WO2007057170A1 - Hochdruckkraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2007057170A1
WO2007057170A1 PCT/EP2006/010960 EP2006010960W WO2007057170A1 WO 2007057170 A1 WO2007057170 A1 WO 2007057170A1 EP 2006010960 W EP2006010960 W EP 2006010960W WO 2007057170 A1 WO2007057170 A1 WO 2007057170A1
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WO
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nozzle needle
piston
pressure
combustion engine
internal combustion
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Application number
PCT/EP2006/010960
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann-Josef Laumen
Karl Joachim SCHMÜCKER
Original Assignee
Fev Motorentechnik Gmbh
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Publication date
Application filed by Fev Motorentechnik Gmbh filed Critical Fev Motorentechnik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a high-pressure fuel injector, which is arranged in a common rail arrangement.
  • High-pressure fuel injectors are increasingly used in the automotive sector to optimize a combustion process, for example, in terms of pollutant emissions and consumption.
  • WO 01/63121 discloses a common rail injector in which an activated piezoelectric actuator holds a nozzle needle in the rest position, ie in a closed position. If the piezoelectric actuator is discharged and thus deactivated, the nozzle needle is relieved and allows injection. With such a high pressure fuel injector configuration, it will be noted that the actuator is charged for approximately 95% of a cycle duration. In the case of an actuator, this can lead to diffusion of dissolved or free water out of the fuel through one or more possible protective layers for the actuator or its ceramic due to the almost permanently applied electric field due to the dipole effect.
  • a fuel injector is known from Fig. 7 of DE 36 21 541 A1, in which a change in length of a piezoelectric actuator causes a lifting of the nozzle needle.
  • the actuator is then actuated and lengthens when an injection process is to be made.
  • an effective pressure is lowered again and the nozzle needle sinks back into the valve seat.
  • US Pat. No. 6,520,423 discloses another fuel injector.
  • This fuel injector has a piezoelectric actuator whose change in length leads to the raising and lowering of the nozzle needle of the fuel injector. Again, the actuator is actuated to lift the nozzle needle from the valve seat.
  • a hydraulic amplifying device should be provided to allow an improved lifting of the nozzle needle. 2 15.11.2006
  • Object of the present invention is to improve the accuracy of a particular sensitivity and about achievable precision of a fuel injector and caused by this injection as well as to extend a lifetime of the fuel injector, especially at high pressures in an internal combustion engine to achieve.
  • a proposed internal combustion engine has at least one high-pressure fuel injector which is arranged in a common-rail arrangement.
  • the Hochscherkraftstof- injector comprises at least one with a contact force against a pressable in a valve seat nozzle needle and at least one acting on an actuating piston solid actuator, which is connected directly to a rail pressure supply, wherein between the actuating piston and a standing with the nozzle needle in operative connection differential piston at least one hydraulic Activation compound is provided such that activation of the Fest stressesaktuators counteracts the contact force, so that the nozzle needle from the valve seat liftable and at least one injection port is releasable. At least one parting line is provided between the nozzle needle and the differential piston.
  • an assembly of differential piston and nozzle needle is configured at least two pieces.
  • the parting line allows a use of a conventional nozzle needle, for example, from a servo-driven system, represent in the nozzle and needle a structural unit. This can be used in particular on existing nozzle needle systems. This also allows an improved coordination of nozzle and needle, in particular with regard to component and / or injection quantity tolerances.
  • the solid state raktuator is energized only to a maximum of 50% during a cycle with energy.
  • a full load amount is, for example, within a crank angle range of about 36 °, corresponding to about one twentieth of a working cycle for a four-stroke engine. 3 15.11.2006 sprayed.
  • an injection takes place within about one tenth or, in the case of multiple injection, within one fifth of a working cycle.
  • the structure preferably allows a short chain of action with a low tolerance, in particular with regard to quantities of fuel to be injected.
  • the internal combustion engine is, for example, a reciprocating internal combustion engine which operates according to the diesel or gasoline method.
  • this has a plurality of cylinders, which are supplied with the common rail arrangement with fuel.
  • the injector can be used for both 2-stroke and 4-stroke engines.
  • the common rail arrangement comprises, for example, a pressure line, which is fed by a high-pressure fuel pump.
  • the Hochdruckkraftstoffinjektor is connected in particular to the pressure line of the common rail arrangement and allows injection of fuel into a cylinder of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel injector has such dimensions that the nozzle needle and the differential piston can each have an identical diameter over at least one area.
  • the nozzle needle and the differential piston are arranged, for example, at least partially movable along the same guide. This allows, for example, that for lifting the nozzle needle to be acted upon by pressure surface of the differential piston protrudes at least partially over a maximum diameter of the nozzle needle. This allows a lower pressure to be generated because a large area can be provided. In particular, when using a piezoelectric element for pressure generation, the requirement for the force to be developed in comparison to other systems can be lowered.
  • a further embodiment provides that the nozzle needle along its guide at one end reaches a fixed stop on the valve seat and arrives at its other end without a stationary but on a movable stop in its end position.
  • a travel of the nozzle needle can thereby be limited to the differential piston, without a leadership of the nozzle needle merges into a stop.
  • the nozzle needle is arranged to be movable at least in a first component and the differential piston at least in a second component, wherein a guide extends through the first in the second component having a same guide diameter for the nozzle needle and a part of the differential piston has to 4 15.11.2006 permitting penetration of the nozzle needle or differential piston into the respective other component.
  • a transmitter space and a coupling space are arranged separately from each other and each have different pressures.
  • This pressure difference has an advantageous effect on a sensitivity of the system, since only small actuating forces must be applied for example via a piezoelectric element.
  • another pressure is set according to an embodiment when lifting as well as when lowering the nozzle needle as in the coupling space. For example, a force support can be experienced by the nozzle needle from a spring element and / or a pressure of the fuel to be injected against the valve seat.
  • the spring element and / or the pressure can press on the nozzle needle.
  • the spring element is arranged in the differential piston.
  • the solid body actuator flows around the fuel from the rail pressure supply.
  • an activation of the solid body actuator acts directly on the actuating piston, whereby an increase in pressure by means of the actuating piston via a pressure level of the rail pressure is enabled. This increased pressure is used to work against the contact force.
  • the differential piston is used, to which the increased pressure can be impressed.
  • An operative connection between the actuator and the differential piston can be made directly or via one or more internals.
  • a pressure boosting by setting an acting surface of the actuating piston in relation to an acting surface of the differential piston is in a special relationship.
  • the acting surface of the actuating piston is at least by a factor of 2 to 5, preferably by a factor of 3.5 greater than the effective area of the differential piston.
  • the acting surface of the differential piston is that which results as a resultant surface for axial displacement and which allows power to build up in opposition to the action of the actuating piston.
  • actuating piston and the differential piston are separated from each other by the hydraulic operative connection.
  • actuating pistons and differential pistons are guided in different piston guides, the axes of which are preferably tilted relative to one another or offset transversely. 5 15.11.2006
  • the intended for actuation of the nozzle needle operative connection between the differential piston and the nozzle needle is designed in particular mechanically or hydraulically.
  • a hydraulic separation for example by means of a membrane between the actuator and the rail pressure can be avoided.
  • the actuator volume can thereby be reduced.
  • a metering accuracy of the high-pressure fuel injector can be improved.
  • a leakage of fuel is reduced, in particular in a low-pressure space.
  • a membrane may also be provided, and nevertheless the actuator is surrounded by fuel under rail pressure.
  • a bellows may be arranged around the nude author.
  • a gel-like filling material between the actuator and the bellows is provided.
  • the nozzle needle can be pressed against the valve seat by a spring element and / or by means of a pressure of the fuel to be injected.
  • a spring element in particular a compression spring is provided, for example a helical spring.
  • the rail pressure of the fuel is exploited to press the nozzle needle against the valve seat.
  • the spring element allows a secure closing of the nozzle needle even with a pressure drop of the rail pressure.
  • the high-pressure fuel injector has no leakage connection.
  • the high-pressure fuel injector has, in addition to a rail pressure connection, no further connection of a fuel line.
  • fuel fed in at a rail pressure connection is led out of the fuel injector again exclusively via the injection opening.
  • the solid state actuator may be directly connected to the rail pressure supply in various ways. In a first embodiment it is provided that the solid state actuator is in direct contact with the fuel. The solid state actuator is therefore operated “wet” in the fuel and subjected to rail pressure.
  • the solid body actuator has a water diffusion barrier, which preferably separates it from the fuel.
  • the solid-body actuator is exposed directly to the pressure of the rail pressure supply, but is for example hermetically isolated from the fuel.
  • the water diffusion barrier reduces diffusion of water, for example into a piezoceramic of the 6 15.11.2006
  • Solid body actuator As a diffusion barrier, a ceramic protective layer, a synthetic resin or a metallic bellows can be selected.
  • the solid body actuator is arranged in a gel-filled bellows, which separates it from the fuel.
  • the gel filling prevents the bellows from collapsing under the pressure of the fuel.
  • the gel filling preferably allows a pressure transfer from the fuel to the solid state actuator.
  • the coupling space is, for example, a space which can be filled with fuel and which is enclosed between the nozzle needle and the differential piston in a corresponding guide of the nozzle needle or of the differential piston.
  • pressure can be exerted on the nozzle needle by pressure on the differential piston.
  • the nozzle needle and the differential piston are in direct contact.
  • the coupling space allows a use of a conventional nozzle needle, represent in the nozzle and needle a structural unit. This can be used in particular on existing nozzle needle systems.
  • the differential piston has, according to a further embodiment, a first piston having a first diameter and a second piston having a second diameter, which is larger than the first diameter.
  • the differential piston allows a translation of the forces acting on the piston surfaces.
  • the differential piston is preferably arranged so that the first piston with the smaller diameter faces the coupling space or the nozzle needle.
  • the second piston with the larger diameter is acted upon in particular by fuel on the spring chamber side of the second piston with the rail pressure.
  • first piston is integrally connected to the second piston.
  • first piston and the second piston is designed as a one-piece differential piston.
  • the first piston is positively connected to the second piston and / or non-positively connected.
  • the first and second pistons are screwed together.
  • a pressing, gluing or the like may be provided. 7 15.11.2006
  • the transmitter room allows, for example, to apply a pressure to a differential area formed at a transition of the diameter of the differential piston.
  • the difference surface is to be understood as the surface which is visible in an axial projection from the side of the first piston with the smaller diameter as the cylinder ring.
  • the differential area is, for example, about 20% to 50%, preferably about 30% of the area of the actuating piston.
  • a resultant force can be set on the differential piston.
  • a spring force acting on the second piston can also be taken into account.
  • the first diameter corresponds approximately to a diameter of the nozzle needle.
  • the balance of power can be adjusted so that upon actuation of the nozzle needle and the transmitter chamber and the second piston surface of the differential piston forces balance prevails, so that the nozzle needle is pressed against the valve seat by an additional loading of the second piston with a spring.
  • pressure to the transmitter chamber it can in particular be ensured that the nozzle needle is lifted out of the valve seat.
  • a surface of the nozzle needle below the valve seat is preferably not acted upon by rail pressure.
  • a support of the closing process is provided in an embodiment that in a supply line of the nozzle needle at least one throttle point is provided.
  • this is provided in a connecting line between the rail pressure supply.
  • a throttle point preferably allows adjustment of a dynamic pressure difference between conduit areas located on both sides of the throttle. The dynamic pressure difference occurs, for example, when the high-pressure fuel injector is actuated.
  • a throttle point preferably reduces pressure oscillations in the fuel, which can occur in an operating process in a supply line. 8 15.11.2006
  • a tip of the nozzle needle is at least partially acted upon by the fuel with pressure.
  • valve seat and nozzle needle or nozzle needle guide are designed so that viewed in an axial projection of the nozzle needle, only one cylinder ring is pressurized.
  • a response of the nozzle needle can be influenced by a choice of a surface portion of the cylinder ring in comparison to the cross-sectional area of the nozzle needle.
  • a suitable choice of the first and the second piston surface and the differential surface and the pressurized surface of the nozzle tip a corresponding hydraulic ratio can be adjusted.
  • guides of actuating piston, differential piston and / or nozzle needle have such a close fit that a leakage volume of fuel, which occurs upon actuation of the Fest stressesaktuators to a valve opening, far below, preferably below 10%, one Volume is displaced, which is displaced during a valve opening process.
  • the leakage volume is to be understood in particular as the volume which escapes through the guides as a result of the pressure exerted by the actuating piston and thus can not load any hydraulic work.
  • the Hochdruckraftstoffinjektor is designed so that the solid-state actuator is disposed in an actuator space which is connected to the rail pressure supply, wherein at least one spring iireinem spring space is arranged, which exerts a force acting in the closing direction of the nozzle needle pressure force on the differential piston , which is in operative connection via a coupling space with the nozzle needle, wherein at least one connection between the actuator space and the spring chamber is provided so that by means of a pressure in the spring chamber acting in the closing direction of the nozzle needle force is exerted on the differential piston, wherein at least one connection between the actuator space and a tip portion of the nozzle needle is provided.
  • the spring chamber is arranged, for example, in a cup-shaped recess of the second piston.
  • the tip region of the nozzle needle is in particular that region in which the nozzle needle tapers in cross-section.
  • the nozzle needle is conical, spherical cap-shaped or the like.
  • this comprises a piezoelectric element.
  • This piezoelectric element is 9 15.11.2006 especially a piezoceramic.
  • the piezoelectric element comprises one or more stacks, each having a plurality of individual piezoelectric elements.
  • the solid state actuator comprises a magnetostrictive element.
  • the magnetostrictive element is in particular arranged so that an application of a magnetic field causes an expansion of the actuator in the direction of action of the actuator on the actuating piston, in particular as a result of a transverse contraction desselbigen.
  • a pressure in a fuel supply line connected to the high-pressure fuel injector is more than 1,500 bar, preferably more than 1,800 bar.
  • a high fuel pressure allows a fine atomization of the fuel to be injected.
  • preferably short opening intervals are ensured, so that in particular a multiple injection can be improved. For example, between three to five multiple injections with corresponding pilot injection, main injection and post-injection can be made possible by corresponding activation of the valve.
  • the invention relates to a method for high-pressure injection of the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein a nozzle needle of a high-pressure fuel injector pressed by a spring element and a pressure of the fuel with a contact force into a valve seat by means of a hydraulic pressurization, which of the contact pressure Nozzle needle counteracts, is lifted from the valve seat and at least one injection port is released, wherein the hydraulic pressurization is achieved by activating at least one acting on an actuating piston Fest stressesaktuators, which is directly connected to a rail pressure supply and the pressure of the fuel is exposed.
  • the activation takes place for example by means of feeding electrical energy into the solid body actuator or by means of an increase of a feed energy level from a quiescent energy level to an actuating energy level.
  • the risk of damage to the Fest stressesaktuators is reduced by free and / or dissolved in the fuel water when the solid state actuator is not permanently activated.
  • free and / or dissolved water is attracted in particular when an electric field is applied to the piezoelectric solid body actuator.
  • the solid state actuator is supplied only during an injection process with electrical energy.
  • the risk of damage to the solid body actuator is thereby largely reduced or limited to the injection phases.
  • the pressurization is effected in a hydraulically communicating with the actuating piston transmitter chamber, which comprises a transition to a first and a second piston guide for receiving a differential piston, whereby the differential piston whose diameter in axial direction has at least one step-shaped taper, can be moved against the contact force, so that a pressure in a coupling space between the differential piston and the nozzle needle drops below the rail pressure, whereby the nozzle needle is moved by means of acting on the tip of the nozzle needle fuel pressure.
  • the pressurization is reduced to the extent that the nozzle needle by the force of a spring returns to its seat.
  • Figure 1 shows a first arrangement of a Hochdruckkraftstoffinjektors
  • Figure 2 shows a second arrangement of a Hochdruckkraftstoffinjektors
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine with a common rail system and in detail a first arrangement of a high pressure fuel injector 1 connected thereto.
  • This comprises a multi-part housing 2, in which a solid-body actuator 3, a differential piston 4 and a nozzle needle 5 are arranged ,
  • the solid state actuator 3 is arranged in an actuator space 6. This is by means of a rail pressure port 7 with the standing under the rail pressure not shown in detail fuel and 11 15.11.2006
  • Rail pressure supply in direct connection.
  • a bore 9 is provided, which connects the actuator chamber 6 with the nozzle tip 8.
  • the nozzle needle 5 is mounted longitudinally displaceable in a nozzle needle guide 10.
  • the needle tip 11 of the nozzle needle 5 is pressed against a valve seat 12.
  • a contact force is transmitted by means of the differential piston 4 to the nozzle needle 5.
  • a coupling space 13 is provided between the differential piston 4 and the nozzle needle 5, which is filled with fuel. This thus enables a hydraulic power transmission from the differential piston 4 on the nozzle needle 5.
  • a direct mechanical operative connection can be provided instead of the coupling space 13, a direct mechanical operative connection.
  • the differential piston is mounted longitudinally displaceably in a first piston guide 14 and a second piston guide 15.
  • the differential piston 4 has a first piston 16 and a second piston 17, wherein the second piston has a larger diameter than the first piston.
  • the second piston is preferably designed cup-shaped, so that a spring chamber 18 is formed. In this spring chamber, a compression spring 19 is arranged, which exerts a force acting in the closing direction 20 compressive force on the differential piston 4, which thus acts on the coupling needle 13 on the nozzle needle 5.
  • the spring chamber 18 has a first connection 21 to the bore 9 and thus to the actuator chamber 6, so that the fuel in the spring chamber 18 is acted upon by the rail pressure.
  • a transmitter chamber 22 is provided, which represents a hydraulic operative connection between an actuating piston 23 and the differential piston 4.
  • the transmitter chamber 22 in this case comprises a transition 24 between the first piston guide 14 and the second piston guide 15. This makes it possible that a differential area 25 can be acted upon by a pressure prevailing in the transmitter chamber 22 pressure.
  • To pressurize the solid-state actuator 3 is supplied with a power supply, so that the solid-state actuator 3 expands.
  • the actuating piston 23 reduces a Betrelifactskolbenraumvolumen 26.
  • a plug connection 27 is provided.
  • the first piston 16, the second piston 17, the needle tip 11 and the compression spring 19 are dimensioned so that the nozzle needle 5 with deactivated Fest stressesaktua 12 15.11.2006 tor 3 is pressed against the valve seat 12.
  • an electrical power supply is required only for an opening operation.
  • the solid-state actuator is designed, for example, as a piezoelectric element.
  • a magnetostrictive actuator utilizing transverse strain may be used.
  • the solid-state actuator 3 may be hermetically sealed from the fuel by a water-diffusion barrier.
  • the solid body actuator 3 is enveloped, for example, by a water diffusion barrier.
  • the water diffusion barrier is in particular designed such that it does not shield a dominant fuel pressure from the solid-state actuator 3.
  • the solid state actuator is exposed to rail pressure. This is for example at least 1,500 bar.
  • an actuation piston guide 18, a first piston guide 14 and / or a second piston guide 15 to have a tight fit such that a leakage volume of fuel which occurs when the solid-body actuator 3 is actuated to a valve opening, is far below a volume which is displaced from the actuating piston chamber volume 26 in a valve opening operation.
  • leakage volume is below 10% of the displaced volume.
  • supportive seals such as ring seals can be used on the corresponding guides.
  • FIG. 2 shows a further arrangement of a high-pressure fuel injector 1.
  • the high-pressure fuel injector 1 comprises a multi-part housing 2 in which a solid-state actuator 3, in this case a piezoelectric element, is arranged. Furthermore, a differential piston 4 and a nozzle needle 5 are arranged therein.
  • the solid-state actuator 3 is installed in an actuator chamber 6, which communicates via connecting bores 29 with a fuel chamber 30.
  • the fuel chamber 30 has a rail pressure connection 7, via which the fuel chamber communicates with a storage line (not shown) of a common rail arrangement.
  • the fuel is raum 30 under a pressure with which the fuel is applied.
  • the fuel chamber 30 is connected on the one hand to a spring chamber 18 and on the other hand by means of a bore 9 with a Nadelschaftuminability 31, which the nozzle needle 5 on a shaft 13 15.11.2006 section 32 surrounds.
  • the Nadelschaftuminability 31 extends so far that even a needle tip 11 of the nozzle needle 5 is at least partially surrounded by fuel.
  • Nozzle needle 5 and differential piston 4 are connected via a coupling space 13 with each other. This is filled with fuel and allows a power transmission from the differential piston 4 to the nozzle needle. 5
  • an actuating piston 23 is provided, which is connected to the solid-state actuator 3.
  • the actuating piston 23 acts on an actuating piston chamber volume 26, which can be reduced when the solid-state actuator 3 expands.
  • the actuating chamber volume 26 communicates with a transmitter chamber 22, which comprises a transition of the differential piston from a first piston 16 with a first diameter to a second piston 17 with a second, compared to the first diameter larger diameter.
  • a pressure in the coupling space 13 decreases, so that the nozzle needle 5 is raised on the valve seat 12 as a result of a fuel pressure applied to the needle tip 11.
  • a first 33 and a second injection opening 34 are released and injected fuel into a combustion chamber, not shown.
  • FIG. 3 shows a further arrangement of a high-pressure fuel injector 1.
  • the high-pressure fuel injector 1 has a throttle point 35 in a bore 9 arranged between an injector chamber 6 and a needle shank environment 31.
  • the throttle body 35 preferably allows vibration damping at pressure changes.
  • the throttle point in particular allows support of a closing operation by a dynamic pressure difference between both sides of the throttle point located areas 36; 37 of the bore 9 is made possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckkraftstoffinjektor (1), welcher in einer Common-Rail-Anordnung angeordnet ist, zur Verbesserung einer Genauigkeit von insbesondere einer Lebensdauer eines Hochdruckkraftstoffinjektors (1), umfassend zumindest eine mit einer Anpresskraft gegen einen Ventilsitz (12) pressbare Düsennadel (5) und wenigstens einen auf einen Betätigungskolben (23) wirkenden Festkörperaktuator (3), welcher direkt mit einer Raildruckversorgung (7) verbunden ist, wobei zwischen dem Betätigungskolben (23) und einem mit der Düsennadel (5) in Wirkverbindung stehenden Differenzkolben (4) zumindest eine hydraulische Wirkverbindung (22) derart vorgesehen ist, daß eine Aktivierung des Festkörperaktuators (3) direkt auf den Betätigungskolben (23) einwirkt, wodurch eine Druckerhöhung mittels des Betätigungskolbens (23) über einen Raildruck ermöglichbar ist, die über den Differenzkolben (4) der Anpresskraft entgegenwirkt, so daß die Düsennadel (5) aus dem Ventilsitz (12) hebbar und zumindest eine Einspritzöffnung freigebbar ist.

Description

1 15.11.2006
Hochdruckkraftstoffinjektor
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckkraftstoffinjektor, welcher in einer Common-Rail-Anordnung angeordnet ist.
Hochdruckkraftstoffinjektoren werden zunehmend im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt, um einen Verbrennungsprozeß beispielsweise hinsichtlich des Schadstoffausstoßes sowie des Verbrauchs zu optimieren. Beispielsweise geht aus der WO 01/63121 ein Common- Rail-Injektor hervor, bei dem ein aktivierter piezoelektrische Aktuator eine Düsennadel in Ruhestellung, das heißt in einer geschlossenen Position hält. Wird der piezoelektrische Aktuator entladen und dadurch deaktiviert, wird die Düsennadel entlastet und eine Einspritzung ermöglicht. Bei einem derartigen Aufbau eines Hochdruckkkraftstoffinjektors ist festzustellen, dass der Aktuator etwa 95% einer Zyklusdauer geladen ist. Bei einem Aktuator kann das dazu führen, dass aufgrund des annähernd permanent anliegenden elektri- sehen Feldes aufgrund des Dipoleffektes von Wasser gelöstes bzw. freies Wasser aus dem Kraftstoff durch eine oder mehrere mögliche Schutzschichten für den Aktuator bzw. deren Keramik hindurchdiffundiert. Es besteht die Möglichkeit, das hindurchdiffundiertes Wasser sich in der hochporösen Piezokeramik ansammelt, anreichert und auf Dauer zu Spannungsüberschlägen führen kann. Des Weiteren besteht eine Neigung einer Migration von Ionen aus einem Elektrodenmaterial in einem anliegenden elektrischen Feld aufgrund eines hohen Puls-Pausen-Verhältnisses beim Aktuator. Diese Migration kann ebenfalls zu Spannungsüberschlägen führen.
Des Weiteren ist aus Fig. 7 der DE 36 21 541 A1 ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem eine Längenänderung eines piezoelektrischen Aktuators ein Abheben der Düsennadel bewirkt. Hierbei wird der Aktuator dann betätigt und längt sich, wenn ein Einspritzvorgang getätigt werden soll. Bei Beendigung der Betätigung des Aktuators wird ein wirkender Druck wieder abgesenkt und die Düsennadel senkt sich zurück in den Ventilsitz.
Aus der US 6,520,423 geht ein weiterer Kraftstoffinjektor hervor. Dieser Kraftstoffinjektor weist einen piezoelektrischen Aktuator auf, dessen Längenänderung zum Anheben und Absenken der Düsennadel des Kraftstoffinjektors führt. Auch hier wird der Aktuator betätigt, um die Düsennadel aus dem Ventilsitz zu heben. Im Kraftstoffinjektor soll eine hydraulische Verstärkungseinrichtung vorgesehen sein, um ein verbessertes Abheben der Düsennadel zu ermöglichen. 2 15.11.2006
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung einer Genauigkeit über eine besondere Empfindlichkeit und darüber erzielbare Präzisierbarkeit eines Kraftstoffinjektors und durch diesen bewirkte Einspritzung sowie auch eine Verlängerung einer Lebensdauer des Kraftstoffinjektors insbesondere bei hohen Drücken bei einer Brennkraft- maschine zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckkraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Hochdruckeinspritzung eines Kraftstoffes mit den Merkmalen des Anspruches 28. Vorteilhafte Ausges- taltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine vorgeschlagene Brennkraftmaschine weist zumindest einen Hochdruckkraftstoffinjektor auf, welcher in einer Common-Rail-Anordnung angeordnet ist. Der Hochdruckkraftstof- finjektor umfaßt zumindest eine mit einer Anpresskraft gegen eine in einen Ventilsitz pressbare Düsennadel und wenigstens einen auf einen Betätigungskolben wirkenden Festkörperaktuator, welcher direkt mit einer Raildruckversorgung verbunden ist, wobei zwischen dem Betätigungskolben und einem mit der Düsennadel in Wirkverbindung stehenden Differenzkolben zumindest eine hydraulische Wirkverbindung derart vorgesehen ist, daß eine Aktivierung des Festkörperaktuators der Anpresskraft entgegen wirkt, so daß die Düsennadel aus dem Ventilsitz hebbar und zumindest eine Einspritzöffnung freigebbar ist. Zwischen der Düsennadel und dem Differenzkolben ist wenigstens eine Trennfuge vorgesehen. Insbesondere ist eine Baugruppe aus Differenzkolben und Düsennadel wenigstens zweistückig ausgestaltet. Bevorzugt ermöglicht die Trennfuge eine Verwendung einer konventionellen Düsennadel, beispielsweise aus einem servogesteuerten System, bei der Düse und Nadel eine Baueinheit darstellen. Dadurch kann insbesondere auf bereits vorhandene Düsennadelsysteme zurückgegriffen werden. Auch ermöglicht dies eine verbesserte Abstimmung von Düse und Nadel aufeinander insbesondere hinsichtlich Bauteil- und/oder Einspritzmengentoleranzen.
Dieser Aufbau erlaubt es, den Festkörperaktuator nur kurz während eines Einspritzzyklus bestromen bzw. mit Spannung beaufschlagen zu müssen, um einen Einspritzvorgang dadurch auszulösen. Auf diese Weise wird die Gefahr eines Diffusionsvorganges von Wasser in den Festkörperaktuator zumindest gesenkt. Vorzugsweise wird der Festkörpe- raktuator nur zu maximal 50% während eines Zyklusses mit Energie beaufschlagt. Eine Volllast-Menge wird beispielsweise innerhalb eines Kurbelwinkelbereiches von etwa 36° entsprechend etwa einem Zwanzigstel eines Arbeitsspieles für einen Viertakt-Motor ein- 3 15.11.2006 gespritzt. Bei einem Zweitaktmotor erfolgt eine Einspritzung beispielsweise etwa innerhalb eines Zehntels bzw. bei Mehrfacheinspritzung innerhalb eines Fünftels eines Arbeitsspieles. Des weiteren ermöglicht der Aufbau vorzugsweise eine kurze Wirkkette mit einer geringen Toleranz insbesondere hinsichtlich einzuspritzender Kraftstoffmengen.
Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich beispielsweise um eine Hubkolbenbrenn- kraftmaschine, welche nach dem Diesel- oder Ottoverfahren arbeitet. Insbesondere weist diese mehrere Zylinder auf, welche mit der Common-Rail-Anordnung mit Kraftstoff versorgt werden. Der Injektor kann sowohl für 2-Takt- wie auch 4-Takt-Motoren eingesetzt werden.
Die Common-Rail-Anordnung umfaßt dabei beispielsweise eine Druckleitung, welche von einer Hochdruckkraftstoffpumpe gespeist wird. Der Hochdruckkraftstoffinjektor ist insbesondere an die Druckleitung der Common-Rail-Anordnung angeschlossen und ermöglicht eine Injektion von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine.
Gemäß einer Weiterbeildung weist der Hochdruckkraftstoffinjektor derartige Abmessungen auf, dass die Düsennadel und der Differenzkolben zumindest jeweils über einen Bereich einen gleichen Durchmesser aufweisen können. Die Düsennadel und der Differenz- kolben sind beispielsweise zumindest teilweise entlang derselben Führung bewegbar angeordnet. Dieses erlaubt beispielsweise, dass eine zum Abheben der Düsennadel mit Druck zu beaufschlagende Fläche des Differenzkolbens zumindest teilweise über einen maximalen Durchmesser der Düsennadel hinausragt. Dieses ermöglicht, dass ein geringerer Druck erzeugt werden muss, da eine große Fläche zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere bei einer Nutzung eines piezoelektrischen Elementes zur Druckerzeugung kann dadurch die Anforderung an die zu entwickelnde Kraft im Vergleich zu anderen Systemen gesenkt werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Düsennadel entlang ihrer Führung an ei- nem Ende einen ortsfesten Anschlag über den Ventilsitz erreicht und an ihrem anderen Ende ohne einen ortsfesten sondern an einem beweglichen Anschlag in ihre Endstellung gelangt. Ein Verfahrweg der Düsennadel kann dadurch mit dem Differenzkolben begrenzt worden, ohne dass eine Führung der Düsennadel in eine Anschlag übergeht. Vorzugsweise wird damit ermöglicht , dass die Düsennadel zumindest in einem ersten Bauteil und der Differenzkolben zumindest in einem zweiten Bauteil beweglich angeordnet ist, wobei eine Führung sich durch das erste in das zweite Bauteil erstreckt, die einen gleichen Führungsdurchmesser für die Düsennadel und einen Teil des Differenzkolbens aufweist, um 4 15.11.2006 ein Eindringen von Düsennadel bzw. Differenzkolben in das jeweilige andere Bauteil zu ermöglichen. Neben eiern Vereinfachung der Fertigung und Abstimmung der Toleranzen kann dadurch auch ein Stellweg der Düsennadel und damit eine Anzahl und/oder Größe der Düsenlöcher bzw. der Einspritzöffnung variiert werden. Vorzugsweise sind ein Transmitterraum und ein Koppelraum getrennt voneinander angeordnet sind und weisen jeweils verschiedene Drücke auf. Diese Druckdifferenz wirkt sich vorteilhaft auf eine Sensibilität des Systems auf, da nur geringe Stellkräfte beispielsweise über ein piezoelektrisches Element aufgebracht werden müssen. Im Transmitterraum wird gemäß einer Ausgestaltung beim Abheben wie auch beim Absenken der Düsennadel ein anderer Druck eingestellt wird als im Koppelraum. Eine Kraftunterstützung kann beispielsweise die Düsennadel von einem Federelement und/oder einem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffes gegen den Ventilsitz erfahren. Das Federerelement und/oder der Druck können auf die Düsennadel pressen. Vorzugsweise ist das Federelement im Differenzkolben angeordnet. Vorzugsweise ist der Festkörperaktuator umströmt von Kraftstoff aus der Raildruckversor- gung. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine Aktivierung des Festkörperaktuators direkt auf den Betätigungskolben einwirkt, wodurch eine Druckerhöhung mittels des Betätigungskolbens über ein Druckniveau des Raildruckes ermöglich wird. Dieser erhöhte Druck wird ausgenutzt, gegen die Anpresskraft zu wirken. Dazu wird vorzugsweise der Differenzkolben genutzt, auf den der erhöhte Druck aufprägbar ist.
Eine Wirkverbindung zwischen dem Aktuator und dem Differenzkolben kann auf direktem Wege oder auch über eine oder mehrere Einbauten erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, dass eine Druckverstärkung durch Einstellung einer wirkenden Fläche des Betätigungskolbens in Bezug zu einer wirkenden Fläche des Differenzkolbens in einem speziel- len Verhältnis steht. Vorzugsweise ist die wirkende Fläche des Betätigungskolbens zumindest um den Faktor 2 bis 5, bevorzugt um den Faktor 3,5 größer als die wirkende Fläche des Differenzkolbens. Als wirkende Fläche des Differenzkolbens ist diejenige zu betrachten, die sich als resultierende Fläche für eine Axialverschiebung ergibt und entgegengesetzt zur Wirkung des Betätigungskolbens einen Kraftaufbau ermöglicht.
Vorzugsweise sind der Betätigungskolben und der Differenzkolben durch die hydraulische Wirkverbindung voneinander getrennt. Insbesondere sind Betätigungskolben und Differenzkolben in verschiedenen Kolbenführungen geführt, deren Achsen vorzugsweise zueinander verkippt oder quer versetzt sind. 5 15.11.2006
Die zur Aktuierung der Düsennadel vorgesehene Wirkverbindung zwischen dem Differenzkolben und der Düsennadel ist insbesondere mechanisch oder hydraulisch ausgestaltet. Vorzugsweise kann dadurch, daß der Aktuator dem Rail-Druck ausgesetzt ist, eine hydraulische Trennung beispielsweise mit Hilfe einer Membran zwischen dem Aktuator und dem Rail-Druck vermieden werden. Vorteilhafterweise kann das Aktuatorvolumen dadurch reduziert werden. Des Weiteren kann vorzugsweise eine Zumeßgenauigkeit des Hochdruckkraftstoffinjektors verbessert werden. Beispielweise wird vorzugsweise eine Leckage von Kraftstoff insbesondere in einen Niederdruckraum verringert. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass auch eine Membran vorgesehen sein kann und trotzdem der Aktuator von Kraftstoff unter Raildruck umströmt wird. Beispielsweise kann um den Aktautor ein Federbalg angeordnet sein. Dabei ist insbesondere ein gelartiges Füllmaterial zwischen Aktuator und Federbalg vorgesehen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Düsennadel von einem Federelement und/oder mittels eines Drucks des einzuspritzenden Kraftstoffes gegen den Ventilsitz pressbar. Als Federelement ist insbesondere eine Druckfeder vorgesehen, beispielsweise eine Schraubenfeder. Zusätzlich zur Feder wird der Raildruck des Kraftstoffes dazu ausgenutzt, die Düsennadel gegen den Ventilsitz zu pressen. Insbesondere ermöglicht das Federelement ein sicheres Verschließen der Düsennadel auch bei einem Druckabfall des Raildruckes.
In einer Weiterbildung weist der Hochdruckkraftstoffinjektor keinen Leckageanschluss auf. Insbesondere weist der Hochdruckkraftstoffinjektor neben einem Raildruckanschluß keinen weiteren Anschluß einer Kraftstoffleitung auf. Vorzugsweise wird an einem Raildruckanschluß eingespeister Kraftstoff ausschließlich über die Einspritzöffnung wieder aus dem Kraftstoffinjektor herausgeführt.
Der Festkörperaktuator kann mit der Raildruckversorgung auf verschiedene Weise direkt verbunden sein. In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Festkörperaktuator unmittelbar im Kontakt mit dem Kraftstoff steht. Der Festkörperaktuator wird daher "naß" im Kraftstoff betrieben und mit Raildruck beaufschlagt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Festkörperaktuator eine Wasserdiffusionsbarriere aufweist, die ihn vorzugsweise vom Kraftstoff abtrennt. Hierbei ist der Festkörperaktuator direkt dem Druck der Rail-Druck-Versorgung ausgesetzt, jedoch bei- spielsweise hermetisch vom Kraftstoff isoliert. Die Wasserdiffusionsbarriere vermindert insbesondere eine Diffusion von Wasser beispielsweise in eine Piezokeramik des 6 15.11.2006
Festkörperaktuators. Als Diffusionsbarriere kann eine keramische Schutzschicht, ein Kunstharz oder ein metallischer Federbalg gewählt werden.
In einer Variante ist der Festkörperaktuator in einem gelgefüllten Federbalg angeordnet, welcher ihn vom Kraftstoff abtrennt. Vorzugsweise verhindert die Gelfüllung, dass der Federbalg unter dem Druck des Kraftstoffes kollabiert. Des weiteren ermöglicht die Gelfüllung vorzugsweise eine Druckübertragung vom Kraftstoff auf den Festkörperaktuator.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß in axialer Richtung der Düsennadel hin- tereinander zumindest die Düsennadel, ein Koppelraum sowie der Differenzkolben angeordnet sind. Der Koppelraum ist beispielsweise ein mit Kraftstoff füllbarer Raum, welcher zwischen der Düsennadel und dem Differenzkolben in einer entsprechenden Führung der Düsennadel bzw. des Differenzkolbens eingeschlossen ist. Insbesondere kann durch einen Druck auf den Differenzkolben ein Druck auf die Düsennadel ausgeübt werden. Vor- zugsweise stehen Düsennadel und Differenzkolben in direktem Kontakt. Bevorzugt ermöglicht der Koppelraum eine Verwendung einer konventionellen Düsennadel, bei der Düse und Nadel eine Baueinheit darstellen. Dadurch kann insbesondere auf bereits vorhandene Düsennadelsysteme zurückgegriffen werden.
Der Differenzkolben weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung einen ersten Kolben mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Kolben mit einem zweiten Durchmesser auf, welcher größer als der erste Durchmesser ist. Insbesondere ermöglicht der Differenzkolben eine Übersetzung der auf die Kolbenflächen wirkenden Kräfte. Der Differenzkolben ist dabei vorzugsweise so angeordnet, daß der erste Kolben mit dem kleineren Durch- messer dem Koppelraum bzw. der Düsennadel zugewandt ist. Der zweite Kolben mit dem größeren Durchmesser wird insbesondere von Kraftstoff auf der einer Federraum-Seite des zweiten Kolbens mit dem Rail-Druck beaufschlagt.
Für eine Verbindung des ersten Kolbens mit dem zweiten Kolben können verschiedene Varianten vorgesehen sein. In einer ersten Variante ist der erste Kolben mit dem zweiten Kolben stoffschlüssig verbunden. Insbesondere ist der erste Kolben und der zweite Kolben als einstückiger Differenzkolben aufgestaltet.
Gemäß einer weiteren Variante ist der erste Kolben mit dem zweiten Kolben formschlüs- sig und/oder kraftschlüssig verbunden. Beispielsweise sind der erste und der zweite Kolben miteinander verschraubt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Verpressung, Verklebung oder dergleichen vorgesehen sein. 7 15.11.2006
Für eine Anordnung des Differenzkolbens ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, daß der erste Kolben in einer ersten Kolbenführung und der zweite Kolben in einer zweiten Kolbenführung gemeinsam axial verschiebbar angeordnet sind, wobei ein mit dem Betäti- gungskolben hydraulisch in Verbindung stehender Transmitterraum vorgesehen ist, welcher einen Übergang zwischen der ersten und der zweiten Kolbenführung umfaßt. Insbesondere ermöglicht der Transmitterraum beispielsweise eine an einem Übergang der Durchmesser des Differenzkolbens gebildete Differenzfläche mit einem Druck zu beaufschlagen. Die Differenzfläche ist dabei als die Fläche zu verstehen, welche in einer axia- len Projektion von der Seite des ersten Kolbens mit dem kleineren Durchmesser als Zylinderring sichtbar ist. Die Differenzfläche beträgt beispielsweise etwa 20% bis 50%, vorzugsweise etwa 30% der Fläche des Betätigungskolbens. Insbesondere kann durch eine geeignete Wahl der auf die jeweiligen Stirnflächen sowie Differenzfläche wirkenden Drücke eine resultierende Kraft auf den Differenzkolben eingestellt werden. Dabei kann ins- besondere auch eine auf den zweiten Kolben wirkende Federkraft berücksichtigt werden.
Der erste Durchmesser entspricht in einer Variante in etwa einem Durchmesser der Düsennadel. Insbesondere können dabei die Kräfteverhältnisse so eingestellt werden, daß bei Beaufschlagung der Düsennadel sowie des Transmitterraumes sowie der zweiten Kolbenfläche des Differenzkolbens ein Kräftegleichgewicht herrscht, so daß durch eine zusätzliche Beaufschlagung des zweiten Kolbens mit einer Feder die Düsennadel gegen den Ventilsitz gepresst wird. Durch eine Druckbeaufschlagung des Transmitterraumes kann insbesondere bewirkt werden, daß die Düsennadel aus dem Ventilsitz angehoben wird. In einem geschlossenen Zustand wird eine Fläche der Düsennadel unterhalb des Ventilsitzes vorzugsweise nicht mit Raildruck beaufschlagt.
Insbesondere für eine Unterstützung des Schließvorganges ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass in einer Zuleitung der Düsennadel wenigstens eine Drosselstelle vorgesehen ist. Beispielsweise ist diese in einer Verbindungsleitung zwischen der Raildruckver- sorgung vorgesehen. Eine Drosselstelle ermöglicht vorzugsweise eine Einstellung eines dynamischen Druckunterschiedes zwischen beiderseits der Drosselstelle gelegenen Leitungsbereichen. Der dynamische Druckunterschied tritt beispielsweise bei einer Betätigung des Hochdruckkraftstoffinjektors auf. Des weiteren vermindert eine Drosselstelle vorzugsweise Druckschwingungen im Kraftstoff, welche bei einem Betätigungsvorgang in einer Zuleitung auftreten können. 8 15.11.2006
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß eine Spitze der Düsennadel zumindest teilweise durch den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt ist. Beispielsweise sind Ventilsitz und Düsennadel bzw. Düsennadelführung so ausgestaltet, daß in einer axialen Projektion der Düsennadel betrachtet lediglich ein Zylinderring mit Druck beaufschlagt ist. Insbeson- dere kann durch eine Wahl eines Flächenanteiles des Zylinderrings im Vergleich zur Querschnittsfläche der Düsennadel ein Ansprechverhalten der Düsennadel beeinflußt werden. Des Weiteren kann insbesondere durch eine geeignete Wahl der ersten und der zweiten Kolbenfläche sowie der Differenzfläche und der druckbeaufschlagten Fläche der Düsenspitze eine entsprechende hydraulische Übersetzung eingestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Führungen von Betätigungskolben, Differenzkolben und/oder Düsennadel eine so enge Passung aufweisen, daß ein Leckagevolumen von Kraftstoff, welches bei einer Betätigung des Festkörperaktuators zu einer Ventilöffnung auftritt, weit unterhalb, vorzugsweise unterhalb von 10%, eines Volumens liegt, welches bei einem Ventilöffnungsvorgang verdrängt wird. Als Leckagevolumen ist insbesondere das Volumen zu verstehen, welches infolge des durch den Betätigungskolben ausgeübten Druckes durch die Führungen entweicht und somit keine hydraulische Arbeit lasten kann.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Hochdruckkraftstoffinjektor so ausgeführt ist, dass der Festkörperaktuator in einem Aktuatorraum angeordnet ist, welche an die Raildruckversorgung angeschlossen ist, wobei wenigstens eine Feder iireinem Federraum angeordnet ist, welche eine in Schließrichtung der Düsennadel wirkende Druckkraft auf den Differenzkolben ausübt, welcher über einen Koppelraum mit der Düsennadel in Wirkverbindung steht, wobei wenigstens eine Verbindung zwischen dem Aktuatorraum und dem Federraum vorgesehen ist, so daß mittels eines Druckes im Federraum eine in Schließrichtung der Düsennadel wirkende Kraft auf den Differenzkolben ausübbar ist, wobei wenigstens eine Verbindung zwischen dem Aktuatorraum und einem Spitzenbereich der Düsennadel vorgesehen ist. Der Federraum ist beispielsweise in einer becher- förmigen Ausnehmung des zweiten Kolbens angeordnet. Als Spitzenbereich der Düsennadel ist insbesondere derjenige Bereich zu verstehen, in dem sich die Düsennadel im Querschnitt verjüngt. Beispielsweise ist die Düsennadel kegelförmig, kugelkappenförmig oder dergleichen.
Für den Festkörperaktuator ist in einer ersten Ausgestaltung vorgesehen, daß dieser ein piezolektrisches Element umfaßt. Bei diesem piezoelektrischen Element handelt es sich 9 15.11.2006 insbesondere um eine Piezokeramik. Vorzugsweise umfaßt das piezoelektrische Element einen oder mehrere Stapel mit jeweils mehreren einzelnen piezoelektrischen Elementen.
Gemäß einer anderen Variante umfaßt der Festkörperaktuator ein magnetostriktives EIe- ment. Das magnetostriktive Element ist dabei insbesondere so angeordnet, dass eine Beaufschlagung mit einem magnetischen Feld eine Ausdehnung des Aktuators in Wirkrichtung des Aktuators auf den Betätigungskolben, insbesondere infolge einer Querkontraktion desselbigen, bewirkt.
Ein Druck in einer an den Hochdruckkraftstoffinjektor angeschlossenen Kraftstoffversorgungsleitung beträgt gemäß einer Weiterbildung mehr als 1.500 bar, vorzugsweise über 1800 bar. Insbesondere ermöglicht ein hoher Kraftstoffdruck eine feine Zerstäubung des einzuspritzenden Kraftstoffes. Des Weiteren werden vorzugsweise kurze Öffnungsintervalle gewährleistet, so daß insbesondere eine Mehrfacheinspritzung verbessert werden kann. Beispielsweise können zwischen drei bis fünf Mehrfacheinspritzungen mit entsprechenden Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung durch entsprechende Ansteuerung des Ventils ermöglich werden.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Gedanken ein Verfahren zur Hochdruckein- spritzung des Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei eine von einem Federelement und einem Druck des Kraftstoffes mit einer Anpresskraft in einen Ventilsitz gepresste Düsennadel eines Hochdruckkraftstoffinjektors mittels einer hydraulischen Druckbeaufschlagung, welche der Anpresskraft der Düsennadel entgegen wirkt, aus dem Ventilsitz gehoben wird und zumindest eine Einspritzöffnung freigegeben wird, wobei die hydraulische Druckbeaufschlagung mittels einer Aktivierung wenigstens eines auf einem Betätigungskolben wirkenden Festkörperaktuators erzielt wird, welcher direkt mit einer Raildruckversorgung in Verbindung steht und dem Druck des Kraftstoffes ausgesetzt ist.
Die Aktivierung erfolgt beispielsweise mittels Einspeisung elektrischer Energie in den Festkörperaktuator bzw. mittels einer Anhebung eines Einspeisungsenergieniveaus von einem Ruheenergieniveaus auf ein Betätigungsenergieniveau. Vorzugsweise wird das Risiko einer Schädigung des Festkörperaktuators durch freies und/oder im Kraftstoff gelöstes Wasser vermindert, wenn der Festkörperaktuator nicht permanent angesteuert ist. Bei einem piezoelektrischen Festkörperaktuator wird freies und/oder gelöstes Wasser insbesondere dann angezogen, wenn ein elektrisches Feld am piezoelektrischen Festkörperaktuator anliegt. 10 15.11.2006
Gemäß einer Weiterbildung wird der Festkörperaktuator nur während eines Einspritzvorganges mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise wird dadurch das Risiko der Schädigung des Festkörperaktuators weitestgehend vermindert bzw. auf die Einspritz- phasen beschränkt.
Für eine Betätigung der Düsennadel ist gemäß einer Variante vorgesehen, daß die Druckbeaufschlagung in einem hydraulisch mit dem Betätigungskolben in Verbindung stehenden Transmitterraum bewirkt wird, welcher einen Übergang zu einer ersten und einer zweiten Kolbenführung zur Aufnahme eines Differenzkolbens umfaßt, wodurch der Differenzkolben, dessen Durchmesser in axialer Richtung wenigstens eine stufenförmige Verjüngung aufweist, entgegen der Anpresskraft bewegt werden kann, so daß ein Druck in einem Koppelraum zwischen dem Differenzkolben und der Düsennadel unter den Raildruck absinkt, wodurch mittels des auf die Spitze der Düsennadel wirkenden Kraft- Stoffdruckes die Düsennadel bewegt wird.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß zum Beenden einer Kraftstoffeinspritzung die Druckbeaufschlagung soweit reduziert wird, daß die Düsennadel durch die Kraft einer Feder wieder ihren Sitz erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort gezeigten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung sowie den Figuren gezeigte Merkmale miteinander zu Weiterbildungen kombinierbar. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors, und
Figur 2 eine zweite Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors, und
Figur 3 eine dritte Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors.
Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System und im Detail eine daran angeschlossene, erste Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors 1. Dieser umfaßt ein mehrteiliges Gehäuse 2, in dem ein Festkörperaktuator 3, ein Diffe- renzkolben 4 sowie eine Düsennadel 5 angeordnet sind. Der Festkörperaktuator 3 ist in einem Aktuatorraum 6 angeordnet. Dieser steht mittels eines Raildruckanschlusses 7 mit dem unter dem Raildruck stehenden nicht im einzelnen dargestellten Kraftstoff und 11 15.11.2006
Raildruckversorgung in direkter Verbindung. Zur Zuführung des Kraftstoffes zu wenigstens einer nicht im einzelnen dargestellten Einspritzöffnung in einer Düsenspitze 8 ist eine Bohrung 9 vorgesehen, welche den Aktuatorraum 6 mit der Düsenspitze 8 verbindet. Die Düsennadel 5 ist in einer Düsennadelführung 10 längs verschiebbar gelagert. In einem geschlossenen Zustand des Hochdruckkraftstoffinjektors 1 wird die Nadelspitze 11 der Düsennadel 5 gegen einen Ventilsitz 12 gepresst. Eine Anpresskraft wird dabei mittels des Differenzkolbens 4 auf die Düsennadel 5 übertragen. Dazu ist zwischen dem Differenzkolben 4 und der Düsennadel 5 ein Koppelraum 13 vorgesehen, welcher mit Kraftstoff gefüllt ist. Dieser ermöglicht somit eine hydraulische Kraftübertragung vom Differenzkol- ben 4 auf die Düsennadel 5. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung kann anstelle des Koppelraumes 13 auch eine direkte mechanische Wirkverbindung vorgesehen sein. Insbesondere kann zumindest in einer Ruheposition eine direkte mechanische Wirkverbindung vorliegen. Der Differenzkolben ist in einer ersten Kolbenführung 14 und einer zweiten Kolbenführung 15 längsverschiebbar gelagert. Dabei weist der Differenzkolben 4 ei- nen ersten Kolben 16 und einen zweiten Kolben 17 auf, wobei der zweite Kolben einen größeren Durchmesser als der erste Kolben aufweist. Darüber hinaus ist der zweite Kolben vorzugsweise becherförmig ausgestaltet, so daß ein Federraum 18 gebildet wird. In diesem Federraum ist eine Druckfeder 19 angeordnet, welche eine in Schließrichtung 20 wirkende Druckkraft auf den Differenzkolben 4 ausübt, die somit über den Koppelraum 13 auf die Düsennadel 5 wirkt. Der Federraum 18 weist eine erste Verbindung 21 zur Bohrung 9 und somit zum Aktuatorraum 6 auf, so daß der Kraftstoff im Federraum 18 mit dem Raildruck beaufschlagt ist. Zum Anheben der Düsennadel 5 aus dem Ventilsitz 12 ist ein Transmitterraum 22 vorgesehen, welcher eine hydraulische Wirkverbindung zwischen einem Betätigungskolben 23 und dem Differenzkolben 4 darstellt. Der Transmitterraum 22 umfasst dabei einen Übergang 24 zwischen der ersten Kolbenführung 14 und der zweiten Kolbenführung 15. Dadurch wird ermöglicht, daß eine Differenzfläche 25 mit einem im Transmitterraum 22 herrschenden Druck beaufschlagt werden kann. Zur Druckbeaufschlagung wird der Festkörperaktuator 3 mit einer Energieeinspeisung versorgt, so daß der Festkörperaktuator 3 sich ausdehnt. Dadurch verringert der Betätigungskolben 23 ein Betätigungskolbenraumvolumen 26. Damit kann durch Einstellung eines entsprechenden Druckes bewirkt werden, daß der Differenzkolben 4 entgegen der Schließrichtung 20 entlastet und bewegt werden kann. Die Düsennadel wird dadurch aufgrund eines an der Nadelspitze anliegenden Kraftstoffdruckes aus dem Ventilsitz 12 gehoben.
Für eine Einspeisung elektrischer Energie ist ein Steckeranschluss 27 vorgesehen. Vorzugsweise sind der erste Kolben 16, der zweite Kolben 17, die Nadelspitze 11 sowie die Druckfeder 19 so dimensioniert, daß die Düsennadel 5 bei deaktiviertem Festkörperaktua- 12 15.11.2006 tor 3 gegen den Ventilsitz 12 gepresst wird. Vorzugsweise ist eine elektrische Energieeinspeisung lediglich für einen Öffnungsvorgang erforderlich. Dazu ist der Festkörperaktuator beispielsweise als piezoelektrisches Element ausgestaltet. Es kann jedoch auch ein magnetostriktiver Aktuator unter Ausnutzung einer Querdehnung verwendet werden.
In einer nicht dargestellten Ausführung kann der Festkörperaktuator 3 durch eine Wasserdiffusionsbarriere hermetisch vom Kraftstoff abgeschlossen sein. Hierzu ist der Festkörperaktuator 3 beispielsweise von einer Wasserdiffusionsbarriere umhüllt. Die Wasserdiffusionsbarriere ist jedoch insbesondere so ausgestaltet, daß sie einen herr- sehenden Kraftstoffdruck nicht vom Festkörperaktuator 3 abschirmt. Insbesondere ist der Festkörperaktuator dem Raildruck ausgesetzt. Dieser beträgt beispielsweise wenigstens 1.500 bar.
Zur Minimierung einer Leckage bei einem Betätigungsvorgang ist vorgesehen, daß eine Betätigungskolbenführung 18, eine erste Kolbenführung 14 und/oder eine zweite Kolbenführung 15 eine so enge Passung aufweisen, daß ein Leckagevolumen von Kraftstoff, welches bei einer Betätigung des Festkörperaktuators 3 zu einer Ventilöffnung auftritt, weit unterhalb eines Volumens liegt, welches bei einem Ventilöffnungsvorgang aus dem Betätigungskolbenraumvolumen 26 verdrängt wird. Vorzugsweise liegt Leckagevolumen unterhalb von 10% des verdrängten Volumens. In einer nicht dargestellten Variante können insbesondere unterstützend Dichtungen wie beispielsweise Ringdichtungen an den entsprechenden Führungen verwendet werden.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen verse- hen.
Figur 2 zeigt eine weitere Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors 1. Der Hochdruckkraftstoffinjektor 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 2 in dem ein Festkörperaktuator 3, in diesem Fall ein piezoelektrisches Element, angeordnet ist. Des Weiteren ist darin ein Differenzkolben 4 sowie eine Düsennadel 5 angeordnet. Der Festkörperaktuator 3 ist in einem Aktuatorraum 6 eingebaut, welcher über Verbindungsbohrungen 29 mit einem Kraftstoffraum 30 in Verbindung steht. Der Kraftstoffraum 30 weist einen Raildru- ckanschluss 7 auf, über den der Kraftstoffraum mit einer nicht dargestellten Speicherleitung einer Common-Rail-Anordnung in Verbindung steht. Somit steht der Kraftstoff räum 30 unter einem Druck, mit welchem der Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Kraftstoff räum 30 ist einerseits mit einem Federraum 18 sowie andererseits mittels einer Bohrung 9 mit einer Nadelschaftumgebung 31 verbunden, welche die Düsennadel 5 auf einem Schaft- 13 15.11.2006 abschnitt 32 umgibt. Die Nadelschaftumgebung 31 reicht dabei soweit, daß auch eine Nadelspitze 11 der Düsennadel 5 zumindest teilweise mit Kraftstoff umgeben ist. Dies hat zur Folge, daß bei Druckbeaufschlagung des Kraftstoffes eine entgegen einer Schließrichtung 20 wirkende Kraft auf die Nadelspitze 11 wirkt, so daß ein Anhebevorgang der Na- delspitze 11 aus einem Ventilsitz 12 ermöglicht wird. Düsennadel 5 und Differenzkolben 4 sind über einen Koppelraum 13 miteinander verbunden. Dieser ist mit Kraftstoff gefüllt und ermöglicht eine Kraftübertragung vom Differenzkolben 4 auf die Düsennadel 5.
Zur Betätigung der Düsennadel 5 ist ein Betätigungskolben 23 vorgesehen, welcher mit dem Festkörperaktuator 3 verbunden ist. Der Betätigungskolben 23 wirkt auf ein Betäti- gungskolbenraumvolumen 26, welches bei Ausdehnung des Festkörperaktuators 3 verkleinert werden kann. Das Betätigungsraumvolumen 26 steht mit einem Transmitterraum 22 in Verbindung, welcher einen Übergang des Differenzkolbens von einem ersten Kolben 16 mit einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Kolben 17 mit einem zweiten, ge- genüber dem ersten Durchmesser größeren Durchmesser umfasst. Dadurch wird an einer Differenzfläche 25 ein Druck ausgeübt, welcher eine entgegen der Schließrichtung 20 wirkende Kraft auf den Differenzkolben 4 zur Folge hat. Dementsprechend sinkt ein Druck im Koppelraum 13, so daß infolge eines an der Nadelspitze 11 anliegenden Kraftstoffdru- ckes die Düsennadel 5 auf dem Ventilsitz 12 angehoben wird. Dadurch werden eine erste 33 und eine zweite Einspritzöffnung 34 freigegeben und Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum eingespritzt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung eines Hochdruckkraftstoffinjektors 1. Diese entspricht im wesentlichen der in Figur 1 gezeigten ersten Anordnung. Im Unterschied dazu weist der Hochdruckkraftstoffinjektor 1 eine Drosselstelle 35 in einer zwischen einem Injektorraum 6 und einer Nadelschaftumgebung 31 angeordneten Bohrung 9 auf. Die Drosselstelle 35 ermöglicht vorzugsweise eine Schwingungsdämpfung bei Druckänderungen. Des weiteren ermöglicht die Drosselstelle insbesondere eine Unterstützung eines Schließvorganges, indem ein dynamischer Druckunterschied zwischen beiderseits der Drosselstelle gelegenen Bereichen 36; 37 der Bohrung 9 ermöglicht wird.

Claims

15.11.2006Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail und zumindest einem Hochdruckkraftstoffinjektor (1), welcher in einer Common-Rail-Anordnung angeordnet ist, wobei der Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) zumindest eine mit einer Anpresskraft gegen einen Ventilsitz (12) pressbare Düsennadel (5) und wenigstens einen auf einen Betätigungskolben (23) wirkenden Festkörperaktuator (3) umfasst, welcher direkt mit einer Raildruckversorgung verbunden ist, wobei zwischen dem Betätigungskolben (23) und einem mit der Düsennadel (5) in Wirkverbindung stehenden Differenzkolben (4) zumindest eine hydraulische Wirkverbindung derart vorgesehen ist, dass eine Aktivierung des Festkörperaktuators (3) direkt auf den Betätigungskolben einwirkt, wodurch eine Druckerhöhung mittels des Betätigungskolbens über einen Raildruck ermöglichbar ist, die über den Differenzkolben der Anpresskraft entgegenwirkt, so dass die Düsennadel (5) aus dem Ventilsitz (12) hebbar und zumindest eine Einspritzöff- nung freigebbar ist, wobei zwischen der Düsennadel und dem Differenzkolben (4) wenigstens eine Trennfuge vorgesehen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) und der Differenzkolben (4) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) zumindest jeweils über einen Bereich einen gleichen Durchmesser aufweisen.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) und der Differenzkolben (4) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) zumindest teilweise entlang derselben Führung bewegbar sind.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Abheben der Düsennadel (5) mit Druck zu beaufschlagende Fläche des Differenzkolbens (4) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) zumindest teilweise über einen maximalen Durchmesser der Düsennadel (5) hinausragt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) entlang ihrer Führung an einem Ende einen ortsfesten Anschlag über den Ventilsitz (12) erreicht und an ihrem anderen Ende ohne einen ortsfesten sondern an einem beweglichen Anschlag in ihre Endstellung im
Hochdruckkraftsoffinjektor (1 ) gelangt.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) zumindest in einem ersten Bauteil und der Differenzkolben (4) zumindest in einem zweiten Bauteil des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) beweglich angeordnet ist, wobei eine Führung sich durch das erste in das zweite 15.11.2006
Bauteil erstreckt, die einen gleichen Führungsdurchmesser für die Düsennadel (5) und einen Teil des Differenzkolbens (4) aufweist, um ein Eindringen von Düsennadel (5) bzw. Differenzkolben (4) in das jeweilige andere Bauteil zu ermöglichen.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Transmitterraum (22) und ein Koppelraum (13) des
Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) getrennt voneinander angeordnet sind und jeweils verschiedene Drücke aufweisen.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) von einem Federelement und/oder einem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffes im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) gegen den Ventilsitz (12) pressbar ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement im Differenzkolben (4) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) ohne Leckageanschluss auskommt.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) unmittelbar in Kontakt mit dem Kraftstoff steht.
12. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) eine
Wasserdiffusionsbarriere aufweist, die ihn vom Kraftstoff abtrennt.
13. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) in einem gelgefüllten Federbalg im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) angeordnet ist, welcher ihn vom Kraftstoff abtrennt.
14. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung der Düsennadel (5) hintereinander im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) zumindest die Düsennadel (5), ein Koppelraum (13) sowie der Differenzkolben (4) angeordnet sind.
15. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Differenzkolben (4) einen ersten Kolben (16) mit einem ersten
Durchmesser und einen zweiten Kolben (17) mit einem zweiten Durchmesser, welcher größer als der erste Durchmesser ist, aufweist. 15.11.2006
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (16) mit dem zweiten Kolben (17) stoffschlüssig verbunden ist.
17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (16) mit dem zweiten Kolben (17) formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (16) in einer ersten Kolbenführung (14) und der zweite Kolben (17) in einer zweiten Kolbenführung (15) gemeinsam axial verschiebbar angeordnet sind, wobei ein mit dem Betätigungskolben (23) hydraulisch in Verbindung stehender Transmitterraum (22) im Hochdruckkraftstoffinjektor (1 ) vorgesehen ist, welcher einen
Übergang zwischen der ersten und der zweiten Kolbenführung (14, 15) umfasst.
19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkör- peraktuator (3) in einem Aktuatorraum (6) angeordnet ist, welcher an die Raildruck- versorgung angeschlossen ist, wobei wenigstens eine Feder in einem Federraum (18) angeordnet ist, welche eine in Schließrichtung der Düsennadel (5) wirkende
Druckkraft auf den Differenzkolben (4) ausübt, welcher über einen Koppelraum (13) mit der Düsennadel (5) in Wirkverbindung steht, wobei wenigstens eine Verbindung zwischen dem Aktuatorraum (6) und dem Federraum (18) vorgesehen ist, so dass mittels eines Druckes im Federraum (18) eine in Schließrichtung der Düsennadel (5) wirkende Kraft auf den Differenzkolben (4) ausübbar ist, wobei wenigstens eine Verbindung zwischen dem Aktuatorraum (6) und einem Spitzenbereich (31) der Düsennadel (5) vorgesehen ist.
20. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser in etwa einem Durchmesser der Düsennadel (5) ent- spricht.
21. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche des Betätigungskolbens im Hochdruckkraftstoffinjektor (1) um einen Faktor zwischen 2 und 5 größer ist als eine wirkende Fläche des Differenzkolbens (4)
22. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zuleitung (9) der Düsennadel (5) im Hochdruckkraftstoffinjektor (1) wenigstens eine Drosselstelle (35) vorgesehen ist. 15.11.2006
23. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spitze der Düsennadel (5) zumindest teilweise durch den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt ist.
24. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass Führungen von Betätigungskolben (23), Differenzkolben (4) und/oder
Düsennadel (5) eine so enge Passung aufweisen, dass ein Leckagevolumen von Kraftstoff, welches bei einer Betätigung des Festkörperaktuators (3) zu einer Ventilöffnung auftritt, deutlich unterhalb, insbesondere unterhalb von 10%, eines Volumens liegt, welches bei einem Ventilöffnungsvorgang des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) verdrängt wird.
25. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) ein piezoelektrisches Element umfasst.
26. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) des Hochdruckkraftstoffinjektors (1 ) ein magnetostriktives Element umfasst.
27. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck in einer an den Hochdruckkraftstoff injektor (1) angeschlossenen Kraftstoffversorgungsleitung mehr als 1500 bar beträgt.
28. Verfahren zur Hochdruckeinspritzung eines Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei eine von einem Federelement und einem Druck des Kraftstoffes mit einer Anpresskraft gegen einen Ventilsitz (12) gepresste Düsennadel (5) eines Hochdruckkraftstoffinjektors (1) mittels einer hydraulischen Druckbeaufschlagung, welche der Anpresskraft der Düsennadel (5) entgegenwirkt, aus dem Ven- tilsitz (12) gehoben wird und zumindest eine Einspritzöffnung freigegeben wird, wobei die hydraulische Druckbeaufschlagung mittels einer Aktivierung wenigstens eines auf einen Betätigungskolben (23) wirkenden Festkörperaktuators (3) erzielt wird, welcher direkt mit einer Raildruckversorgung in Verbindung steht und dem Druck des Kraftstoffes ausgesetzt wird, wobei eine Druckerhöhung mittels des Betätigungskolbens über den Raildruck erzeugt und eine daraus wirkende Kraft zur Anhebung der Düsennadel (4) genutzt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckbeaufschlagung in einem hydraulisch mit dem Betätigungskolben (23) in Verbindung stehenden Transmitterraum (22) bewirkt wird, ein Differenzkolben (4) entgegen einer Anpress- 15.11.2006 kraft bewegt wird und ein Druck in einem Koppelraum (13) zwischen dem Differenzkolben (4) und der Düsennadel (4) unter einen Raildruck absinkt, so dass die Düsennadel (4) bewegt wird.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckbeaufschlagung der Düsennadel, des Transmitterraums sowie einer zweiten Kolbenfläche des Differenzkolbens ein Kräftegleichgewicht eingestellt wird.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperaktuator (3) im wesentlichen nur während eines Einspritzvorgan- ges mit elektrischer Energie versorgt wird, vorzugsweise ausschließlich nur während eines Einspritzvorganges.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung in einem hydraulisch mit dem Betätigungskolben (23) in Verbindung stehenden Transmitterraum (22) bewirkt wird, welcher einen Übergang zwischen einer ersten und einer zweiten Kolbenführung (14, 15) zur Aufnahme eines
Differenzkolbens (4) umfasst, auf den in Abhängigkeit von resultierenden Querschnittsflächen des Differenzkolbens (4) eine Druckkraft aufgeprägt wird, die entgegen der Anpresskraft wirkt, wodurch mittels des auf die Spitze der Düsennadel (5) wirkenden Kraftstoffdruckes die Düsennadel (5) bewegt wird.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch kurzzeitiges Betätigen des Festkörperaktuators (3) eine Mehrfacheinspritzung über einen Verbrennungszyklus eingestellt wird.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beenden einer Kraftstoffeinspritzung die Druckbeaufschlagung soweit re- duziert wird, dass die Düsennadel (5) wieder ihren Sitz erreicht.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Transmitterraum (22) beim Abheben wie auch beim Absenken der Düsennadel (5) ein anderer Druck eingestellt wird als im Koppelraum (13).
36. Anwendung des Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 28 bis 35 bei einem 2-Takt-Verfahren.
37. Anwendung eines Otto-Prinzips bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 27.
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