greatly improved.
  • the exact metering of very small pilot injection quantities is made possible.
  • the described embodiment is very robust compared to manufacturing tolerances.
  • the ⁇ ffhungs characterizing the injection valve member 128 can be further optimized.
  • an optimized minimum quantity capability and a favorable injection rate profile can be achieved.
  • FIG. 2 a corresponding embodiment with a modified structure of the hydraulic translator 174 is shown schematically.
  • the fuel injector 110 according to the embodiment of Figure 2, an injector housing 116 having a high-pressure chamber 118, a pressure chamber 120 and a nozzle chamber 122.
  • the design of the injection valve member 128 is analogous to the configuration of the injection valve member 128 according to the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the function of the fuel supply to the injection openings 136, in particular the design of the injection valve member 128 with two sealing seats 182 and 184 and the subspaces 188, 190, 192, is identical or identical in function to FIG. 1.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 only in the design of the hydraulic booster 174.
  • the piezoactuator 140 is connected at its lower end in the closing direction 132 to a first coupler piston 150, which in turn has a projection 156.
  • the injection valve member 128 in turn has a second coupler piston 160 at its upper end.
  • the first coupler piston 150 and the second coupler piston 160 are both enclosed by a single sealing sleeve 210, which is supported at its upper end on the projection 156 of the first coupler piston 150.
  • the sealing sleeve 210 is supported by a coil spring 212 on the projection 166 of the second coupling piston 160.
  • a coupling space 214 is in this embodiment not in communication with the coupling chamber 214, but has a cylindrical bore 216 through which the sealing sleeve 210 is guided.
  • an annular gap 218 is formed between the sealing sleeve 210 and the partition wall 126, via which fuel can flow from the high-pressure chamber 118 into the pressure chamber 120.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 has the particular advantage that the number of components is considerably reduced compared to the exemplary embodiment in FIG.
  • the sealing sleeve 210 can also be designed as an integral part of the first coupler piston 150.
  • the sealing sleeve 210 can also be designed as an integral part of the second coupler piston 160, in which case the sealing sleeve 210 would be supported at its upper end by means of the spring 212 against the projection 156 of the first coupler piston 150.
  • two coil springs 210 may alternatively be used, wherein the sealing sleeve 210 would be supported both with respect to the projection 166 of the second coupler piston 160 and with respect to the projection 156 of the first coupler piston 150.
  • a two-part design with separate sealing sleeve 210, as shown in FIG. 2 is advantageous. A minimal volume in the coupling space improves power transmission and minimizes losses.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a fuel injector 110 that is alternative to the embodiment according to FIG.
  • the injection valve member 128 and the functionality of the sealing seats 182, 184 are analogous to the embodiment according to. Figure 2 configured.
  • This embodiment in turn, has a coupling space 310 for force transmission between the piezoactuator 140 and the injection valve member 128.
  • the coupling space 310 is in turn surrounded by a sealing sleeve 312.
  • the embodiment according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 2 substantially in the guidance of the sealing sleeve 312:
  • the coupling according to FIG. 3 has only one coupler piston 150, on which the sealing sleeve 312 is guided.
  • a guide of the sealing sleeve 312 by a second coupler piston (analogous to the coupler piston 160 according to FIG.
  • the sealing sleeve 312 is provided with a sealing edge 314 at its end pointing downwards (ie toward the injection valve member 128) and is supported directly on the projection 166 of the injection valve member 128.
  • a spring element 316 which is supported at its upper end on the projection 156 of the coupler piston 150 connected to the piezoactuator 140, acts on the sealing sleeve 312 with a force in the closing direction 132.
  • the second coupling piston 160 connected to the injection valve member 128 has been dispensed with, and the sealing sleeve 312 is guided only on the first coupler piston 150 connected to the piezoactuator 140.
  • These embodiments, in which the sealing sleeve 312 takes place only on a coupler piston (150 or 160), are particularly advantageous since in this case distortions between piezoactuator 140 and injection valve member 128, which can occur, for example, due to manufacturing inaccuracies in a multipart injector body, are avoided become.
  • the coupler space 214, 310 merely compensates for manufacturing tolerances. Due to the simple structure with only one coupler space 214, 310, there is generally always a direct force transmission between the piezoactuator 140 and the injection valve member 128 with a transmission ratio of 1. Bezues Schweizerliste
  • Nozzle space 210 Sealing sleeve

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Abstract

Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff wird ein Rraftstoffinjektor (110) vorgeschlagen, welcher über eine Hochdruckquelle (114) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor (110) verfugt über eine direkte Steuerung eines Einspritzventilglieds (128) durch einen Piezo-Aktor (140) über einen hydraulischen Übersetzer (174). Weiterhin weist das Einspritzventilglied (128) des Kraftstoffinjektors (110) einen Doppelsitz auf. Für diesen Zweck ist das Einspritzventilglied (128) mit zwei Dichtsitzen (182, 184) versehen. Diese beiden Dichtsitze (182, 184) unterteilen einen Düsenraum (122) des Kraftstoffinjektors (110) in drei Teilräume (188, 190, 192). Dabei stehen bei geschlossenem Einspritzventilglied (128) ein erster Teilraum (188) und eine dritter Teilraum (192) fluidisch miteinander in Verbindung und werden mit Kraftstoff versorgt. Der zweite Teilraum (190), welcher mit Einspritzöffnungen (136) in Verbindung steht, ist hingegen durch die Dichtsitze (182, 184) fluidisch von den Teilräumen (188, 192) entkoppelt. Die vorgeschlagene Anordnung mit einer Kombination aus direkter Nadelsteuerung und Doppelsitz des Einspritzventilglieds (128) weist den Vorteil auf, dass eine Entdrosselung des Kraftstoffinjektors (110) bei sehr geringem Einspritzventilgliedhub auftritt. Dadurch lassen sich insbesondere auch kurze Piezo-Aktoren (140) einsetzen.

Description

Kraftstoffinjektor mit dircktgcstcucrtcm Einspritzventilglied mit Doppelsitz
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von über eine Hochdruckquelle dem Kraftstoffinjektor zugeführtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbren- nungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit direktgesteuertem Einspritzventilglied mit Doppelsitz.
Stand der Technik
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe- Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen.
Aus dem Stand der Technik sind Common-Rail-Injektoren mit Piezo-Aktoren bekannt, bei welchen eine Düsennadel über den Druck in einem oder mehreren Steuerräumen gesteuert wird. Der Druck in diesem bzw. diesen Steuerräumen wird über den Piezo-Aktor und gege- benenfalls ein oder mehrere Steuerventil gesteuert. Bei derartigen Aufbauten wird also die Düsennadel indirekt durch den Piezo-Aktor gesteuert.
Neben diesen indirekt gesteuerten Common-Rail-Injektoren sind mittlerweile aus dem Stand der Technik auch Systeme bekannt, bei denen eine Düsennadel direkt von einem Piezo- Aktor gesteuert wird. Derartige Injektoren weisen eine große Öffhungs- und Schließgeschwindigkeit sowie zumeist einen vergleichsweise einfachen Injektoraufbau auf. Derartige Injektoren benötigen jedoch lange Piezo-Aktoren, um den notwendigen Düsennadelhub zu erreichen. Aus der DE 195 19 191 Cl ist ein Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, welches eine Düsennadel und eine die Düsennadel antreibenden Stößel aufweist sowie eine piezoelektrische Ansteuereinrichtung, die über einen Primär- und einen Sekundärkolben hydraulisch übersetzt ist. Über den Sekundärkolben treibt die piezoelektrische Ansteuerein- richtung den Stößel an, der wiederum die Düsennadel direkt steuert. Der in der DE 195 19 191 Cl beschriebene Aufbau ist jedoch vergleichsweise komplex und weist insbesondere den Nachteil auf, dass vergleichsweise lange Piezo-Aktoren eingesetzt werden müssen, um den nötigen Hub für den Einspritzvorgang zu erzielen und die Düsennadel zu entdrosseln.
Alternativ können hydraulische Übersetzer eingesetzt werden. Dabei sind jedoch meist große hydraulische Übersetzungen zwischen Aktorhub und Düsennadelhub erforderlich sowie eine Verwendung langer mechanischer Verbindungsteile. Daher weisen diese Injektoren in der Regel ein schlechtes, indirektes Übertragungsverhalten von der Schaltkraft des Aktors auf die Düsennadel auf.
Vorteile der Erfindung
Insbesondere zur Reduzierung der notwendigen Aktorlänge ist ein Einspritzventilglied erforderlich, das zum vollständigen Öffnen der Einspritzöffnungen nur einen geringen Hub durchlaufen muss. Dies kann mit einem Einspritzventilglied mit Doppelsitz und Kraftstoffversorgung über beide Dichtsitze erreicht werden. Der Kern der Erfindung besteht darin, einen solchen Doppelsitz des Einspritzventilglieds mit Kraftstoffversorgung der Einspritz- öffnungen über beide Dichtsitze mit einer direkten Ansteuerung des Einspritzventilglieds durch einen Piezo-Aktor zu kombinieren, um dadurch eine optimierte Injektorauslegung zu erreichen. Zu diesem Zweck wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von über eine Hochdruckquelle unter Druck dem Kraftstoffinjektor zugeführten Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Dieser Kraftstoffinjektor weist ein Injektorgehäuse, einen Hochdruckraum, einen Druckraum, einen Düsenraum, einen in dem Hochdruckraum gelagerten elektrisch ansteuerbaren linearen Aktor und ein mit dem linea- ren Aktor über eine Kopplung gekoppeltes Einspritzventilglied auf. Dabei stehen der Druckraum und der Hochdruckraum sowie der Düsenraum und der Druckraum fluidisch miteinander in Verbindung. Das Einspritzventilglied ist in mindestens einem Führungsabschnitt linear geführt, so dass das Einspritzventilglied parallel bzw. antiparallel zu einer Schließrichtung eine Öffnungs- und eine Schließbewegung ausführen kann. Das Einspritz- ventilglied weist mindestens zwei Dichtsitze auf, dergestalt, dass in einer geschlossenen Stellung die Dichtsitze an mindestens einer Wand des Düsenraums anliegen. Dadurch wird der Düsenraum in mindestens drei Teilräume unterteilt, wobei ein in Schließrichtung erster und ein in Schließrichtung dritter Teilraum jeweils fluidisch mit dem Druckraum in Verbindung stehen. Ein in Schließrichtung zwischen dem ersten Teilraum und dem dritten Teil- räum angeordneter zweiter Teilraum ist fluidisch vom ersten Teilraum und vom dritten Teilraum entkoppelt und steht fluidisch mit mindestens einer Einspritzöffhung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum in Verbindung.
Bei dem Aktor kann es sich beispielsweise um einen Piezo-Aktor handeln, wobei jedoch auch andere Aktorbauformen, beispielsweise Magnet-Aktoren, einsetzbar sind. Bei der Kopplung kann es sich beispielsweise um eine hydraulische Kopplung handeln. Diese hydraulische Kopplung kann zusätzlich beispielsweise auch einen hydraulischen Übersetzer, insbesondere zum Übersetzen eines Hubes des Aktors in einen Hub des Einspritzventilglieds aufweisen. Auch dies soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer „direkten Nadelsteuerung" verstanden werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn dieser Übersetzer ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 0,5 bis 2, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 1,5 und besonders bevorzugt von 1,0 aufweist. Unter einem Übersetzungsverhältnis ist dabei das Verhältnis eines Einspritzventilgliedhubs zum Hub des Ak- tors zu verstehen.
Die hydraulische Kopplung kann beispielsweise über einen Kopplungsraum erfolgen, welcher insbesondere mit einem hydraulischen Fluid (vorzugsweise Kraftstoff) gefüllt ist und welcher beispielsweise durch einen mit dem Aktor verbundenen ersten Kopplerkolben und einen mit dem Einspritzventilglied verbundenen zweiten Kopplerkolben sowie mindestens eine Dichthülse begrenzt sein kann. Dabei kann die Dichthülse über mindestens eine Feder mit dem ersten und/oder dem zweiten Kopplerkolben verbunden sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der mindestens eine Kopplungsraum einen ersten Kopplungsraum und einen zweiten Kopplungsraum aufweist, welche über mindestens einen Ver- bindungskanal fluidisch miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn dieser mindestens eine Verbindungskanal mindestens eine Drosselelement aufweist, an welcher der mindestens eine Verbindungskanal in seinem Querschnitt verengt ist. Die Kopplungsräume können beispielsweise über eine mit dem Injektorgehäuse verbundene Trennwand getrennt sein, wobei sowohl eine starre Verbindung wie auch eine flexible Verbindung eingesetzt werden kann. Weiterhin kann die mindestens eine Dichthülse auch zwei einzelne Dichthülsen aufweisen, wobei die erste Dichthülse über eine erste Feder mit dem ersten Kopplerkolben und die zweite Dichthülse über eine zweite Feder mit dem zweiten Kopplerkolben verbunden ist und wobei die erste Dichthülse und die zweite Dichthülse jeweils mit der Trennwand verbunden sind. Alternativ könnte auch die erste Dichthülse mit dem ersten Kopplerkolben und die zweite Dichthülse mit dem zweiten Kopplerkolben verbunden sein, wobei beide Dichthülsen jeweils über eine Feder an der Trennwand abgestützt sind. Auch eine Konstruktion, bei der jede Dichthülse jeweils mit einer Feder am jeweiligen Kopplerkolben und mit einer zweiten Feder an der Trennwand abgestützt ist, ist denkbar. Die fluidische Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Düsenraum bzw. dem Druckraum und dem ersten Teilraum und/oder dem zweiten Teilraum kann beispielsweise über mindestens einen in das Einspritzventilglied eingelassenen Strömungskanal erfolgen. Insbesondere bietet es sich dabei an, einen Strömungskanal in Form einer in das Einspritz- ventilglied eingelassenen Nut oder mehrerer derartiger Nuten zu verwenden.
Durch den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor wird die erforderliche Aktorlänge zur direkten Nadelsteuerung stark reduziert. Zudem ist zwischen Aktor und Einspritzventilglied keine oder nur eine kleine Wegübersetzung notwendig, um den erforderlichen Einspritzven- tilgliedhub zu erreichen. Dabei ist eine Auslegung des hydraulischen Kopplers mit einem Hubübersetzungsverhältnis um Eins möglich. Somit ergibt sich ein sehr steifes Übertragungsverhalten der Aktorstellkräfte auf das Einspritzventilglied, wodurch eine optimale Stellgenauigkeit des Einspritzventilglieds erreicht wird. Eine solche Injektorauslegung erlaubt die genaue Zumessung kleiner Mengen an Kraftstoff. Durch die hohe Übertragungs- Steifigkeit und die schnelle Nadelbewegung wird ein robustes Design mit geringen Einflüssen von Fertigungstoleranzen erreicht.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors mit einem Einspritzven- tilglied mit Doppelsitz und einer direkten Steuerung des Einspritzventilglieds über einen Aktor und einen hydraulischen Übersetzer;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors mit einem Einspritzventilglied mit Doppelsitz und direkter Steuerung des Einspritzventilglieds mit einem einfachen Kopplungsraum; und
Figur 3 ein drittes, zu Figur 2 alternatives Ausführungsbeispiel mit einem einfachen Kopplungsraum und einer auf einem einzelnen Kopplerkolben geführten Dichthülse.
Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt ein erstes, bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 110 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor 110 ist über eine Hochdruckleitung 112 mit einem Druckspeicher (Com- mon-Rail) 114 verbunden. Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor 110 ein Injektorgehäuse 116 auf. Das Injektorgehäuse 116 weist einen Hochdruckraum 118 auf, welcher über die Hochdruckleitung 112 mit dem Druckspeicher 114 in Verbindung steht und mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Weiterhin weist das Injektorgehäuse 116 einen Druckraum 120 sowie einen Düsenraum 122 auf. Der Druckraum 120 steht mit dem Hochdruck- räum 118 über Kraftstoffkanäle 124 in Verbindung, welche in eine Trennwand 126 eingelassen sind, welche den Druckraum 120 vom Hochdruckraum 118 trennt. Die Kraftstoffkanäle 124 sind in diesem Ausführungsbeispiel als zylindrische Bohrungen ausgeführt, welche in die Trennwand 126 eingebracht sind. Auch andere Ausgestaltungen der Kraftstoffkanäle sind denkbar.
In den Druckraum 120 und den Düsenraum 122 ist ein Einspritzventilglied 128 eingebracht, welche entlang eines Führungsabschnitts 130 im Düsenraum 122 geführt ist. Somit kann sich das Einspritzventilglied 128 parallel oder antiparallel zu einer Schließrichtung 132 des Kraftstoffinjektors 110 bewegen. Im Führungsabschnitt 130 des Einspritzventilglieds 128 sind Strömungskanäle 134 in Form von in das Einspritzventilglied 128 eingelassenen Abflachungen vorgesehen. Auch andere Ausgestaltungen der Strömungskanäle 134 sind denkbar, beispielsweise Bohrungen etc. Diese Strömungskanäle 134 erstrecken sich vertikal und sind in diesem Ausführungsbeispiel entlang des Umfangs des Einspritzventilglieds gleichmäßig verteilt. Die Strömungskanäle 134 bewirken, dass trotz der Führung des Einspritzventilglied 128 im Führungsabschnitt 130 der Düsenraum 122 mit dem Druckraum 120 des Kraftstoffinjektors 110 fluidisch in Verbindung steht. Auf diese Weise kann Kraftstoff vom Hochdruckraum 118 durch den Druckraum 120 in Schließrichtung 132 hin zu einem oder einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen 136 fließen, welche im unteren Bereich des Kraftstoffinjektors 110 in die Wand eines konisch zulaufenden Bereichs 138 des Düsenraums 122 ein- gelassen sind. Die Ausgestaltung dieser Einspritzöffnungen 136 ist aus dem Stand der Technik bekannt und kann, in Abhängigkeit von dem Verbrennungsmotor, beispielsweise in ihrer Gestalt, Anzahl und Anordnung variieren.
In den Hochdruckraum 118 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Piezo- Aktor 140 einge- bracht, welcher sich in Schließrichtung 132 des Einspritzventilglieds 128 ausdehnen bzw. zusammenziehen kann. Der Piezo- Aktor 140 ist an seiner Oberfläche durch eine geeignete Abdichtung gegenüber dem Umgebungsmedium (Kraftstoff) abgedichtet, damit die Funktionalität des Piezo- Aktors 140 durch den Kraftstoff nicht beeinträchtigt wird. Der Piezo- Aktor 140 ist an seiner Oberseite über eine Dichtelement 142 gegen eine obere Wand 144 des Injektorgehäuses 116 abgestützt. In die obere Wand 144 ist eine Öffnung 146 eingebracht, über welche elektrische Kontakte 148 zur Ansteuerung des Piezo-Aktors 140 aus dem Injektorgehäuse 116 herausgeführt werden. Die Öffnung 146 kann nach dem Herausführen der elektrischen Kontakte 148 durch eine geeignete Dichtmasse, beispielsweise einen Kunststoff, dicht verschlossen werden.
An seinem unteren Ende ist der Piezo- Aktor 140 mit einem ersten Kopplerkolben 150 verbunden. Diese erste Kopplerkolben 150 ist an seinem unteren Rand von einer ersten Dichthülse 152 umgeben, welche über eine erste Spiralfeder 154 gegenüber einem Vorsprung 156 des ersten Kopplerkolbens 150 abgestützt ist und somit gegen die Trennwand 126 gepresst wird. Die erste Dichthülse 152 hat ringförmige Gestalt und liegt dicht am ersten Kopplerkolben 150 an. Somit bildet sich zwischen dem ersten Kopplerkolben 150 und der Trennwand 126 ein erster Kopplungsraum 158, welcher durch die Trennwand 126, den ersten Kopplerkolben 150 und die Dichthülse 152 begrenzt wird. Die erste Dichthülse 152 ist an ihrem unteren Ende spitz zulaufend ausgeformt, so dass eine Dichtkante gebildet wird. Der erste Kopplungsraum 158 kann beispielsweise durch eine entsprechende Spaltströmung in der Führung oder auch durch andere Drosselelemente mit Kraftstoff befüllt werden.
Das obere Ende des Einspritzventilglieds 128 weist einen zweiten Kopplerkolben 160 auf. Wie auch der erste Kopplerkolben 150 ist auch der zweite Kopplerkolben 160 zylindrisch ausgestaltet. An seinem oberen Ende ist der zweite Kopplerkolben 160 umgeben von einer zweiten, kreisringförmigen Dichthülse 162, deren Rand nach oben hin in diesem Ausführungsbeispiel wiederum spitz zuläuft. Auch andere Ausgestaltungen der Dichthülsen 152, 162 sind denkbar. Die zweite Dichthülse 162 ist durch eine zweite Spiralfeder 164 auf ei- nem Vorsprung 166 des zweiten Kopplerkolbens 160 abgestützt und wird dadurch gegen die Trennwand 126 gepresst. Die Dichthülse 162, die obere Fläche des zweiten Kopplerkolbens 160 und die Trennwand 126 begrenzen einen zweiten Kopplungsraum 168. Wiederum kann dieser zweite Kopplungsraum 168 beispielsweise über eine Spaltströmung oder andere Drosselelemente mit Kraftstoff befüllt werden.
In die Trennwand 126 ist weiterhin ein Verbindungskanal 170 eingelassen, über welchen Kraftstoff aus dem ersten Kopplungsraum 158 in den zweiten Kopplungsraum 168 strömen kann und umgekehrt. Der Verbindungskanal 170 weist im Wesentlichen die Gestalt einer zylindrischen Bohrung auf. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar, beispielsweise eine Mehrzahl von Bohrungen oder auch nicht-geradliniger Verlauf der des Verbindungskanals 170. Vorzugsweise näherungsweise mittig weist der Verbindungskanal 170 ein Drosselelement 172 in Form einer räumlich gegenüber der Länge des Verbindungskanals 170 begrenzten Verengung auf. Auch andere Ausgestaltungen des Drosselelements 172 sind denkbar. Die beiden Kopplungsräume 158 und 168 realisieren eine hydraulische Kraft-Übertragung zwischen dem ersten Kopplerkolben 150 (und damit dem Piezo- Aktor 140) und dem Einspritzventilglied 128. Durch diese hydraulische Kraft-Übertragung wird insbesondere ein Ausgleich von Temperaturdehnungen und Fertigungstoleranzen der Bauelemente bewirkt. Gleichzeitig kann durch diesen hydraulischen Koppler eine Weg-Kraft-Übertragung zwischen Piezo-Aktor 140 und Einspritzventilglied 128 realisiert werden.
Im Ruhezustand herrscht in den beiden Kopplungsräumen 158 und 168 der gleiche Druck wie im Hochdruckraum 118, also näherungsweise der Druck des Druckspeichers 114 (Rail- Druck). Das Einspritzventilglied 128 ist dann geschlossen. Der Piezo-Aktor 140 ist im Ruhezustand elektrisch aufgeladen und weist somit seine maximale Längenausdehnung auf. Zur Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 110 wird der Piezo-Aktor 140 entladen, wodurch sich der Piezo-Aktor 140 verkürzt und der erste Kopplerkolben 150 entgegen der Schließrichtung 132 bewegt wird. Dadurch fällt der Druck im ersten Kopplungsraum 158 ab. Zum Druckausgleich strömt Kraftstoff aus dem zweiten Kopplungsraum 168 durch den Verbindungskanal 170 in den ersten Kopplungsraum 158, wodurch wiederum im zweiten Kopplungsraum 168 kurzfristig ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck wird ausgeglichen, indem sich der zweite Kopplerkolben 160 und somit das gesamte Einspritzventilglied 128 nach oben, also entgegen der Schließrichtung 132, bewegt. Dadurch wird ein Öffhungsvor- gang des Einspritzventilglieds 128 eingeleitet. Zum Schließen des Einspritzventilglieds 128 wird der Piezo-Aktor 140 wieder elektrisch geladen und dehnt sich dabei wieder aus (in Schließrichtung 132). Dadurch entsteht kurzfristig im ersten Kopplungsraum 158 ein Überdruck, welcher dadurch ausgeglichen wird, dass durch den Verbindungskanal 170 Kraftstoff in den zweiten Kopplungsraum 168 strömt, wodurch wiederum ein Druck auf den zweiten Kopplerkolben 160 ausgeübt wird. Damit schließt sich das Einspritzventilglied 128, indem sie eine Bewegung in Schließrichtung 132 ausführt.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung mit den beiden Kopplungsräumen 158 und 168 wirkt nicht nur als hydraulische Kraft-Übertragung, sondern kann auch als hydraulischer Übersetzer 174 zum Übersetzen eines Hubs des Piezo- Aktors 140 in einen Hub des Einspritzventilglieds 128 wirken. Dieser hydraulischer Übersetzer 174 setzt sich also in diesem Ausführungsbeispiel aus dem ersten Kopplerkolben 150, dem ersten Kopplungsraum 158, dem Verbindungskanal 170, dem zweiten Kopplungsraum 168 und dem zweiten Kopplerkolben 160 zusammen. Das Übersetzungsverhältnis des hydraulischen Übersetzers 174 er- gibt sich aus dem Verhältnis der hydraulischen Flächen der Kopplerkolben 150 und 160, also der jeweils dem ersten Kopplungsraum 158 zugewandten Stirnfläche des ersten Kopplerkolbens 150 und der dem zweiten Kopplungsraum 168 zugewandten Stirnfläche des zweiten Kopplerkolbens 160. Auf diese Weise kann, beispielsweise durch eine im Vergleich zur hydraulischen Fläche des ersten Kopplerkolbens 150 verringerte hydraulische Fläche des zweiten Kopplerkolbens 160 eine Hubübersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis größer als Eins herbeigeführt werden, wodurch auch mit einem geringen Hub des Piezo- Aktors 140 ein größerer Hub des Einspritzventilglieds 128 bewirkt werden kann. Dadurch lässt sich die Baulänge des Piezo- Aktors 140 verkürzen. Auch mit einem Flächenverhältnis von Eins, also einer 1 : 1 -Hubübersetzung, lässt sich der dargestellte Kraftstoffinjektor 110 betreiben, wobei der hydraulische Übersetzer 174 in diesem Fall beispielsweise, wie oben beschrieben, zum Ausgleich von Temperaturdehnungen und Fertigungstoleranzen vorteilhaft eingesetzt werden kann.
Das Einspritzventilglied 128 weist neben dem bereits beschriebenen zweiten Kopplerkolben 160 einen an den Kopplerkolben 160 in Schließrichtung 132 nach unten anschließenden Führungsabschnitt 130, gefolgt von einem konischen Abschnitt 176 und einem zylindrischen Frontabschnitt 178 auf. Der zylindrische Frontabschnitt 178 des Einspritzventilglieds 128 weist einen geringeren Durchmesser als der Düsenraum 122 auf, so dass zwischen dem Frontabschnitt 178 und der Wand des Düsenraums 122 ein Ringspalt 180 entsteht. Kraftstoff, welcher aus dem Druckraum 120 über die Strömungskanäle 134 im Führungsabschnitt 130 des Einspritzventilglieds 128 strömt, kann durch diesen Ringspalt 180 in Schließrichtung 132 des Einspritzventilglieds 128 in Richtung auf die Einspritzöffnungen 136 strömen.
Weiterhin weist das Einspritzventilglied 128 in seinem Frontabschnitt 178 an seinem unteren Ende zwei Dichtsitze 182, 184 auf. Diese Dichtsitze 182, 184 sind als umlaufende, kreisförmige Kanten einer Einschnürung 186 im Bereich der Spitze des Einspritzventilglieds 128 ausgebildet. Im geschlossenen Zustand des Einspritzventilglieds 128, also wenn das Einspritzventilglied 128 sich in seiner in Bezug auf die Schließrichtung 132 untersten Stellung befindet, liegen die Dichtsitze 182, 184 fest an der Innenwand des konisch zulaufenden Bereichs 138 des Düsenraums 122 an. Dabei sind die Dichtsitze 182, 184 so ausgestaltet, dass sie bei Anliegen der Spitze des Einspritzventilglieds 128 an der Innenwand des konisch zulaufenden Bereichs 138 des Düsenraums 122 im Bereich der ringförmigen Einschnürung 186 einen ringförmigen Hohlraum (zweiter Teilraum 190, s. u.) ausbilden. Die Einspritzöff- nungen 136 sind im Bereich dieses ringförmigen Hohlraums in der Wand des konisch zulaufenden Bereichs 138 angeordnet. Die Dichtsitze 182, 184 unterteilen also den Düsenraum 122 in drei Teilräume 188, 190, 192: Einen ersten Teilraum 188, welcher in Schließrichtung 132 oberhalb des Dichtsitzes 182 angeordnet ist, einen zweiten Teilraum 190, welcher zwischen den beiden Dichtsitzen 182 und 184 angeordnet ist und einen dritten Teilraum 192, welcher unterhalb des Dichtsitzes 184 angeordnet ist, in einem Bereich, welcher durch den Frontabschnitt 178 des Einspritzventilglieds 128 nicht vollständig ausgefüllt wird.
Im Bereich des Frontabschnitts 178 des Einspritzventilglieds 128 sind Strömungskanäle 194 in das Einspritzventilglied 128 eingelassen, beispielsweise in Form von zentralen Bohrungen in dem Einspritzventilglied 128. Über diese Strömungskanäle 194 kann Kraftstoff vom ersten Teilraum 188 in den dritten Teilraum 192 strömen, so dass beide Teilräume 188, 192 fluidisch miteinander in Verbindung stehen und in diesen Teilräumen 188, 192 gleicher Kraftstoffdruck herrscht.
Im geschlossenen Zustand des Einspritzventilglieds 128 sind die Einspritzöffhungen 136 durch die beiden Dichtsitze 182, 184 des Einspritzventilglieds 128 abgedichtet. Beim Öffnen des Einspritzventilglieds 128, also bei einer Bewegung entgegen der Schließrichtung 132, werden somit zwei Dichtsitze 182, 184 im Wesentlichen gleichzeitig geöffnet. Diese Dicht- sitze 182, 184 weisen zudem vorteilhafter Weise einen großen Durchmesser auf, also einen Durchmesser, welcher möglichst nahe beim Durchmesser des ersten Teilraums 188 liegt. Durch diese Ausgestaltung wird eine Entdrosselung des Kraftstoffinjektors (und damit der Beginn eines Einspritzvorgangs) bereits bei geringem Einspritzventilgliedhub erreicht, zum Beispiel bei einem Hub des Einspritzventilglieds 128 von 40 μm. Ein derart kleiner Hub kann bereits von sehr kurzen Piezo-Aktoren 140, wie sie derzeit in Serienproduktion beherrschbar sind, bereitgestellt werden. Typische Piezo-Aktoren 140 weisen Aktorlängen von ca. 35 mm und einen Hub von ca. 45 Mikrometern auf. Der beschriebene Aufbau bewirkt, dass der hydraulische Übersetzer 174 bereits mit einer sehr geringen hydraulischen Übersetzung, insbesondere mit einem Übersetzungsverhältnis zwischen 0,5 und 2, vorteilhafter Weise im Bereich von Eins, ausgelegt werden kann. Dadurch wird ein steifes Übertragungsverhalten zwischen dem Piezo-Aktor 140 und des Einspritzventilglieds 128 erzielt, wodurch die Schalteigenschaften des Kraftstoffinjektors 110 stark verbessert werden. Insbesondere wird die exakte Zumessung sehr kleiner Voreinspritzmengen ermöglicht. Weiterhin ist das beschriebene Ausführungsbeispiel sehr robust gegenüber Fertigungstoleranzen.
Durch die optionale Verwendung des Drosselelementes 172 zwischen dem ersten Kopplungsraum 158 und dem zweiten Kopplungsraum 168 kann die Öffhungscharakteristik des Einspritzventilglieds 128 weiter optimiert werden. Durch eine Dämpfung der Öffnungsge- schwindigkeit des Einspritzventilglieds 128 durch geeignete Einstellung das Drosselelement 172 kann eine optimierte Kleinstmengenfähigkeit und ein vorteilhafter Einspritzratenverlauf erreicht werden.
Bei Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses des hydraulischen Übersetzers 174 von Eins ergeben sich gleiche hydraulische Flächen für den ersten Kopplerkolben 150 und den zweiten Kopplerkolben 160, insbesondere (bei zylindrischer Ausgestaltung) gleiche Durchmesser dieser Kolben 150, 160. Dadurch ist eine Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus möglich. In Figur 2 ist schematisch ein entsprechendes Ausführungsbeispiel mit geändertem Aufbau des hydraulischen Übersetzers 174 dargestellt. Wiederum weist der Kraftstoffinjektor 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ein Injektorgehäuse 116 mit einem Hochdruckraum 118, einem Druckraum 120 und einem Düsenraum 122 auf. Die Ausgestaltung des Einspritzventilglieds 128 ist analog zur Ausgestaltung des Einspritzventilglieds 128 gemäß dem Ausfiihrungsbeispiel in Figur 1. Auch die Funktion der Kraftstoffzuiuhr zu den Einspritzöfmungen 136, insbesondere die Ausgestaltung des Einspritzventilglieds 128 mit zwei Dichtsitzen 182 und 184 und den Teilräumen 188, 190, 192, ist identisch bzw. iunktionsgleich zu Figur 1.
Das Ausfiihrungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausfiihrungsbeispiel gemäß Figur 1 lediglich in der Ausgestaltung des hydraulischen Übersetzers 174. Wiederum ist der Piezo-Aktor 140 an seinem in Schließrichtung 132 unteren Ende mit einem ersten Kopplerkolben 150 verbunden, welcher wiederum einen Vorsprung 156 aufweist. Auch das Einspritzventilglied 128 weist wiederum an seinem oberen Ende einen zweiten Kopplerkolben 160 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Kopplerkolben 150 und der zwei- te Kopplerkolben 160 jedoch beide von einer einzelnen Dichthülse 210 umschlossen, welche sich an ihrem oberen Ende am Vorsprung 156 des ersten Kopplerkolbens 150 abstützt. Am unteren Ende stützt sich die Dichthülse 210 über eine Spiralfeder 212 auf dem Vorsprung 166 des zweiten Kopplerkolbens 160 ab. Somit entsteht, begrenzt durch den ersten Kopplerkolben 150, den zweiten Kopplerkolben 160 und die Dichthülse 210, ein Kopplungs- räum 214. Die Trennwand 126 steht in diesem Ausführungsbeispiel nicht in Verbindung mit dem Kopplungsraum 214, sondern weist eine zylindrische Bohrung 216 auf, durch welche die Dichthülse 210 geführt wird. Somit bildet sich zwischen der Dichthülse 210 und der Trennwand 126 ein Ringspalt 218, über welchen Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 118 in den Druckraum 120 strömen kann. Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel hat ins- besondere den Vorteil, dass gegenüber dem Ausfiihrungsbeispiel in Figur 1 die Anzahl der Bauteile erheblich verringert ist. Alternativ zu dem in Figur 2 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel kann die Dichthülse 210 auch als integraler Bestandteil des ersten Kopplerkolbens 150 ausgestaltet sein. Alternativ kann die Dichthülse 210 auch als integraler Bestandteil es zweiten Kopplerkolbens 160 ausgestaltet sein, in welchem Fall die Dichthülse 210 an ihrem obe- ren Ende mittels der Feder 212 gegen den Vorsprung 156 des ersten Kopplerkolbens 150 abzustützen wäre. Weiterhin lassen sich alternativ auch zwei Spiralfedern 210 einsetzen, wobei die Dichthülse 210 sowohl gegenüber dem Vorsprung 166 des zweiten Kopplerkolbens 160 als auch gegenüber dem Vorsprung 156 des ersten Kopplerkolbens 150 abgestützt wäre. Zu einer Erreichung minimaler Volumina im Kopplungsraum ist jedoch eine zweiteili- ge Ausführung mit getrennter Dichthülse 210, wie in Figur 2 dargstellt, vorteilhaft. Durch ein minimales Volumen im Kopplungsraum wird die Kraftübertragung verbessert und werden Verluste minimiert. In Figur 3 ist ein drittes, zur Ausführung gemäß Figur 2 alternatives Ausfuhrungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 110 dargestellt. Das Einspritzventilglied 128 und die Funktionalität der Dichtsitze 182, 184 sind hierbei analog zur Ausführung gem. Figur 2 ausgestaltet. Auch dieses Ausführungsbeispiel weist wiederum einen Kopplungsraum 310 zur Kraftübersetzung zwischen Piezo-Aktor 140 und Einspritzventilglied 128 auf. Der Kopplungsraum 310 ist wiederum durch eine Dichthülse 312 umgeben. Die Ausführung gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Figur 2 im Wesentlichen in der Führung der Dichthülse 312: Die Kopplung gemäß Figur 3 weist lediglich einen Kopplerkolben 150 auf, auf welchem die Dichthülse 312 geführt ist. Auf eine Führung der Dichthülse 312 durch einen zweiten Kopplerkolben (analog zum Kopplerkolben 160 gem. Figur 2) ist hier verzichtet worden. Die Dichthülse 312 ist an ihrem nach unten (d. h. zum Einspritzventilglied 128 hin) weisenden Ende mit einer Dichtkante 314 versehen und stützt sich direkt auf dem Vorsprung 166 des Einspritzventilgliedes 128 ab. Ein Federelement 316, welches sich an seinem oberen Ende auf dem Vorsprung 156 des mit dem Piezo-Aktor 140 verbundenen Koppler- kolbens 150 abstützt, beaufschlagt die Dichthülse 312 mit einer Kraft in Schließrichtung 132.
In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist auf den zweiten, mit dem Einspritzventilglied 128 verbundenen Kopplerkolben 160 verzichtet worden, und die Dichthülse 312 wird lediglich auf dem ersten, mit dem Piezo-Aktor 140 verbundenen Kopplerkolben 150 geführt. Alternativ könnte auch auf den Kopplerkolben 150 verzichtet werden und eine Führung der Dichthülse 312 auf dem Kopplerkolben 160 erfolgen. Diese Ausführungsformen, bei denen die Dichthülse 312 lediglich auf einem Kopplerkolben (150 oder 160) erfolgt, sind besonders vorteilhaft, da hierbei Verspannungen zwischen Piezo-Aktor 140 und Einspritz- ventilglied 128, welche beispielsweise aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten bei einem mehrteiligen Injektorkörper auftreten können, vermieden werden. Weiterhin ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau mit einer geringen Teileanzahl.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3 bewirkt der Kopplerraum 214, 310 lediglich einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen. Durch den einfachen Aufbau mit lediglich einem Kopplerraum 214, 310 ergibt sich in der Regel immer eine direkte Kraftübertragung zwischen dem Piezo-Aktor 140 und dem Einspritzventilglied 128 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1. Bezueszeichenliste
110 Kraftstoffinjektor 168 zweiter Kopplungsraum
112 Hochdruckleitung 170 Verbindungskanal
114 Druckspeicher 172 Drosselelement
116 Injektorgehäuse 174
118 Hochdruckraum 176 konischer Abschnitt
120 Druckraum 178 Frontabschnitt
122 Düsenraum 180 Ringspalt
124 Kraftstoffkanäle 182 Dichtsitz
126 Trennwand 184 Dichtsitz
128 Einspritzventilglied 186 ringförmige Einschnürung
130 Führungsabschnitt 188 erster Teilraum
132 Schließrichtung 190 zweiter Teilraum
134 Strömungskanäle 192 dritter Teilraum
136 Einspritzöffnungen 194 Strömungskanäle
138 konisch zulaufender Bereich des
Düsenraums 210 Dichthülse
140 Piezo-Aktor 212 Spiralfeder
142 Dichtelement 214 Kopplungsraum
144 obere Wand des Injektorgehäuses 216 zylindrische Bohrung
146 Öffnung 218 Ringspalt
148 elektrische Kontakte
150 erster Kopplerkolben 310 Kopplungsraum
152 erste Dichthülse 312 Dichthülse
154 erste Spiralfeder 314 Dichtkante
156 Vorsprung 316 Federelement
158 erster Kopplungsraum
160 zweiter Kopplerkolben
162 zweite Dichthülse
164 zweite Spiralfeder
166 Vorsprung

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor (110) zum Einspritzen von über eine Hochdruckquelle (114) unter Druck dem Kraftstoffinjektor (110) zugeführtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Injektorgehäuse (116), einem Hochdruckraum
(118), einem Druckraum (120), wobei der Druckraum (120) und der Hochdruckraum (118) fluidisch in Verbindung stehen, einem Düsenraum (122), wobei der Düsenraum (122) und der Druckraum (120) fluidisch in Verbindung stehen, einem in dem Hochdruckraum (118) aufgenommenem elektrisch ansteuerbaren linearen Aktor (140) und einem mit dem linearen Aktor (140) über eine Kopplung (174) gekoppelten Einspritzventilglied (128), wobei das Einspritzventilglied (128) in mindestens einem Führungsabschnitt (130) linear geführt ist, dergestalt dass das Einspritzventilglied (128) parallel bzw. antiparallel zu einer Schließrichtung (132) eine Öffnungs- und eine Schließbewegung ausiühren kann, wobei das Einspritzventilglied (128) mindestens zwei Dichtsitze (182, 184) aufweist, dergestalt, dass in einer geschlossenen Stellung die Dichtsitze (182, 184) an mindestens einer Wand des Düsenraums (122) anliegen, wodurch der Düsenraum (122) in mindestens drei Teilräume (190, 192, 194) unterteilt wird, wobei ein in Schließrichtung (132) erster Teilraum (188) und ein in Schließrichtung dritter Teilraum (192) jeweils fluidisch mit dem Druckraum (120) in Verbindung stehen, und wobei ein in Schließrichtung (132) zwischen dem ersten Teilraum (188) und dem dritten Teilraum (192) angeordneter zweiter Teilraum (190) fluidisch vom ersten Teilraum (188) und vom dritten Teilraum (192) entkoppelt ist und fluidisch mit mindestens einer Einspritzöffnung (136) zum Einspritzen von Kraftstoff in den
Verbrennungsraum in Verbindung steht.
2. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (140) einen Piezo- Aktor (140) aufweist.
3. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung (174) eine hydraulische Kopplung (174) aufweist.
4. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich- net, dass die hydraulische Kopplung (174) einen hydraulischen Übersetzer (174) zum
Übersetzen eines Druckes und/oder zum Übersetzen eines Hubs des Aktors (140) in einen Hub des Einspritzventilglieds (128) aufweist. 5. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Übersetzer (174) ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von 0,5 bis 2, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 1,
5 und besonders bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis von 1,0 aufweist.
6. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kopplung (174) mindestens einen Kopplungsraum (158, 168; 214; 310) aufweist, wobei der mindestens eine Kopplungsraum (158, 168; 214) im Wesentlichen begrenzt wird durch mindestens eine Dichthülse (152, 162; 210; 312) und mindestens zwei der folgenden Elemente: einen mit dem Aktor (140) verbundenen ersten Kopplerkolben (150), einen mit dem Einspritzventilglied (128) in Verbindung stehenden zweiten Kopplerkolben (160) und/oder das Einspritzventilglied (128).
7. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichthülse (152, 162; 210; 312) über mindestens eine Feder (154, 164; 212; 316) mit dem ersten Kopplerkolben (150) und/oder dem zweiten Kopplerkolben (160) verbunden ist.
8. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der beiden vorhergehendem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kopplungsraum (158, 168; 214; 310) einen ersten Kopplungsraum (158) und einen zweiten Kopplungsraum (168) aufweist, wobei der erste Kopplungsraum (158) und der zweite Kopplungsraum (168) über mindestens einen Verbindungskanal (170) fluidisch in Verbindung stehen.
9. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verbindungskanal (170) mindestens ein Drosselelement (172) aufweist, wobei der mindestens eine Verbindungskanal (170) an dem mindestens einen Drosselelement (172) in seinem Querschnitt verengt ist.
10. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungsraum (158) und der zweite Kopplungsraum (168) über eine mit dem Injektorgehäuse (116) verbundene Trennwand (126) getrennt sind, wobei die Trennwand (126) mindestens einen Verbindungskanal (170) aufweist.
11. Kraftstoffinjektor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichthülse (152, 162; 210; 312) mindestens eine erste Dichthülse (152) und mindestens eine zweite Dichthülse (162) aufweist, wobei die erste Dichthülse (152) über eine erste Feder (154) mit dem ersten Kopplerkolben (150) ver- bunden ist, wobei die zweite Dichthülse (162) über eine zweite Feder (164) mit dem zweiten Kopplerkolben (160) verbunden ist und wobei die erste Dichthülse (152) und die zweite Dichthülse (162) mit der Trennwand (126) verbunden sind.
12. Kraftstoffinjektor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum (120) und dem Düsenraum (122) bzw. dem Druckraum (120) und dem ersten Teilraum (188) und/oder dritten Teilraum (192) über mindestens einen in das Einspritzventilglied (128) eingelassenen Strömungskanal (134, 194) erfolgt.
13. Kraftstoffinjektor (110) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kopplungsraum (310) begrenzt wird durch den mit dem Aktor (140) verbundenen ersten Kopplerkolben (150), das Einspritzventilglied (128) und eine Dichthülse (312), wobei die Dichthülse (312) auf dem ersten Kopplerkolben (150) geführt ist und wobei die Dichthülse (312) abdichtend gegen das Einspritzventilglied (128) abgestützt ist.
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