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Die
Erfindung geht von einem Kraftstoffinjektor mit einer in einem Injektorgehäuse angeordneten piezoelektrischen
Aktoreinheit nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Es ist bereits
bekannt, dass bei Kraftstoffinjektoren insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem
eine piezoelektrische Aktoreinheit als Antriebseinheit für eine Düsennadel verwendet
wird. Die piezoelektrische Aktoreinheit betätigt mittels eines Stößels einen
hydraulischen Steuerraum, der als Hubumkehrer ausgebildet ist, um eine
im Kraftstoffinjektor befindliche und nach innen öffnende
Düsennadel
von ihrem Ventilsitz (Dichtsitz) abzuheben und um dabei Spritzlöcher für den Austritt von
Kraftstoff zu öffnen.
Zur Verbesserung der Kraftstoffverbrennung, Reduzierung des Verbrauchs
und zur Verbesserung der Abgasemissionen, insbesondere im Hinblick
auf zu erwartende verschärfte Schadstoffgrenzwerte
gemäß der Euro-V-Norm, die vom Jahre
2008 insbesondere für
Dieselfahrzeuge gelten soll, ist es erforderlich, dass nicht nur
der Einspritzzeitpunkt optimal gewählt wird, sondern auch ein
möglichst
hoher Einspritzdruck aufgebracht wird. Diese Anforderungen können mit
der bekannten Einspritztechnik nur unzureichend erfüllt werden.
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Beispielsweise
wird bei einem Dieselmotor versucht, die bei einer nicht optimalen
Verbrennung entstehenden Rußpartikel
insbesondere mit Hilfe eines Partikelfilters, der im Abgasrohr eingesetzt
ist, herauszufiltern. Allerdings ergibt sich dabei der Nachteil,
dass der Partikelfilter in gewissen Zeitabständen durch Verbrennung von
zusätzlichem
Kraftstoff gereinigt werden muss, damit seine Filterwirkung auf
rechterhalten bleibt. Dieser Vorgang erfordert eine entsprechende Überwachung
des Füllungsgrades
des Partikelfilters, die relativ aufwändig und daher prinzipiell
unerwünscht
ist.
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Es
wird gefordert, dass Der Kraftstoffinjektor schneller und gegen
einen höheren
Kraftstoffdruck arbeitet. Die dazu benötigte Kraft ist von der piezoelektrischen
Aktoreinheit aufzubringen. Bei bekannten Kraftstoffinjektoren reicht
jedoch die Kraft der piezoelektrischen Aktoreinheit nicht aus, um
die geforderten schnellen und teilweise sehr kurzen Einspritzimpulse,
wie sie bei der Mehrfacheinspritzung angestrebt werden, mit ausreichender
Präzision
zu steuern.
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Aus
der
DE 102 46 974
A1 ist ein Injektor bekannt, der durch ein Doppelnadelsystem
präzise Treibstoff
in die Brennkammer einer Brennkraftmaschine einspritzt. Da auch
bei diesem piezoelektrischen Aktor die Kraft nicht ausreicht, um
die Düsennadel
direkt zu steuern, wird zum Öffnen
und Schließen
der Spritzlöcher
die Steuerung der Düsennadel, die
in diesem Fall als Registerdüsennadel
ausgebildet ist, durch ein hydraulisches Servoventil verstärkt. Dadurch
gelingt es zwar, mittels des piezoelektrischen Aktors die Stellgeschwindigkeit
und Präzision zu
verbessern, allerdings wirkt sich diese Verbesserung nur auf das
schnelle Schalten des Servoventils aus. Die Dynamik der Düsennadeln,
insbesondere deren Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit,
kann durch diese Maßnahme
nicht verbessert werden, da diese Dynamik im Wesentlichen von der
Abstimmung einer Zulauf- und einer Ablaufdrossel vorgegeben ist. Mit
dem bekannten Kraftstoffinjektor ist es somit ebenfalls nicht möglich, die
gewünschten
Anforderungen, insbesondere im Hinblick auf sehr schnelle und präzise Schaltzeiten,
der Düsennadel
zu verbessern.
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Es
ist des weiteren bekannt, dass mit Hilfe eines Hydraulikraumes beim
Direktantrieb der Düsennadel
die Schaltzeiten für
die Düsennadel
minimiert werden können.
Allerdings wird bei diesem Prinzip, das zur Einspritzung von Dieselkraftstoff
in einen Dieselmotor verwendet wird, der Dieselkraftstoff als Hydraulikfluid
verwendet. Der Hydraulikraum wird somit ständig vom Dieselkraftstoff durchströmt, so dass entsprechende
Einschränkungen
im Hinblick auf die optimale Einstellung des Kraftstoffinjektors
notwendig sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor
bereitzustellen, mit dem insbesondere sehr kurze Schaltimpulse bei
einem noch höheren
Kraftstoffdruck mit besserer Präzision
steuerbar sind. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruches gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
ergibt sich der Vorteil, dass die Düsennadel mittels der piezoelektrischen
Aktoreinheit durch einen Direktantrieb gesteuert wird. Die direkte
Steuerung der Düsennadel
wird durch ein geschlossenes, hermetisch abgedichtetes Hydrauliksystem
erreicht. Das Hydrauliksystem weist zwei Hydraulikräume auf,
die über
eine erste Ausgleichsbohrung miteinander verbunden sind. Ein Servoventil,
wie es beim bekannten Stand der Technik vorgeschlagen wird, ist
daher nicht erforderlich. Als besonders vorteilhaft wird auch angesehen,
dass durch die direkte Ansteuerung der Düsennadel die schnellen Steuerimpulse
der Aktoreinheit direkt auf die Düsennadel übertragen werden können, so
dass insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung die gewünschten
sehr kurzen und präzise
gesteuerten Einspritzimpulse realisiert werden können. Die Dynamik der Düsennadel
kann daher unabhängig
von der Abstimmung einer Zulauf- und/oder einer Ablaufdrossel vorgegeben
werden. Dadurch ist eine optimierte Kraftstoffeinspritzung möglich, die
zu einer verbesserten Kraftstoffverbrennung mit u.a. verbesserten
Abgaswerten führt.
Ein Partikelfilter, wie er häufig
bei Dieselmotoren verwendet wird, ist nicht erforderlich.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Kraftstoffinjektors gegeben. Als besonders vorteilhaft
wird angesehen, dass das Hydrauliksystem als geschlossenes System
ausgebildet ist, so dass es nicht mit dem Kraftstoff, sondern mit
einem speziellen Hydraulikfluid gefüllt werden kann. Das Hydraulikfluid
ist frei wählbar.
Beispielsweise kann ein Silikonöl
verwendet werden, das entsprechende hydraulische und thermische
Eigenschaften aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das
Hydrauliksystem bereits vor dem Einbau in den Kraftstoffinjektor
schon während
des Fertigungsprozesses getestet werden kann, um die Funktionssicherheit
zu gewährleisten.
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Eine
sehr vorteilhafte Konstruktion für
das Hydrauliksystem ergibt sich durch die Anordnung des ersten Hydraulikraumes
am Kopfteil der Düsennadel (Düsennadelkopf)
und des zweiten Hydraulikraumes außerhalb der Düsenadel,
wobei beide Hydraulikräume über eine
erste Ausgleichsbohrung miteinander verbunden sind. Dadurch kann
auf eine sehr einfache Weise im Bereich des zweiten Hydraulikraumes
an der Düsenadel
eine Druckfläche
ausgebildet werden, an der die Düsenadel
auf Grund des vorherrschende hydraulischen Drucks und den entsprechend
ausgebildeten Druckflächen
von ihrem Dichtsitz abgehoben werden kann. Dieses ist dann der Fall,
wenn die piezoelektrische Aktoreinheit elektrisch angesteuert wird
und sich dabei ein Stößel, der
als Kolben in den ersten Hydraulikraum hineinragt, das Fluid über die erste
Ausgleichsbohrung in den zweiten Hydraulikraum presst. Im anderen
Fall, wenn die piezoelektrische Aktoreinheit deaktiviert ist, wird
der Druck im zweiten Hydraulikraum reduziert und die Düsennadel durch
eine extern angeordnete Druckfeder gegen ihren Dichtsitz gepresst.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, zur Abdichtung
der Leckspalte, die sich zwischen dem Stößel und der überlappenden
Innenwand des ersten Hydraulikraumes bildet, einen dritten Hydraulikraum
auszubilden. Der dritte Hydraulikraum ist ringförmig um die Leckspalte angeordnet und
nach oben hin von einer elastischen ersten Dichtung hermetisch abgedichtet.
Durch diese vorteilhafte Konstruktion kann das Hydraulikfluid nicht
aus dem geschlossenen Hydrauliksystem entweichen. Des weiteren kann
durch diese Anordnung ein temperaturbedingter Ausgleich geschaffen
werden, wenn sich die Länge
der Düsennadel ändert. Denn das über die
Leckspalten sowohl zwischen dem Stößel und dem Düsennadelkopf
als auch zwischen dem Düsennadelkopf
und dem Hydraulikzylinder abfließende Hydraulikfluid bildet über die
erste Ausgleichs bohrung einen Druckausgleich zwischen dem ersten und
dem zweiten Hydraulikraum, so dass eine Druckdifferenz kompensiert
wird.
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Ein
vierter Hydraulikraum ist unterhalb des dritten Hydraulikraumes
angeordnet. Der vierte Hydraulikraum ist mit einer elastischen zweiten
Dichtung nach außen
hin abgedichtet, ähnlich
wie bei dem dritten Hydraulikraum, so dass das Hydraulikfluid nicht
austreten kann. Da in dem vierten Hydraulikraum wegen der Verbindung
zum dritten Hydraulikraum der gleiche Fluiddruck herrscht wie in
dem dritten Hydraulikraum, unterstützt der in dem vierten Hydraulikraume
herrschende Druck die auf die Düsennadel
wirkende Schließkraft
in vorteilhafter Weise.
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Zur
Erzeugung des Systemdrucks ist oberhalb der ersten elastischen Dichtung
eine erste Druckfeder angeordnet. Ihre voreingestellte Druckkraft
erzeugt mittels einer Beilagscheibe innerhalb des dritten Hydraulikraumes
einen gewünschten Systemdruck.
Durch diesen Systemdruck wird die Düsennadel an einer entsprechend
ausgebildeten Druckfläche
gegen ihren Dichtsitz gepresst, um im nicht angesteuerten Zustand
die Spritzlöcher
abzudichten.
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Eine
weitere vorteilhafte Lösung
wird auch darin gesehen, unterhalb des vierten Hydraulikraumes eine
zweite Druckfeder anzuordnen, die auf die elastische zweite Dichtung
einen Druck ausübt.
Dadurch kann der Systemdruck auf einfache Weise erhöht und eine
bessere Betriebssicherheit erzielt werden.
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Die
auf die Düsennadel
wirkende Hubkraft kann ohne zu Hilfenahme eines Servoventils dadurch vorgegeben
werden, dass das Flächenverhältnis der auf
die Düsennadel
beziehungsweise auf den Düsennadelkopf
wirksamen hydraulischen Druckflächen
entsprechend ausgebildet wird.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors bei
einem Dieselmotor, da dessen Dü sennadel
insbesondere für
bei der Mehrfacheinspritzung auftretende sehr kurze Einspritzimpulse
sehr präzise
und zuverlässig gesteuert
werden kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor,
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2 zeigt
ausschnittweise ein erfindungsgemäßes hermetisch geschlossenes
Hydrauliksystem,
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3 zeigt
ein weiteres Schnittbild des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems,
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4 zeigt
die Funktionsweise des Hydrauliksystems als Hubumkehrer,
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5 zeigt
ein Schnittbild des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems mit der
Erzeugung des Systemdrucks,
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6 zeigt
eine Anordnung einer zweiten Druckfeder am Hydrauliksystem und
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7 zeigt
eine Anordnung mit einer Dichtung.
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In 1 ist
in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 abgebildet, der
insbesondere in einem Common-Rail Einspritzsystem zur Einspritzung
von Dieselkraftstoff für
einen sehr hohen Einspritzdruck ausgebildet ist. Alternativ ist
vorgesehen, den Kraftstoffinjektor 10 für einen Benzinmotor zu verwenden.
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Der
Kraftstoffinjektor 10 weist im wesentlichen drei Baugruppen
auf. In einem Injektorgehäuse 1 ist
eine axiale Bohrung 14 angeordnet, die vorzugsweise als
Stufenbohrung ausgebildet ist und sich nach unten hin verengt. Im
oberen Teil der axialen Bohrung 14 ist eine piezoelektrische
Aktoreinheit 8 derart angeordnet, dass sich ihre Kopfplatte
gegen ein Kopfende des Injektorgehäuses 10 abstützen kann.
Der untere Teil der piezoelektrische Aktoreinheit 8 ist
mit einer Bodenplatte 2 ausgebildet, die sich bei einer
elektrischen Ansteuerung der Aktoreinheit nach unten hin bewegen
kann. Die Aktoreinheit 8 ist aus einer Vielzahl von übereinander
angeordneten Piezo-Keramikscheiben
zusammengesetzt, die mit elektrischen Leitungen (in 1 nicht
dargestellt) von außen
ansteuerbar sind. Die nach dem bekannten Piezoeffekt auftretende
Längenänderung
ist sehr gering und liegt in der Größenordnung von nur 50–80 μm, so dass
der Hubweg der Bodenplatte 2 entsprechend klein ist.
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Unterhalb
der piezoelektrischen Aktoreinheit 8 ist ein hermetisch
abgedichtetes Hydrauliksystem 15 angeordnet. Auf dieses
Hydrauliksystem 15 wirkt ein Stößel, der mit der Bodenplatte 2 der
piezoelektrischen Aktoreinheit 8 mechanisch gekoppelt ist,
wie später
noch näher
erläutert
wird. Das Hydrauliksystem 15 ist als Hubumkehrer ausgebildet
und betätigt auf
direktem Weg eine sich darunter befindliche Düsennadel 22. An der
unteren Spitze des Injektorgehäuses 10 sind
mehrere Spritzlöcher 17 angeordnet, durch
die der Kraftstoff austreten kann. Der Kraftstoff wird von oben
in den Kraftstoffinjektor 10 eingeleitet und über entsprechende
Hochdruckleitungen bis zu den Spritzlöchern 17 in der unteren
Spitze geführt. Die
Düsennadel 22 unterbricht
den Kraftstofffluss, wenn sie im nicht angesteuerten Zustand der
piezoelektrische Aktoreinheit 8 gegen ihre Dichtsitz gedrückt wird.
Bei Ansteuerung der Aktoreinheit 8 wird die Düsennadel 22 von
ihrem Dichtsitz abgehoben und gibt dabei die Spritzlöcher 17 für den Kraftstoffaustritt
frei.
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Erfindungswesentlich
ist ein hermetisch abgedichtetes Hydrauliksystem 15, das
in 2 in einem Längsschnitt
dargestellt ist. Wie 2 entnehmbar ist, ist die Bodenplatte 2 am
unteren Ende der piezoelektrischen Aktoreinheit 8 angeord net.
Die Bodenplatte 2 ist zur Aufnehme eines Stößels 3 vorzugsweise
kegelförmig
ausgebildet. Der Stößel 3 ist am
oberen Ende kugelförmig
ausgebildet oder abgerundet, damit der Stößel 3 zentriert und
in axialer Richtung sicher geführt
werden kann. Der Stößel 3 ist an
seinem unteren Ende kolbenförmig
ausgebildet und schließt
einen ersten Hydraulikraum V1 nach oben hin ab, der in einer Ausnehmung 13 eines
Düsennadelkopfes 5 angeordnet
ist. Die Querschnittsfläche
des Kolbens 3 weist eine erste Druckfläche A1 auf. Unterhalb des Düsennadelkopfes 5 ist
der Schaft der Düsennadel 22 angeordnet,
der von einem Führungsteil 20 axial
geführt
wird. Der Schaft 22 ist am oberen Ende vorzugsweise mit
einem Zapfen ausgebildet, der in eine entsprechende Ausnehmung des Düsennadelkopfes 5 greift.
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Der
Düsennadelkopf 5 wird
von einer Hülse 4 geführt, die
als Hydraulikzylinder ausgebildet und in der axialen Bohrung 14 angeordnet
ist. Der Hydraulikzylinder 4 ist mit der Innenwand der
axialen Bohrung 14 fixiert. In den Hydraulikzylinder 4 ist
eine Stufenbohrung eingebracht, die im unteren Bereich einen verengten
Durchmesser aufweist. In diese Stufenbohrung ist der Düsennadelkopf 5 mit
einem entsprechenden Absatz beweglich so eingepasst, dass sich im
Bereich der Stufe zwischen dem Düsennadelkopf 5 und
des Hydraulikzylinder 4 ein ringförmiger zweiter Hydraulikraum
V2 ausbildet. Der zweite Hydraulikraum 5 wird seitlich
und nach unten hin von dem Hydraulikzylinder 4 und nach
innen und nach oben hin von einem Absatz des Düsenadelkopfes 5 begrenzt.
Dadurch ergibt sich an dem Düsennadelkopf 5 eine
ringförmig
ausgebildete zweite hydraulische Druckfläche A2, die in Abhängigkeit
von herrschenden Fluiddruck in dem Hydraulikraum 5 in Öffnungsrichtung
der Düsennadel 22 wirkt.
Innerhalb des Düsennadelkopfes 5 ist
eine erste Ausgleichsbohrung 12 angeordnet, die die beiden
Hydraulikräume
V1, V2 verbindet.
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Oberhalb
des Düsennadelkopfes 5 ist
zwischen dem Stößel 3 und
der Innenwand des Injektorgehäuses 1 eine
elastische Dichtung 9 angeordnet, die den Stößel ringförmig umschließt und dabei das Hydrauliksystem 15 hermetisch
abdichtet. Da sich sowohl zwischen der Stößelwand und der Innenwand des
Düsennadelkopfes 5 als
auch zwischen der Innenwand des Hydraulikzylinders 4 und
der Außenwand
des Düsennadelkopfes 5 jeweils
eine Leckspalte bildet, kann das Hydraulikfluid, beispielsweise ein
Silikonöl,
langsam von dem Hydraulikraum V1 zum Hydraulikraum V3 fließen und
umgekehrt. Ein Druckausgleich kann über die erste Ausgleichsbohrung 12 erfolgen.
Diese Anordnung wirkt ebenfalls bei einer Temperaturänderung
als Kompensation, wenn sich die Länge der Düsennadel 22 ändert.
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Im
Bereich des unteren Endes des Düsennadelkopfes 5 und
unterhalb des Hydraulikzylinders 4 ist ein ringförmiger vierter
Hydraulikraum V4 angeordnet. Der vierte Hydraulikraum V4 ist seitlich
und nach oben hin von der Außenwand
des Düsennadelkopfes 5 beziehungsweise
vom unteren Ende des Hydraulikzylinders 4 begrenzt. Nach
unten hin ist der vierte Hydraulikraum V4 von einer elastischen
zweiten Dichtung 18 begrenzt. Die zweite Dichtung 18 ist mit
der Außenwand
des Düsennadelkopfes 5 und
der Innenwand des Injektorgehäuses 1 hermetisch
abdichtend verbunden. Zwischen den beiden Hydraulikräume V3,
V4 ist eine weitere Ausgleichsbohrung 24 angeordnet.
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Oberhalb
der ersten Dichtung 9 ist eine erste Feder (Druckfeder) 6 angeordnet,
die über
eine erste Beilagscheibe 7 auf die erste Dichtung 9 drückt und sich
nach oben hin gegen das Injektorgehäuse 1 abgestützt ist.
Mit dieser erste Druckfeder 6 wird der Systemdruck eingestellt,
mit dem die Düsennadel 22 gegen
ihren Dichtsitz gedrückt
wird. Die Vorspannung der Druckfeder 6 wird so gewählt, dass
die Düsennadel 22 auch
ohne externe elektrische Energieversorgung fest auf ihren Dichtsitz
gepresst wird und die Spritzlöcher
sicher abdichtet, wie später
noch näher
erläutert
wird.
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Das
Hydrauliksystem 15 ist als geschlossenes System ausgebildet
und mit einem Hydraulikfluid gefüllt.
Das Hydraulikfluid kann unabhängig
vom Kraftstoff frei gewählt
und auf eine optimale Funktion des Kraftstoffinjektors 10 abgestimmt
werden, vorzugsweise wird ein Silikonöl verwendet. Beispielsweise
kann das Hydraulikfluid so gewählt
werden, dass auch bei großen
Kolbendichtspalten (Leckagespalten) das Setzverhalten relativ gering
gehalten wird. Des weiteren ist vorteilhaft, dass das Hydraulikfluid
unabhängig
vom Kraftstoffdruck arbeiten kann. Dadurch kann das Hydrauliksystem 15 auch
extern als Modul zum Beispiel während
der Fertigung auf seine Funktion geprüft werden. Im Gegensatz zum kraftstoffgefüllten Hydrauliksystem
ist beim Erfindungsgegenstand kein Füllzyklus erforderlich.
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In 3 ist
ein weiteres Schnittbild des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems 15 dargestellt.
Es zeigt insbesondere die vier Hydraulikraume V1 bis V4, die um
den Hydraulikzylinder 4 beziehungsweise den Düsennadelkopf 5 herum
angeordnet sind. Des weiteren ist die weitere Ausgleichsbohrung 24 erkennbar,
die als thermische Kompensation wirkt. Bei einer zum Beispiel thermisch
bedingten Verlängerung
der Düsennadel 22 wird
der Druck im Hydraulikraum V1 und V2 erhöht. Über die Kolbendichtspalten,
die mit dem Hydraulikraum V1 beziehungsweise V2 verbunden sind,
kann das Hydraulikfluid langsam in den dritten Hydraulikraum V3
und über
die weitere Ausgleichsbohrung 24 in den vierten Hydraulikraum V4
fließen,
so das sich hier mit der Zeit wieder ein gleiches Druckniveau einstellt.
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In 4 wird
die Funktionsweise des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Hydrauliksystems 15 näher erläutert. Die
Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung, wie sie zuvor beschrieben wurden.
Bei Aktivierung der piezoelektrische Aktoreinheit mit einer entsprechenden
Steuerspannung drückt
eine Aktorkraft F1 zunächst
an der kegelförmigen
Ausfräsung
der Bodenplatte 2 und der Abrundung des Stößels 3 auf
den Stößel 3,
der sich daraufhin nach unten bewegt. Der Stößel 3 ist an seinem unteren
Ende als Kolben ausgebildet. Seine Bodenfläche bildet eine erste hydraulische
Druckfläche
A1 aus, die einen entsprechenden hydraulischen Druck im ersten Hydraulikraum
V1 aufbaut. Über
die erste Ausgleichsbohrung 12 fließt ein Teil des Hydraulikfluids
in den ringförmigen
zweiten Hydraulikraum V2. Der zweite Hydraulikraum V2 ist mit einer
zweiten hydraulischen Druckfläche
A2 ausgebildet, die am Düsennadelkopf 5 angeordnet
ist und in Öffnungsrichtung
der Düsennadel
wirkt. Durch das Flächenverhältnis A2/A1
kann eine Öffnungskraft
F2 für
die Düsennadel 22 vorgegeben
werden. Eine Öffnungskraft F2
entsteht dann, wenn die zweite Druckfläche A2 größer ausgebildet ist als die
erste Druckfläche
A1, wie sich aus der nachfolgenden Formel ergibt F2
= F1(1 – A2/A1)
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Durch
den negativen Wert wirkt die Öffnungskraft
F2 in Öffnungsrichtung
der Düsennadel 22,
so dass sich daraus die Funktion des Hubumkehrers ergibt. Des weiteren
können
durch den Hubumkehrer (hydraulischen Umsetzer) 15 verschiedene Übersetzungsverhältnisse
k ermöglicht
werden, nach der Formel Piezohub = k·Nadelhub.
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In 5 ist
ein weiteres Schnittbild des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems 15 dargestellt. Aus 5 ist
ersichtlich, wie der Systemdruck Ps für das geschlossene Hydrauliksystem 15 durch
eine externe erste Feder (Druckfeder) 6 aufgebaut wird,
um die Düsennadel 22 gegen
ihren Dichtsitz zu drücken, wenn
die piezoelektrische Aktoreinheit 8 nicht angesteuert wird.
Die Feder 6 ist oberhalb des dritten Hydraulikraumes V3
angeordnet und drückt
mittels einer ersten Beilagscheibe 7 auf die elastische
erste Dichtung 9. Das Kopfende der Feder 6 ist
gegen das Injektorgehäuse 1 abgestützt, so
dass die Federkraft über
die erste Dichtung 9 sowohl im dritten Hydraulikraum V3
als auch wegen der Verbindung über
die weitere Ausgleichsbohrung 24 im vierten Hydraulikraum
V4 den Systemdruck Ps aufbaut. Da die beiden Dichtungen 9, 18 beispielsweise
mittels eines Metallringes sowohl mit einer Außenwand als auch mit dem Stößel 3 beziehungsweise
mit dem Düsenadelkopf 5 fest
verbunden sind, wird die Druckkraft der Feder 6 auf die
Düsenadel 22 übertragen,
so dass die Düsennadel 5 mit
der Schließkraft
Fs gegen ihren Dichtsitz gedrückt
wird. Unter halb der zweiten Dichtung 18 ist ein Leckageraum
ausgebildet, in dem ein Leckagedruck Pl herrscht. Da der Leckagedruck
Pl niedriger ist als der Systemdruck Ps, wird die Düsennadel 22 auf
Grund der Fläche
mit dem hydraulischen Durchmesser Ah gegen ihren Dichtsitz gedrückt.
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6 zeigt
eine alternative Lösung
zur Erzeugung des Systemdrucks Ps beziehungsweise der Schließkraft Fs
für das
Hydrauliksystem 15. In 6 ist zusätzlich zu
der in 5 dargestellten Lösung unterhalb des vierten
Hydraulikraumes V4 eine zweite Feder (Druckfeder) 6a angeordnet.
Die zweite Feder 6a drückt über eine
zweite Beilagscheibe 7a auf die zweite Dichtung 18 und
unterstützt
somit den von der ersten Feder 6 erzeugten Systemdruck.
Das untere Ende der zweiten Feder 18 ist ebenfalls gegen eine
Gehäusewand
abgestützt.
Durch die zweite Feder 18 wird eine höhere Betriebssicherheit erreicht.
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In 7 ist
die Anordnung der ersten beziehungsweise der zweiten Dichtung 9, 18 an
einem Metallring 16 dargestellt. Die Dichtung 9, 18 ist
beispielsweise durch Vulkanisieren, Kleben, eine Klemmvorrichtung
oder dergleichen mit dem Metallring 16 fest und druckdicht
verbunden. Der Metallring ist beispielsweise zweiteilig mit einem
inneren und einem äußeren Metallring 16, 16a ausgebildet.
Der äußere Metallring 16a ist
mit der Injektorwand des Injektorgehäuses 1 verschweißt und der
innere Metallring 16a mit dem Stößel 3 beziehungsweise
mit dem Düsennadelkopf 5 abdichtend
und fest verbunden. Als Dichtungsmaterial wird vorzugsweise ein
Elastomer verwendet. Dadurch kann die elastische Dichtung 9, 18 die
Federkraft auf das Hydraulikfluid übertragen.