WO2007115853A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2007115853A1
WO2007115853A1 PCT/EP2007/051487 EP2007051487W WO2007115853A1 WO 2007115853 A1 WO2007115853 A1 WO 2007115853A1 EP 2007051487 W EP2007051487 W EP 2007051487W WO 2007115853 A1 WO2007115853 A1 WO 2007115853A1
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fuel injector
pressure
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nozzle needle
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Patrick Mattes
Michael Mennicken
Hans-Christoph Magel
Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the hydraulic coupler has a coupler piston which is mechanically coupled to the armature and whose end close to the combustion chamber limits the control chamber.
  • the coupler piston is a first translator piston.
  • a plunger can be integrated.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a fuel injector with an injector housing 81.
  • the injector housing 81 comprises a nozzle body 82, with its lower free end 89 in a Combustion chamber of an internal combustion engine protrudes. With its upper end remote from the combustion chamber, the nozzle body 82 is clamped against a holding body 85 with the interposition of a throttle plate 83 with the aid of a clamping nut 84.
  • a nozzle needle 88 which opens or closes at least one injection opening at the end 89 of the nozzle body 82 as a function of the pressure in a control space, is accommodated in the nozzle body 82.
  • a magnet or a magnetic coil 124 is disposed in the Magnetaktorfactraum 115 within the Garkorpers 85.
  • the solenoid coil 124 When the solenoid coil 124 is energized, the armature 121 is attracted toward the solenoid coil 124.
  • the associated armature stroke is designated 140 and amounts to 30 microns.
  • the injection process is initiated by energizing the solenoid coil 124. Proportional to the stroke of the armature 121, the pressure in the control chamber 90 is lowered, so that the nozzle needle 88 lifts after falling below the opening pressure from the seat.
  • the coupler piston 102 is completely pressure-balanced in itself. In order to ensure a safe closing, the closing operation takes place after the magnetic coil 124 has been switched off by the spring 122 attached to the armature 121.
  • the pretensioning force of the spring 122 is between 50 and 100 Newton, preferably between 70 and 90 Newton.
  • the throttle 138 in the high pressure line 136 serves to reduce the high pressure in the storage volume 100 with respect to the equalization volume 130.
  • the biasing force of the spring 109 is preferably between 10 and 20 Newtons.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse (1), das einen Kraftstoffhochdruckanschluss aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle (28) außerhalb und mit einem Druckraum (17) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (44), mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel (8) öffnet. Um einen Kraftstoffinjektor zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist, ist der Druck in dem Steuerraum (44) durch einen Magnetaktor (30) direkt gesteuert.

Description

Beschreibung
Titel Kraftstoffinjektor
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Es ist bekannt zur Einbringung von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren hubgesteuerte Kraftstoffinj ektoren zu verwenden. Das hat den Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Die Ansteuerung der Injekto- ren kann durch einen Piezoaktor direkt oder unter Zwischenschaltung eines Servo-Steuerraums erfolgen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffhoch- druckanschluss aufweist, der mit einer zentralen
Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehauses in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftma- schine eingespritzt wird, wenn eine Dusennadel öffnet, dadurch gelost, dass der Druck in dem Steuerraum durch einen Magnetaktor direkt gesteuert wird. Der Magnetaktor hat den Vorteil, dass er eine robuste und bekannte Technik darstellt und auch unter Hochdruck eine hohe Lebensdauer und geringe Herstellungskosten aufweist.
Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktor eine Spule umfasst, die mit einem Anker zusammenwirkt, der, wenn die Spule aktiviert wird, durch eine Magnetkraft einen Ankerhub ausfuhrt. Die Spule ist zur Abdichtung gegenüber dem Kraftstoff zum Beispiel in Epoxydharz eingegossen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anker über einen hydraulischen Koppler, der den Ankerhub untersetzt und die Magnetkraft übersetzt, mit der Dusennadel gekoppelt ist. Durch einen hohen Systemdruck von bis zu 2000 bar können sehr große Schaltkrafte erforderlich sein, um die Dusennadel zu offnen. Diese Kräfte können durch die Übersetzung der Magnetkraft realisiert werden. Vor- teilhafterweise wird eine hohe Kraftubersetzung von circa 4 bis 10 verwendet. Damit kann aus dem Kraftbereich des Magnetaktors von circa 40 bis 100 Newton die notwendige Dusenoffnungskraft von circa 250 bis 500 Newton erzeugt werden. Gleichzeitig wird der Ankerhub mit Hilfe des hydraulischen Kopplers auf ein gewünschtes Maß reduziert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler einen Kopplerkolben aufweist, der mechanisch mit dem Anker gekoppelt ist und dessen brennraumnahes Ende den Steuerraum begrenzt. Dadurch wird ein einfacher mechanischer Aufbau ermöglicht, wodurch der fertigungstechnische Aufwand gering gehalten wird. Der Kopplerkolben stellt einen ersten Ubersetzerkolben dar. In den Kopplerkolben kann ein Tauchanker integriert sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum von dem brennraumfernen Ende der Dusennadel begrenzt wird. Die Dusennadel stellt einen zweiten Ubersetzerkolben dar. In axialer Richtung zwischen dem brennraumfernen Ende der Dusennadel und dem brennraumnahen Ende des Kopplerkolbens ist der Steuerraum angeordnet, der auch als Kopplerraum bezeichnet wird. Über den Kopplerraum wird die Dusennadel hydraulisch mit dem Kopplerkol- ben gekoppelt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumnahe Ende des Kopplerkolbens ei- nen kleineren Durchmesser aufweist als das brennraumferne Ende der Dusennadel. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Übersetzung der Magnetkraft und eine Untersetzung des Ankerhubs erreicht. - A -
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler einen Kopplerkolben aufweist, der mechanisch mit dem Anker gekoppelt ist und dessen brennraumnahes Ende einen brennraum- fernen Teilsteuerraum begrenzt. Der Druck in dem brennraumfernen Teilsteuerraum kann durch eine Bewegung des Kopplerkolbens gezielt verändert, insbesondere abgesenkt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der brennraumferne Teilsteuerraum von einer federvorgespannten Hülse begrenzt wird, die an dem brennraumnahen Ende des Kopplerkolbens geführt ist und mit einer Beißkante an einer Drosselplatte anliegt. Die Federvorspannkraft ist hinreichend klein und beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 20 Newton.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte ein Durchgangsloch aufweist, das den brennraumfernen Teilsteuerraum mit einem brennraumnahen Teilsteuerraum verbindet, der durch das brennraumferne Ende der Düsennadel begrenzt ist. Durch das Durchgangsloch wird eine Druckabsenkung von dem brennraumfernen auf den brennraumnahen Teilsteuerraum übertragen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumnahe Ende des Kopplerkolbens einen größeren Durchmesser aufweist als das brennraumferne Ende der Düsennadel. Das brennraumnahe Ende des Kopplerkolbens weist vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 8 mm auf. Das brennraumferne Ende der Düsennadel weist vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 3,5 mm auf. So kann mit einem An- kerhub von 30 μm ein Nadelhub von etwa 180 μm erzielt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumferne Ende des Kopplerkolbens ein Ausgleichsvolumen begrenzt, das mit einem Speichervolumen in Verbindung steht, in dem das brennraum- nahe Ende des Kopplerkolbens angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass der Steuerkolben voll- ständig druckausgeglichen ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben durch einen Kopplerkolben- führungsabschnitt geführt ist, der das Speichervolumen mit einem Magnetaktoraufnahmeraum verbindet, in welchem der Magnetaktor aufgenommen ist. Der Durchmesser des Kopplerkolbenführungsabschnitts ist so gewählt, dass die Leckage von dem Speichervolu- men in den Magnetaktoraufnahmeraum gering gehalten wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktoraufnahmeraum mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung steht. Die an dem Kopplerkolbenführungsabschnitt auftretende Leckage wird in den Druckentlastungsraum abgeführt. Der in den vorangegangenen Abschnitten beschriebene Kraftstoffinjektor ermöglicht eine Mehrfacheinspritzung bei gleichzeitig optimiertem hydraulischem Gesamtwirkungsgrad. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung umfasst der Kraftstoffinjektor ein integriertes Dämpfungsvolumen oder Speichervolumen. Darüber hinaus ermöglicht der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor die Vermeidung von Leckageverlusten beziehungsweise Steuermengen. Es wird ein kostengünstig herstellbarer direktschaltender Kraftstoffinj ektor mit Magnetsteller bereitgestellt. Durch die Integration des Magnetstellers in einen Haltekörper des Injektorgehäuses kann die Baulänge des Kraftstoffinjektors reduziert werden.
Das zugehörige Funktionsprinzip erlaubt eine Optimierung des hydraulischen Gesamtwirkungsgrads, was die Verwendung kleinerer Hochdruckpumpen ermöglicht. Da die Anzahl der Einspritzungen beziehungs- weise Steuermengen nicht mehr in der Gesamtmengenbilanz des Systems enthalten ist, können höhere ap- plikative Freiheitsgrade erreicht werden. Durch die Vermeidung einer hydraulischen Rückwirkung (Absteuerstoß) auf den Magnetsteller kann die Performance des Injektors verbessert werden. Insbesondere wird die Darstellung eines kostengünstigen Systems durch Entfall eines Rails und eines Druckregelventils ermöglicht, wobei durch eine gezielte Leckage der Druckabbau erreicht wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum von einer Steuerraumbegren- zungshülse begrenzt wird, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Dusennadel gefuhrt ist. Der Steuerraum, der auch als Kopplungsraum bezeichnet wird, kann auch mehrere Teilkopplungsraume umfassen, die miteinander in Verbindung stehen. Durch die Verwendung einer Drossel zwischen den Teilkopplungsraumen kann die Offnungscharakteristik der Dusennadel weiter optimiert werden. Durch eine Dampfung der Offnungsgeschwindigkeit kann damit eine optimierte Kleinstmengenfahigkeit und ein vor- teilhafter Einspritzratenverlauf erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktor in einem Aktorraum angeordnet ist, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Aktorraum dient gleichzeitig als Dampfungs- und Speichervolumen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum mit dem Steuerraum in Verbindung steht. Die Verbindung kann durch entsprechende
Kopplerspalte realisiert werden, die zum Beispiel zwischen dem Kopplerkolben und dem Injektorgehause vorgesehen sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dusennadel einen Doppelsitz aufweist. Die Dusennadel weist dann mehrere Stromungskanale auf, die eine zentrale Kraftstoffzufuhr an die Nadelspitze ermöglichen. Die Spritzlocher sind vorzugsweise durch zwei Dichtsitze der Dusennadel abgedichtet. Beim Offnen der Dusennadel werden die zwei Dichtsitze gleichzeitig geöffnet, die einen relativ großen Durchmesser aufweisen können, ohne große Nadelkräfte zu erzeugen. Dadurch wird eine Entdrosse- lung der Düse bei geringem Düsennadelhub erreicht, zum Beispiel bei 50 μm.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Längsschnitt und
Figur 2 einen Kraftstoffinjektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt .
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse 1 im Längsschnitt dargestellt. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in einen Brennraum einer mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 mittels einer (nicht dargestellten) Spannmutter axial gegen einen Zwischenkörper 3 und einen Injektorkörper 4 ver- spannt. Der Injektorkörper 4 hat im Wesentlichen die Gestalt einer kreiszylindermantelförmigen Hülse, deren eine Stirnseite durch den Zwischenkörper 3 und deren andere Stirnseite durch einen Injektorkopf 5 abgeschlossen ist. In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 6 ausgespart, in der eine Düsennadel 8 axial verschiebbar geführt ist. An der Spitze 9 der Dü- sennadel 8 ist eine Dichtkante 10 ausgebildet, die mit einem Dichtsitz beziehungsweise einer Dichtfläche 11 zusammenwirkt, um zwei Spritzlöcher 13 und 14 in Abhängigkeit von der Stellung der Düsennadel 8 gezielt freizugeben oder zu verschließen. Wenn die Düsennadelspitze 9 mit der Dichtkante 10 von ihrem Dichtsitz abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 13 und 14 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt .
Ausgehend von der Spitze 9 weist die Düsennadel 8 einen Druckraumabschnitt 15 auf, auf den ein sich kegelstumpfartig erweiternder Abschnitt 16 folgt, der auch als Druckschulter bezeichnet wird. Die Druckschulter ist in einem Druckraum 17 angeordnet, der zwischen der Düsennadel 8 und dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Auf die Druckschulter 16 folgt ein Führungsabschnitt 18, der in der Führungsbohrung 6 hin und her bewegbar geführt ist. Durch Abflachun- gen 19, 20 an dem Führungsabschnitt 18 wird eine Fluidverbindung zwischen dem Druckraum 17 und einem Düsenfederraum 22 geschaffen.
Der Düsenfederraum 22 steht über einen Verbindungs- kanal 24, der in dem Zwischenkörper 3 ausgebildet ist, mit einem Aktorraum 25 in Verbindung, der wiederum über einen Zulaufkanal oder eine Zulaufleitung 26 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle 28 in Verbindung steht, die auch als Common Rail bezeich- net wird. In dem mit Hochdruck beaufschlagten Aktorraum 25 ist ein Magnetaktor 30 angeordnet.
Der Magnetaktor 30 umfasst einen Elektromagneten 31, der an dem Injektorkörper 4 befestigt ist. In dem Elektromagneten 31 ist eine Magnetspule 34 angeordnet, die über Leitungen 35, 36 an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die Magnetspule 34 wirkt mit einem Anker 38 zusammen, der in axialer Rich- tung bewegbar in einem Ankerraum 37 angeordnet ist. Der Anker 38 hat die Gestalt einer Kreisringscheibe 39, die an einem Kopplerkolben 40 befestigt ist.
An seinem brennraumfernen Ende ist der Kopplerkol- ben 40 durch eine vorgespannte Aktorfeder 41 beaufschlagt, die zwischen dem Kopplerkolben 40 und einem Abstützdorn 42 eingespannt ist, der von dem Injektorkopf 5 ausgeht. Das brennraumnahe Ende des Kopplerkolbens 40 ragt in einen Kopplerraum 44, der auch als Steuerraum bezeichnet wird. Der Kopplerraum 44 wird in radialer Richtung von einer Steuer- raumbegrenzungshülse 46 begrenzt, die unter Dichtwirkung an einem brennraumfernen Endabschnitt 48 der Düsennadel 8 geführt ist. Zwischen dem Endab- schnitt 48 und dem Führungsabschnitt 18 der Düsennadel 8 erstreckt sich ein Bund 49 radial nach außen. Zwischen dem Bund 49 und der Steuerraumbegren- zungshülse 46 ist in dem Düsenfederraum 22 eine Düsenfeder 50 eingespannt.
Der Düsenfederraum 22 steht über die Abflachungen 19 und 20 mit dem Druckraum 17 und über den Hochdruckverbindungskanal 24 mit dem Ankerraum 37 in Verbindung. Der Ankerraum 37 wiederum steht über einen weiteren Hochdruckverbindungskanal 52 mit dem Aktorraum 25 in Verbindung, der über die KraftstoffZulaufleitung 26 mit mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff gefüllt ist.
Der Kopplerkolben 40 ist durch die Aktorfeder 41 in seine Ruhelage vorgespannt. Im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors herrscht in dem Kopplerraum 44 Hochdruck, der auch als Raildruck bezeichnet wird. Die Düsennadel 8 ist geschlossen. Im Ruhezustand ist der Magnetaktor 30 nicht bestromt. Zur Ansteuerung des Injektors wird der Magnetaktor 30 bestromt und zieht dadurch den Kopplerkolben 40 nach oben, also zum Injektorkopf 5 hin. Dabei nimmt der Druck in dem Kopplerraum 44 ab und die Düsennadel 8 öffnet .
Da der Durchmesser des Kopplerkolbens 40 kleiner als der Durchmesser der Düsennadel 8 in dem Endab- schnitt 48 ist, wirkt auf die Düsennadel 8 eine gegenüber der von dem Magnetaktor 30 ausgeübten Magnetkraft erhöhte Kraft. Zum Schließen der Düsennadel 8 wird die Bestromung beendet. Dann wird der Kopplerkolben 40 durch die vorgespannte Druckfeder 41 wieder nach unten, das heißt zum Brennraum hin, gedrückt und die Düsennadel 8 schließt. Die elektrische Kontaktierung des Magnetaktors 30 erfolgt in geeigneter hochdruckdichter Weise, zum Beispiel durch eine Glaseinschmelzung der Leitungen 35, 36.
In Figur 2 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse 81 im Längsschnitt dargestellt. Das Injektorgehäuse 81 umfasst einen Düsenkörper 82, der mit seinem unteren freien Ende 89 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 82 unter Zwischenschaltung einer Drosselplatte 83 mit Hilfe einer Spannmutter 84 gegen ei- nen Haltekörper 85 verspannt. In dem Düsenkörper 82 ist eine Düsennadel 88 hin und her bewegbar aufgenommen, die in Abhängigkeit vom dem Druck in einem Steuerraum mindestens eine Einspritzöffnung an dem Ende 89 des Düsenkörpers 82 öffnet oder ver- schließt.
Der Steuerraum 90 umfasst einen brennraumnahen Teilsteuerraum 91, der in axialer Richtung von dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 88 und der Drosselplatte 83 begrenzt wird. In radialer Richtung wird der brennraumnahe Teilsteuerraum 91 von einer federvorgespannten Hülse 95 begrenzt, die mit einer Beißkante dicht an der Drosselplatte anliegt. Der brennraumnahe Teilsteuerraum 91 steht über ein Durchgangsloch 93, das sich durch die Drosselplatte 83 erstreckt, mit einem brennraumfernen Teilsteuerraum 92 in Verbindung. Der brennraumferne Teilsteuerraum 92 wird in axialer Richtung, das heißt in Richtung einer Längsachse 86 des Kraftstoffinjek- tors, von der Drosselplatte 83 und dem brennraumnahen Ende eines Kopplerkolbens 102 begrenzt. In radialer Richtung wird der brennraumferne Teilsteuerraum 92 von einer federvorgespannten Hülse 108 begrenzt, die mit einer Beißkante an der Drosselplat- te 83 anliegt.
Die Drosselplatte 83 weist radial außerhalb des Durchgangslochs 93 Verbindungskanäle 97, 98 auf, die einen Ringraum 96, der in dem Düsenkörper 82 radial außerhalb der Düsennadel 88 vorgesehen ist, mit einem Speichervolumen 100 verbinden, das in dem Haltekörper 85 radial außerhalb des Kopplerkolbens 102 vorgesehen ist.
Der Kopplerkolben 102 weist einen brennraumnahen Kopplerkolbenabschnitt 103 mit einem Außendurchmesser 106 von etwa 8 mm auf. Der brennraumnahe Kopplerkolbenabschnitt 103 ist einstückig mit einem brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitt 104 verbunden, der einen Außendurchmesser 105 von 3,5 mm aufweist. Die Hülse 108 ist an dem brennraumnahen Ende des brennraumnahen Kopplerkolbenabschnitts 103 geführt. Analog ist die Hülse 95 an dem brennraumfer- nen Ende der Düsennadel 88 geführt, das einen Außendurchmesser 107 von 3,5 mm aufweist. Der Außendurchmesser 107 des brennraumfernen Endes der Düsennadel 88 ist also gleich dem Außendurchmesser 105 des brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitts 104. Die Hülse 108 ist durch eine Schraubendruckfeder 109 vorgespannt, die zwischen der Hülse 108 und einem Bund 110 eingespannt ist, der an dem brennraumnahen Kopplerkolbenabschnitt 103 befestigt ist.
Der Kopplerkolben 102 ist mit seinem brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitt 104 in einem Durchgangsloch 112 geführt, das in dem Haltekörper 85 vorgesehen ist und auch als Kopplerkolbenführungsab- schnitt bezeichnet wird. Das Durchgangsloch 112 verbindet das Speichervolumen 100 mit einem Magnetaktoraufnahmeraum 115. In dem Magnetaktoraufnahmeraum 115 ist ein Magnetaktor 120 angeordnet, der einen Anker 121 umfasst, der an dem brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitt 104 befestigt ist. Der Anker 104 ist durch eine Feder 122 zum Brennraum hin vorgespannt. Die Feder 122 ist zwischen dem Anker 121 und dem brennraumfernen Ende des Haltekorpers 85 eingespannt. Radial außerhalb der Feder 122 ist in dem Magnetaktoraufnahmeraum 115 innerhalb des Haltekorpers 85 ein Magnet beziehungsweise eine Magnetspule 124 angeordnet. Wenn die Magnetspule 124 bestromt wird, dann wird der Anker 121 zur Magnetspule 124 hin angezogen. Der zugehörige Ankerhub ist mit 140 bezeichnet und betragt 30 μm.
Durch einen abgewinkelten Pfeil 125 ist angedeutet, dass der Magnetaktoraufnahmeraum 115 mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung steht. Die Ver- bindung 125 dient dazu, Leckage abzuführen, die an der Hochdruckdurchfuhrung des brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitts 104 durch das Durchgangsloch 112 zwischen dem mit Hochdruck beaufschlagten Speichervolumen 100 und dem mit Niederdruck beauf- schlagten Magnetaktoraufnahmeraum 115 auftritt.
Das brennraumferne Ende des brennfernen Kopplerkolbenabschnitts 104 ist in einem Sackloch 128 im brennraumfernen Ende des Haltekorpers 85 gefuhrt und begrenzt mit seiner Stirnseite ein Ausgleichsvolumen 130. Das Ausgleichsvolumen 130 steht über eine Hochdruckverbindungsleitung 132 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle in Verbindung, die durch einen Pfeil 134 angedeutet ist. Über eine Hoch- druckleitung 136, in der eine Drossel 138 vorgesehen ist, stehen die Kraftstoffhochdruckquelle 134 und die Kraftstoffhochdruckleitung 132 mit dem Speichervolumen 100 in Verbindung. Im Vergleich zu einem Piezoaktor vermag der Magnetaktor 120, der auch als Magnetsteller bezeichnet wird, nur kleinere Kräfte in der Größenordnung von 50 bis 100 Newton zu erzeugen. Demgegenüber steht die Fähigkeit des Magnetaktors 120, größere Stellwege zu realisieren, was sich vorteilhaft auf die Baugroße des Kraftstoffinjektors auswirkt. Das FIa- chenverhaltnis zwischen dem brennraumnahen Kopplerkolbenabschnitt 103 und dem brennraumfernen Ende der Dusennadel 88 ist so gewählt, dass mit dem Magnetsteller 120 ein Nadelhub von 140 bis 240 μm erzielt werden kann. So kann bei einem Ankerhub 140 von 30 μm durch die Durchmesserstufung 3,5 mm/8 mm ein Nadelhub von 180 μm erzielt werden.
Der Einspritzvorgang wird durch Bestromung der Magnetspule 124 eingeleitet. Proportional zum Hub des Ankers 121 wird der Druck in dem Steuerraum 90 abgesenkt, so dass sich die Dusennadel 88 nach Unter- schreiten des Offnungsdrucks aus dem Sitz hebt. Der Kopplerkolben 102 ist in sich vollständig druckausgeglichen. Damit ein sicheres Schließen gewahrleistet ist, erfolgt der Schließvorgang nach Abschalten der Magnetspule 124 durch die an dem Anker 121 an- gebrachte Feder 122. Die Vorspannkraft der Feder 122 betragt zwischen 50 und 100 Newton, vorzugsweise zwischen 70 und 90 Newton.
Die Drossel 138 in der Hochdruckleitung 136 dient dazu, den Hochdruck im Speichervolumen 100 gegenüber dem Ausgleichsvolumen 130 zu verringern. Dadurch kann auch die Hülse 108 an dem brennraumnahen Kopplerkolbenabschnitt 103 leichter abheben, da die Vorspannkraft der Feder 109 hinreichend klein ist. Die Vorspannkraft der Feder 109 beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 20 Newton.
Der Magnetaktoraufnahmeraum 115 kann, wie durch den abgewinkelten Pfeil 125 angedeutet ist, mit Niederdruck beaufschlagt sein. Der Magnetaktoraufnahmeraum 115 kann aber auch mit Hochdruck beaufschlagt sein. Bei der Installation im Niederdruck entsteht eine permanente Leckage an den Hochdruckdurchfüh- rungen des brennraumfernen Kopplerkolbenabschnitts 104 in dem Haltekörper 85. Durch entsprechende Wahl der Durchmesser an den Hochdruckdurchführungen, das heißt des Durchgangslochs 112 und des Sacklochs 128 in dem Haltekörper 85 kann eine gewünschte Mengen- bilanz im Gesamtsystem erreicht werden, insbesondere da bei dem dargestellten Injektorkonzept keine Steuermengen anfallen. Darüber hinaus besteht mit einer permanenten Leckage die Möglichkeit, den Druck im Schubbetrieb des Fahrzeugs abzubauen. Bei einer Integration des Magnetstellers 120 im Hochdruck müssen unter Umständen aufwendigere Abdichtungen für die Magnetspule 124 und die elektrische Kontaktierung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinj ektor mit einem Injektorgehäuse (1;81), das einen Kraftstoffhochdruckanschluss aufweist, der mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (28; 134) außerhalb und mit einem Druckraum (17) innerhalb des Injektorgehäuses (1;81) in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (44; 90), mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel (8) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem Steuerraum (44; 90) durch einen Magnetaktor (30; 120) direkt gesteuert wird.
2. Kraftstoffinj ektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktor (30; 120) eine Spule (34; 124) umfasst, die mit einem Anker (38; 121) zusammenwirkt, der, wenn die Spule (34; 124) aktiviert wird, durch eine Magnetkraft ei- nen Ankerhub ausführt.
3. Kraftstoffinj ektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (38; 121) über einen hydraulischen Koppler mit der Düsennadel (8; 88) ge- koppelt ist.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler den Ankerhub untersetzt und die Magnetkraft übersetzt.
5. Kraftstoffinj ektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler einen Kopplerkolben (40) aufweist, der mechanisch mit dem Anker (38) gekoppelt ist und dessen brenn- raumnahes Ende den Steuerraum (44) begrenzt.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (44) von dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8) begrenzt wird.
7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumnahe Ende des Kopplerkolbens (40) einen kleineren Durchmesser auf- weist als das brennraumferne Ende der Düsennadel
8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrauli- sehe Koppler einen Kopplerkolben (102) aufweist, der mechanisch mit dem Anker (121) gekoppelt ist und dessen brennraumnahes Ende einen brennraumfernen Teilsteuerraum (92) begrenzt.
9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der brennraumferne Teilsteuerraum (92) von einer federvorgespannten Hülse (108) begrenzt wird, die an dem brennraumnahen Ende des Kopplerkolbens 102 geführt ist und mit einer Beißkante an einer Drosselplatte (83) anliegt.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (83) ein Durchgangsloch (93) aufweist, das den brennraumfer- nen Teilsteuerraum (92) mit einem brennraumnahen Teilsteuerraum (91) verbindet, der durch das brenn- raumferne Ende der Düsennadel (88) begrenzt ist.
11. Kraftstoffinj ektor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das brennraum- nahe Ende des Kopplerkolbens (102) einen größeren Durchmesser aufweist als das brennraumferne Ende der Düsennadel (88) .
12. Kraftstoffinj ektor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das brennraum- ferne Ende des Kopplerkolbens (102) ein Ausgleichsvolumen (130) begrenzt, das mit einem Speichervolu- men (100) in Verbindung steht, in dem das brenn- raumnahe Ende des Kopplerkolbens (102) angeordnet ist .
13. Kraftstoffinj ektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (102) durch einen Kopplerkolbenführungsabschnitt (112) geführt ist, der das Speichervolumen (100) mit einem Magnetaktoraufnahmeraum (115) verbindet, in welchem der Magnetaktor (120) aufgenommen ist.
14. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktoraufnahmeraum
(115) mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung steht.
15. Kraftstoffinj ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (44) oder der brennraumnahe Teilsteuerraum (91) von einer Steuerraumbegrenzungshülse (46; 95) begrenzt wird, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8; 88) geführt ist.
16. Kraftstoffinj ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetaktor (30; 120) in einem Aktorraum (25; 115) angeordnet ist, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist.
17. Kraftstoffinj ektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum (25) mit dem Steuerraum (44) in Verbindung steht.
18. Kraftstoffinj ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (8; 88) einen Doppelsitz aufweist.
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