DE102009047559A1

DE102009047559A1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102009047559A1
Application number: DE200910047559
Authority: DE
Inventors: Armin Schuelke; Olaf Ohlhafer; Uwe Iben; Robert Giezendanner-Thoben
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-09
Also published as: WO2011069706A1; EP2510215A1; EP2510215B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetaktor (1) zur direkten Ansteuerung eines vorzugsweise nadelförmigen Einspritzventilgliedes (2), über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (3) des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist, wobei der Magnetaktor (1) ein hubbewegliches Ankerelement (4), zur Steuerung des Steuerdrucks in einem Steuervolumen (5) umfasst.
Erfindungsgemäß umfasst der Kraftstoffinjektor ferner einen hydraulischen Übersetzer (6) mit einer das Steuervolumen (5) begrenzenden hydraulischen Wirkfläche A₁, die größer als eine das Steuervolumen (5) begrenzende hydraulische Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes (2) und/oder größer als eine das Steuervolumen (5) begrenzende hydraulische Wirkfläche A₃ des Ankerelementes (4) ist, wobei der hydraulische Übersetzer (6) mit dem Einspritzventilglied (2) oder dem Ankerelement (4) derart mechanisch koppelbar ist, dass die hydraulische Wirkfläche A₁ des hydraulischen Übersetzers (6) während einer ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) eine Kraftverstärkung und während einer zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) eine Wegverstärkung bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetaktor zur direkten Ansteuerung eines vorzugsweise nadelförmigen Einspritzventilgliedes, über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bei Kraftstoffinjektoren mit einem Magnetaktor erfolgt die Ansteuerung des Einspritzventilgliedes in der Regel indirekt, indem ein in einem Steuerraum vorhandener Steuerdruck abgesenkt wird. Die Differenz zwischen dem abgesenkten Steuerdruck und dem Raildruck, das heißt dem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs, bewirkt dann in Verbindung mit dem Größenverhältnis der druckbeaufschlagten Flächen die Bewegung der Nadel. Als Nachteil eines solchen Injektorkonzepts erweist sich, dass zur Absenkung des Steuerraumdrucks eine bestimmte Steuermenge in einen Niederdruck-Kraftstoffrücklauf abgeführt werden muss. Dies wiederum erfordert eine erhöhte Förderleistung der vorgeschalteten Hochdruckpumpe, welche die abgeführte Steuermenge wieder auf Hochdruck fördert. Außerdem weisen indirekt gesteuerte Kraftstoffinjektoren gegenüber direkt gesteuerten Kraftstoffinjektoren prinzipbedingt ein verzögertes Ansprechverhalten des Einspritzventilgliedes auf. Um eine direkte Ansteuerung des Einspritzventilgliedes zu realisieren sind jedoch aus dem Stand der Technik bislang fast ausschließlich Injektorkonzepte bekannt, die den Einsatz von Piezoaktoren vorsehen. Denn der Einsatz eines Magnetaktors würde zum Öffnen des Einspritzventilgliedes bei Raildrücken von über 2000 bar einen zu großen Magnetaktor erfordern, um die notwendige Kraft zu realisieren.
Aus der DE 10 2006 015 745 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem direktgesteuerten Einspritzventilglied und einem magnetischen Steller, beispielsweise in Form eines Magnetventils, bekannt. Über das Magnetventil kann ein Ablaufkanal eines ersten Steuerraumes geöffnet oder geschlossen werden, der über eine Zulaufdrossel mit Systemdruck beaufschlagt ist. Um die prinzipbedingten langen Öffnungs- und Schließzyklen in Bezug auf das Einspritzventilglied zu verkürzen, wird weiterhin vorgeschlagen, das Magnetventil durch einen zusätzlichen Bypass, der den Ablaufkanal mit einem Hochdruckanschluss verbindet, zu umgehen. Dennoch bedingt auch das hierin offenbarte Injektorkonzept das Abführen einer bestimmten Absteuermenge über einen niederdruckseitigen Ablauf.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor zur Betätigung des Einspritzventilgliedes bereit zu stellen, der eine rücklaufinengenfreie direkte Ansteuerung des Einspritzventilgliedes ermöglicht. Zugleich soll der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor kompaktbauend und kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den direkt oder indirekt auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst zur direkten Ansteuerung eines vorzugsweise nadelförmigen Einspritzventilgliedes einen Magnetaktor mit einem hubbeweglichen Ankerelement zur Steuerung des Steuerdrucks in einem Steuervolumen. Erfindungsgemäß umfasst der Kraftstoffinjektor ferner einen hydraulischen Übersetzer mit einer das Steuervolumen begrenzenden hydraulischen Wirkfläche A₁, die größer als eine das Steuervolumen begrenzende hydraulische Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes und/oder größer als eine das Steuervolumen begrenzende hydraulische Wirkfläche A₃ des Ankerelementes ist, wobei der hydraulische Übersetzer mit dem Einspritzventilglied oder dem Ankerelement derart mechanisch koppelbar ist, dass die hydraulische Wirkfläche A₁ des hydraulischen Übersetzers während einer ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes eine Kraftverstärkung und während einer zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes eine Umschaltung auf eine Wegverstärkung bewirkt. Der zweiphasige Ablauf der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes betrifft insbesondere den Öffnungshub des Einspritzventilgliedes zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung.
Während einer ersten Phase des Öffnungshubes des Einspritzventilgliedes kann über eine Kraftverstärkung – bei gleichzeitiger Hubminderung – die Kraft realisiert werden, die erforderlich ist, den Druckunterschied am geschlossenen Einspritzventilglied zu überwinden und das Einspritzventilglied aus seinem Sitz zu heben. Mit größer werdendem Hub baut sich unterhalb des Einspritzventilgliedes ein dem Raildruck angleichender Druck auf, so dass die zum Anheben des Einspritzventilgliedes erforderliche Kraft sinkt. In dieser zweiten Phase des Öffnungshubes des Einspritzventilgliedes kann auf eine Wegverstärkung – bei gleichzeitiger Kraftminderung – umgeschaltet werden, um den zur vollständigen Sitzentdrosselung notwendigen Düsennadelhub und hierüber maximale Einspritzdrücke zu realisieren. Die Umschaltung von einer Kraftverstärkung auf eine Wergverstärkung erfolgt durch eine Änderung der Flächenverhältnisse der jeweils in Bezug auf das Steuervolumen relevanten hydraulischen Wirkflächen.
Als ein weiterer Vorteil wirkt sich die direkte Ansteuerung des Einspritzventilgliedes über einen Magnetaktor aus. Zum Einen erfolgt die direkte Ansteuerung rücklaufmengenfrei, das heißt, dass die Rückführung eines Steuer- und/oder Leckagevolumens entbehrlich ist, so dass eine Reduzierung des Systemaufwandes möglich ist. Beispielsweise kann eine Hochdruckpumpe mit einer geringeren Förderleistung eingesetzt werden. Zum Anderen kann ein direkt gesteuerter Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor kompaktbauend gestaltet werden, da ein Magnetaktor einen geringeren Bauraum als beispielsweise ein Piezoaktor erfordert. Zudem sind Magnetaktoren kostengünstiger als Piezoaktoren, so dass ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor ferner kostengünstig herstellbar ist.
Vorzugsweise ist am Einspritzventilglied eine Anschlagfläche zur mechanischen Kopplung des hydraulischen Übersetzers ausgebildet. Alternativ kann auch am Ankerelement eine Anschlagfläche zur mechanischen Kopplung des hydraulischen Übersetzers ausgebildet sein. Über die mechanische Kopplung wird eine Mitnehmerfunktion realisiert, die eine Änderung der Flächenverhältnisse in Bezug auf die jeweils das Steuervolumen begrenzenden hydraulischen Wirkflächen und damit ein Umschalten von einer Kraftverstärkung während einer ersten Phase auf eine Wegverstärkung während einer zweiten Phase des Hubes des Einspritzventilgliedes bewirkt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Einspritzventilglied eine Anschlagfläche zur mechanischen Kopplung des hydraulischen Übersetzers ausgebildet, die eine Mitnahme des hydraulischen Übersetzers erst während der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes bewirkt. Auf diese Weise wird während der zweiten Phase der Hubbewegung eine Wegverstärkung realisiert.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Ankerelement eine Anschlagfläche zur mechanischen Kopplung des hydraulischen Übersetzers ausgebildet, die ebenfalls eine Mitnahme des hydraulischen Übersetzers während der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes und damit eine Wegverstärkung bewirkt.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wiederum am Einspritzventilglied eine Anschlagfläche ausgebildet, die jedoch eine Mitnahme des Einspritzventilgliedes bei einer Hubbewegung des hydraulischen Übersetzers bewirkt. Die Mitnahme erfolgt in diesem Fall während der ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes und dient der Umsetzung einer Kraftverstärkung.
Weiterhin bevorzugt ist an einem Gehäuseteil des Kraftstoffinjektors ein Anschlag ausgebildet, der einer einseitig wirksamen Hubbegrenzung des hydraulischen Übersetzers dient. Führt beispielsweise der hydraulische Übersetzer während der ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes eine Hubbewegung aus, bei welcher er das Einspritzventilglied mitführt, kann durch Anschlagen des Übersetzers am gehäuseseitigen Anschlag die Umschaltung von einer Kraftverstärkung auf eine Wegverstärkung bewirkt werden. Denn das Anschlagen bewirkt eine Lagefixierung des hydraulischen Übersetzers, so dass eine Änderung der Flächenverhältnisse und damit eine Umschaltung von einer Kraftverstärkung auf eine Wegverstärkung während der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes erfolgt. Der gehäuseseitige Anschlag kann auch dazu dienen, den Hub des hydraulischen Übersetzers bei dessen Rückstellung zu begrenzen.
Vorteilhafterweise ist der hydraulische Übersetzer als hubbeweglicher Kolben oder als hubbewegliche Scheibe ausgebildet. Bevorzugt ist in dem hydraulischen Übersetzer zur teilweisen Aufnahme des Einspritzventilgliedes oder des Ankerelementes eine zentrale Bohrung ausgebildet. Der hydraulische Übersetzer erfährt somit über die Außenumfangsfläche des Einspritzventilgliedes oder des Ankerelementes eine Führung. Des Weiteren kann in einfacher Weise eine an den Führungsbereich angrenzende Anschlagfläche am Einspritzventilglied oder am Ankerelement realisiert werden, indem der angrenzende Bereich mit einem größeren Außendurchmesser ausgebildet wird.
Zur Rückstellung in eine Ausgangslage wird der hydraulische Übersetzer vorzugsweise von der Druckkraft einer Feder beaufschlagt. Als Feder eignet sich insbesondere eine Schraubendruckfeder, die einerseits am hydraulischen Übersetzer und andererseits an einem Gehäuseteil des Kraftstoffinjektors oder am Ankerelement abgestützt ist. Es können jedoch auch andere Federelemente eingesetzt werden. Die Anordnung einer Feder ermöglicht eine automatische Rückstellung des hydraulischen Übersetzers ohne dass eine Mitnahme des Übersetzers in Schließrichtung des Einspritzventilgliedes erfolgen muss. Andererseits kann auf eine Rückstellfeder verzichtet werden, wenn zur Rückstellung des hydraulischen Übersetzers eine Mitnahme durch das Einspritzventilglied oder das Ankerelement erfolgt.
Vorzugsweise öffnet der Kraftstoffinjektor bei einer Bestromung des Magnetaktors. Die Bestromung des Magnetaktors löst zunächst eine Hubbewegung des Ankerelementes aus, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Druckabfall im Steuervolumen und damit den Öffnungshub des Einspritzventilgliedes bewirkt. Da sich bei dieser Ausführungsform das Ankerelement und das Einspritzventilglied beim Öffnen in die gleiche Richtung bewegen, „zieht” das Ankerelement das Einspritzventilglied aus seinem Dichtsitz.
Gemäß einer weiteren bevorzugten, alternativen Ausführungsform bewirkt die Hubbewegung des Ankerelementes bei einer Bestromung des Magnetaktors einen Druckanstieg im Steuervolumen und damit den Öffnungshub des Einspritzventilgliedes. Die Bewegungsrichtung des Ankerelementes ist dabei der des Einspritzventilgliedes entgegengesetzt. Das Einspritzventilglied wird damit aus seinem Dichtsitz „gedrückt”. Hierzu ist an dem Einspritzventilglied eine Druckstufe mit einer hydraulischen Wirkfläche A₂ ausgebildet, unterhalb welcher der Steuerdruck anliegt.
Um einen besonders kompaktbauenden Kraftstoffinjektor bereit zu stellen, sind weiterhin bevorzugt das Einspritzventilglied, das Ankerelement und der hydraulische Übersetzer koaxial angeordnet.
Die Merkmale der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind untereinander kombinierbar, so dass mehrere Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise kann unabhängig davon, ob ein ziehendes oder drückendes Aktorprinzip gewählt wird, der Kraftstoffinjektor ferner derart ausgebildet sein, dass der hydraulische Übersetzer mit dem Einspritzventilglied oder dem Ankerelement koppelbar ist. Der gehäuseseitige Anschlag kann zudem eine Hubbegrenzung des hydraulischen Übersetzers in Öffnungsrichtung oder Schließrichtung des Einspritzventilgliedes bewirken.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform,
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform und
4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform.
Sämtliche in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors weisen einen Magnetaktor 1 zur Betätigung eines Einspritzventilgliedes 2 auf. Der Magnetaktor 1 ist jeweils in einem Injektorkörper 16 des Kraftstoffinjektors angeordnet. Das Einspritzventilglied 2 ist jeweils hubbeweglich in einem Düsenkörper 17 des Kraftstoffinjektors geführt, wobei zur Führung des Einspritzventilgliedes 2 ein Führungsbereich 18 im Düsenkörper 17 vorgesehen sein kann. Über die Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 2 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 3 des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar.
Zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 2, das heißt zur Initiierung einer Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 2, weist jeder der Magnetaktoren 1 der Ausführungsformen der 1 bis 4 ein hubbeweglich gelagertes Ankerelement 4 auf. Die Hubbewegung des Ankerelementes 4 bewirkt jeweils eine Steuerdruckänderung in einem Steuervolumen 5, so dass ein am Einspritzventilglied 2 anliegender Schließdruck überwunden und das Einspritzventilglied 2 aus seinem Dichtsitz gehoben wird. In Abhängigkeit davon, ob das Ankerelement 4 einen Steuerdruckabfall oder einen Steuerdruckanstieg im Steuervolumen 5 bewirkt, weisen das Ankerelement 4 und das Einspritzventilglied 2 entweder die gleiche Bewegungsrichtung beim Öffnen und Schließen (siehe Ausführungsformen der 1 und 2) oder eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung auf (siehe Ausführungsformen der 3 und 4). Letzteres wird durch das unterhalb der Druckstufe 13 des Einspritzventilgliedes 2 anliegende Steuervolumen 5 bewirkt, so dass das Einspritzventilglied 2 über den ansteigenden Steuerdruck im Steuervolumen 5 aus seinem Dichtsitz gehoben wird. Die Druckstufe 13 bildet somit eine hydraulische Wirkfläche A₂ aus.
Des Weiteren weist jeder Kraftstoffinjektor der dargestellten Ausführungsformen einen hydraulischen Übersetzer 6 auf, der die Form eines hubbeweglichen Kolbens oder einer hubbeweglichen Scheibe besitzt. Es bestehen jedoch Unterschiede dahingehend, dass der hydraulische Übersetzer 6 entweder über eine am Einspritzventilglied 2 ausgebildete Anschlagfläche 7 mit dem Einspritzventilglied 2 (siehe Ausführungsformen der 1 und 4) oder über eine am Ankerelement 4 ausgebildete Anschlagfläche 8 mit dem Ankerelement 4 mechanisch koppelbar ist (siehe Ausführungsformen der 2 und 3). Die Komponenten Einspritzventilglied 2, Ankerelement 4 und hydraulischer Übersetzer 6 sind jeweils koaxial angeordnet.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsform wird in geschlossenem Zustand das Ankerelement 4 über eine Druckfeder 15 gegen eine Einstellscheibe 19 gedrückt. Die Einstellscheibe 19 bildet somit vorliegend einen Anschlag für das Ankerelement 4 aus. Das Ankerelement 4 besitzt eine hydraulische Wirkfläche A₃, die ein Steuervolumen 5 in einer axialen Richtung begrenzt. In der anderen axialen Richtung wird das Steuervolumen 5 durch eine hydraulische Wirkfläche A₂ eines Einspritzventilgliedes 2 und einer hydraulischen Wirkfläche A₁ eines hydraulischen Übersetzers 6 begrenzt. Eine im Steuervolumen 5 angeordnete Schließfeder 14 sowie der Steuerdruck des Steuervolumens 5 halten das Einspritzventilglied 2 gegen den Dichtsitz gedrückt. Der hydraulische Übersetzer 6 ist vorliegend scheibenförmig ausgebildet und mit einer zentralen Bohrung 11 zur Aufnahme eines Führungsbereiches des Einspritzventilgliedes 2 ausgestattet. Er wird zudem von der Druckkraft einer Feder 12 beaufschlagt. Der hydraulische Übersetzer 6 ist dabei nach oben, das heißt in Richtung des Elektromagneten des Magnetaktors 1, frei beweglich angeordnet. Wird nunmehr der Magnetaktor 1 bestromt wird das Ankerelement 4 entgegen der Druckkraft der Druckfeder 15 nach oben, das heißt wiederum in Richtung des Elektromagneten des Magnetaktors 1, bewegt. Dabei vergrößert sich das Steuervolumen 5 und ein Druckabfall wird bewirkt. Die gewählten Flächenverhältnisse der hydraulischen Wirkflächen A₁, A₂ und A₃ bestimmen dabei den Grenzdruck, ab dem sich das Einspritzventilglied 2 aus seinem Sitz hebt. Solange der hydraulische Übersetzer 6 in seiner Bewegung nach oben frei ist, wird aufgrund der größeren hydraulischen Wirkfläche (A₁ und A₂) gegenüber der kleineren Fläche A₃ des Ankerelementes 4 eine Kraftverstärkung bewirkt, die allerdings mit einer proportionalen Wegreduzierung verbunden ist. Somit wird zunächst ein kraftvoller erster Hub zum Anheben des Einspritzventilgliedes 2 aus seinem Dichtsitz bewirkt. Der hydraulische Übersetzer 6 liegt bei dieser Bewegung an einer Anschlagfläche 7 des Einspritzventilgliedes 2 an, so dass dieser das Einspritzventilglied 2 mitführt. Da das Ankerelement 4 nur eine begrenzte Hubbewegung ausführen kann, wird nach dem ersten Abheben des Einspritzventilgliedes 2 von einer Kraftverstärkung auf eine Wegverstärkung umgeschaltet. Hierzu ist eine Änderung des Flächenverhältnisses der hydraulisch wirksamen Flächen erforderlich. Dies erfolgt, indem der hydraulische Übersetzer 6 in Anlage mit einem Anschlag 10 gelangt, der an einem Gehäuseteil 9 ausgebildet ist und somit als Hubbegrenzung dient. Nunmehr steht der hydraulischen Wirkfläche A₃ des Ankerelementes 4 die demgegenüber kleinere hydraulische Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes 2 gegenüber, so dass eine Wegverstärkung bei gleichzeitiger Kraftminderung bewirkt wird. Die Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 2 erfolgt somit in zwei Stufen bzw. Phasen. Hierdurch können Hübe des Einspritzventilgliedes 2 bewirkt werden, die eine vollständige Sitzentdrosselung und damit maximale, an den Einspritzöffnungen anliegende Einspritzdrücke ermöglichen.
Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass das Steuervolumen 5 über eine Drossel 21 in hydraulischer Verbindung mit einer Hochdruckleitung 20 steht, über die der unter hohem Druck stehende Kraftstoff zunächst einer im Düsenkörper 17 ausgebildeten Druckkammer und über den Führungsbereich 18 und eine weitere ringförmige Druckkammer den Einspritzöffnungen 3 zugeführt wird.
Zum Schließen der Einspritzöffnungen 3 wird die Bestromung des Magnetaktors 1 beendet, so dass das Ankerelement 4 über die Druckkraft der Druckfeder 15 zurückgestellt wird. Dabei verkleinert das in den Steuerraum eintauchende Ankerelement 4 das Steuervolumen 5, was einen Druckanstieg bewirkt. Der ansteigende Druck und die Druckkraft der Schließfeder 14, die am Einspritzventilglied 2 abgestützt ist, bewirken, dass das Einspritzventilglied 2 gegen den Dichtsitz gedrückt wird. Dabei wird über die Anschlagfläche 7 am Einspritzventilglied 2 auch der hydraulische Übersetzer 6 in seine Ausgangslage zurückgestellt.
Bei der in der 2 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist der hydraulische Übersetzer 6 mit dem Ankerelement 4 und nicht – wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform – mit dem Einspritzventilglied 2 mechanisch koppelbar. Hierzu ist am Ankerelement 4 eine Anschlagfläche 8 ausgebildet, die als Mitnehmer in der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 2 dient. Bei einer Bestromung des Magnetaktors 1 wird wiederum eine das Steuervolumen 5 vergrößernde Hubbewegung des Ankerelementes 4 und damit ein Druckabfall bewirkt. Der hydraulischen Wirkfläche A₃ des Ankerelementes 4 steht dabei zunächst die größere hydraulische Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes 2 gegenüber, wodurch eine Kraftverstärkung erfolgt. Das Einspritzventilglied 2 wird dabei aus seinem Dichtsitz gehoben. Zur Umschaltung auf eine Wegverstärkung bewirkt der fortschreitende Hub des Ankerelementes 4, dass die Anschlagfläche 8 in Anlage mit dem hydraulischen Übersetzer 6 gelangt. Im Verlauf des weiteren Hubes des Ankerelementes 4 wird der hydraulische Übersetzer 6 mitgeführt, so das nunmehr die größere hydraulische Wirkfläche A₁ des hydraulischen Übersetzers 6 einschließlich der Wirkfläche A₃ des Ankerelementes 4 der Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes gegenübersteht. Dies führt zu einer Wegverstärkung bei gleichzeitiger Kraftreduzierung, so dass ein zur vollständigen Sitzentdrosselung ausreichender Hub des Einspritzventilgliedes bewirkt werden kann. Der Schließvorgang erfolgt weitestgehend analog zu dem der Ausführungsform der 1. Die Rückstellung des hydraulischen Übersetzer 6 wird hier jedoch allein über die Feder 12 bewirkt, die gegenüber dem Ankerelement 4 abgestützt ist. Das Ankerelement 4 fährt in seine Ausgangsstellung zurück bis es an einer als Anschlag ausgebildeten Einstellscheibe 19 anliegt. Zur Hubeinstellung des Ankerelementes 4 ist ferner eine Abstandshülse 23 vorgesehen.
Bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform ist der hydraulische Übersetzer 6 ebenfalls mit dem Ankerelement 4 mechanisch koppelbar. Hierzu ist am Ankerelement 4 eine Anschlagfläche 8 als Mitnehmer ausgebildet. Die Mitnahme erfolgt wiederum in der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 2, um von einer Kraftverstärkung auf eine Wegverstärkung umzuschalten. Anders als bei den Beispielen der 1 und 2 wird jedoch bei einer Bestromung des Magnetaktors 1 das Steuervolumen 5 durch die Hubbewegung des Ankerelementes 4 verkleinert, was einen Druckanstieg zur Folge hat. Denn das Ankerelement 4 wird nach unten, das heißt in Richtung des Einspritzventilgliedes 2 bewegt. Indem das Steuervolumen 5 vorliegend unterhalb einer Druckstufe 13 am Einspritzventilglied 2 angeordnet ist, das heißt die hydraulische Wirkfläche A₂ mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird, wird aufgrund des Druckanstieges das Einspritzventilglied 2 aus seinem Dichtsitz gehoben. Das Steuervolumen 5 unterhalb der Druckstufe 13 steht dabei über einen Verbindungskanal 22 in Verbindung mit dem Steuervolumen 5, das durch den hydraulischen Übersetzer 6 und das Ankerelement 4 begrenzt wird. Ferner besteht eine Verbindung zu der Hochdruckleitung 20 über eine Drossel 21, um einen Raildruckausgleich bei geändertem Raildruck zu gewährleisten. Die Drossel 21 kann bei geeigneter Leckage an den Führungen, die von oder zu einem das Steuervolumen 5 begrenzenden Druckraum weg oder hin führen, entfallen.
Um den Schließvorgang zu initiieren, wird die Bestromung des Magnetaktors 1 beendet und das Ankerelement 4 über die Druckkraft der Druckfeder 15 zurückgestellt. Die Feder 12 hat den gleichen Effekt bezogen auf den hydraulischen Übersetzer 6. Dabei vergrößert sich das Steuervolumen 5 und der Druck sinkt, so dass schließlich die Schließfeder 14 den Schließhub des Einspritzventilgliedes 2 bewirkt.
Bei der in der 4 dargestellten Ausführungsform wird ebenfalls das „drückende” Aktorprinzip verwirklicht. Das heißt, dass bei einer Bestromung des Magnetaktors 1 durch die Hubbewegung des Ankerelementes 4 das Steuervolumen 5 verkleinert wird, so dass der Druck steigt. Damit steigt auch der an einer hydraulischen Wirkfläche A₁ eines hydraulischen Übersetzers 6 und einer hydraulischen Wirkfläche A₂ einer Druckstufe 13 am Einspritzventilglied 2 anliegende Druck, so dass diese sich entgegen der Druckkraft der Federn 12 und 14 nach oben, das heißt in Richtung des Elektromagneten des Magnetaktors 1 bewegen. Über eine Anschlagfläche 7 sind das Einspritzventilglied 2 und der hydraulische Übersetzer 6 mechanisch gekoppelt, so dass in einer ersten Phase der Hubbewegung der hydraulische Übersetzer 6 das Einspritzventilglied 2 mitführt. Da die Wirkfläche A₁ des hydraulischen Übersetzers 6 gemeinsam mit der Wirkfläche A₂ des Einspritzventilglieds 2 größer als die Wirkfläche A₃ des Ankerelementes 4 ist, erfolgt in der ersten Phase der Hubbewegung eine Kraftverstärkung. Erst mit Anlage des hydraulischen Übersetzers 6 am Anschlag 10 eines Gehäuseteils 9, kehrt sich das Verhältnis um, da die nunmehr relevante Wirkfläche A₂ am Einspritzventilglied 2 kleiner als die Wirkfläche A₃ des Ankerelementes 4 ist. Es erfolgt die Umschaltung von einer Kraftverstärkung auf eine Wegverstärkung.
Zum Schließen des Ventils wird die Bestromung des Magnetaktors 1 beendet und die Druckfeder 15 stellt das Ankerelement 4 in seine Ausgangslage zurück. Das Steuervolumen 5 vergrößert sich und der Druck sinkt, so dass demzufolge der hydraulische Übersetzer 6 und das Einspritzventilglied 2 über die Federn 12 und 14 ebenfalls zurückgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006015745 A1 [0003]

Claims

Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetaktor (1) zur direkten Ansteuerung eines vorzugsweise nadelförmigen Einspritzventilgliedes (2), über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (3) des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist, wobei der Magnetaktor (1) ein hubbewegliches Ankerelement (4), zur Steuerung des Steuerdrucks in einem Steuervolumen (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor ferner einen hydraulischen Übersetzer (6) mit einer das Steuervolumen (5) begrenzenden hydraulischen Wirkfläche A₁ umfasst, die größer als eine das Steuervolumen (5) begrenzende hydraulische Wirkfläche A₂ des Einspritzventilgliedes (2) und/oder größer als eine das Steuervolumen (5) begrenzende hydraulische Wirkfläche A₃ des Ankerelementes (4) ist, wobei der hydraulische Übersetzer (6) mit dem Einspritzventilglied (2) oder dem Ankerelement (4) derart mechanisch koppelbar ist, dass die hydraulische Wirkfläche A₁ des hydraulischen Übersetzers (6) während einer ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) eine Kraftverstärkung und während einer zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) eine Wegverstärkung bewirkt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Einspritzventilglied (2) oder am Ankerelement (4) eine Anschlagfläche (7, 8) zur mechanischen Kopplung des hydraulischen Übersetzers (6) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Einspritzventilglied (2) oder am Ankerelement (4) ausgebildete Anschlagfläche (7, 8) eine Mitnahme des hydraulischen Übersetzers (6) zur Umsetzung einer Wegverstärkung während der zweiten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) bewirkt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Einspritzventilglied (2) ausgebildete Anschlagfläche (7) eine Mitnahme des Einspritzventilgliedes (2) bei einer Hubbewegung des hydraulischen Übersetzers (6) zur Umsetzung einer Kraftverstärkung während der ersten Phase der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes (2) bewirkt.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Gehäuseteil (9) des Kraftstoffinjektors ein Anschlag (10) zur einseitig wirksamen Hubbegrenzung des hydraulischen Übersetzers (6) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Übersetzer (6) als hubbeweglicher Kolben oder als hubbewegliche Scheibe ausgebildet ist, wobei in dem hydraulischen Übersetzer (6) eine zentrale Bohrung (11) zur teilweisen Aufnahme des Einspritzventilgliedes (2) oder des Ankerelementes (4) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Übersetzer (6) zur Rückstellung in eine Ausgangslage von der Druckkraft einer Feder (12) beaufschlagt wird.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestromung des Magnetaktors (1) die Hubbewegung des Ankerelementes (4) einen Druckabfall im Steuervolumen (5) und damit einen Öffnungshub des Einspritzventilgliedes (2) bewirkt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestromung des Magnetaktors (1) die Hubbewegung des Ankerelementes (4) einen Druckanstieg im Steuervolumen (5) und damit einen Öffnungshub des Einspritzventilgliedes (2) bewirkt, wobei die das Steuervolumen (5) begrenzende hydraulische Wirkfläche A₂ unterhalb einer Druckstufe (13) des Einspritzventilgliedes (2) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (2), das Ankerelement (4) und der hydraulische Übersetzer (6) koaxial angeordnet sind.