EP2930345B1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP2930345B1
EP2930345B1 EP15160985.6A EP15160985A EP2930345B1 EP 2930345 B1 EP2930345 B1 EP 2930345B1 EP 15160985 A EP15160985 A EP 15160985A EP 2930345 B1 EP2930345 B1 EP 2930345B1
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EP
European Patent Office
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coupler
pressure
nozzle
spring
actuator
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15160985.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2930345A1 (de
Inventor
Andreas Gruenberger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2930345A1 publication Critical patent/EP2930345A1/de
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Publication of EP2930345B1 publication Critical patent/EP2930345B1/de
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    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
    • 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
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/708—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with hydraulic chambers formed by a movable sleeve

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.
  • a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine which has a piezoelectric actuator for controlling the lifting movement of a nozzle needle, which is accommodated for releasing and closing at least one injection port in a high-pressure chamber in a liftable manner.
  • the piezoelectric actuator acts together with a hydraulic coupler, which is designed as a reverse coupler. This means that when current is supplied and the piezoelectric actuator elongated, the hydraulic coupler effects a reversal of the direction of action of the actuator and thus a lifting of the nozzle needle from a sealing seat.
  • the hydraulic coupler comprises at least two coupler pistons.
  • a first coupler piston is accommodated on the actuator side in a coupler body which separates a high-pressure region of the fuel injector from a low-pressure region.
  • a coupler space is formed, each of which is connected via formed in the coupler body bores with corresponding coupler spaces above and below the at least one further coupler piston.
  • an opening or closing force acting on the nozzle needle can be generated. The closing process is initiated in this fuel injector by deactivation and a concomitant reduction of the piezoelectric actuator.
  • the present invention seeks to provide a fuel injector with reversing coupler, which is designed simpler and more compact.
  • the fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle body and a nozzle needle which is liftably received for releasing and closing at least one injection opening in a high-pressure bore of the nozzle body and acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a nozzle spring. Furthermore, the fuel injector comprises an actuator for controlling the lifting movement of the nozzle needle, wherein the actuator is hydraulically coupled to the nozzle needle via a coupling device comprising at least one coupler piston. According to the coupler piston is acted upon directly or indirectly via a liftable pressure plate of the spring force of a coupler spring, which is arranged in the high-pressure bore and axially biases the coupler piston in the direction of the actuator.
  • the coupler piston Upon deactivation of the actuator causes the axial bias that the coupler piston is returned to its original position.
  • the coupler piston preferably carries with it a further coupler piston of the coupling device arranged on the actuator side, so that optionally a further spring arranged on the actuator side can be dispensed with for returning the coupling device.
  • This allows a compact structure arrangement of the components of Coupling device, in particular, when the two coupler pistons are mechanically coupled or coupled.
  • the inventive design of the fuel injector has the advantage that a guide of the coupler piston is effected.
  • the coupler piston for limiting a coupler space is at least partially accommodated in a coupler plate which separates the high-pressure bore from a low-pressure region of the injector.
  • a guide of the coupler piston is effected.
  • the coupler plate preferably has a hollow-cylindrical projection on its side facing the nozzle needle.
  • the coupler piston or the liftable pressure plate preferably has a central recess in which an end of the nozzle needle facing the actuator is accommodated for delimiting a control chamber. If no pressure plate is provided, the control chamber is limited solely by the nozzle needle and the coupler piston. In this case, the coupler piston is at least partially hollow cylinder-shaped at its end facing the nozzle needle and receives the actuator facing the end of the nozzle needle. If a pressure plate is provided, the control space is limited by the nozzle needle, the coupler piston and the pressure plate.
  • the pressure plate which may be formed as a sleeve, for example, is easy to manufacture and also simplifies the production of the coupler piston.
  • the coupler space is connected to the control space via a bore formed in the coupler piston.
  • the bore ensures that the hydraulic pressure in the control room corresponds to the hydraulic pressure in the coupler compartment.
  • the arrangement of the two spaces connecting bore in the coupler piston can be costly to be produced holes in the coupler plate or in a further coupler body, which significantly simplifies the production.
  • the coupler piston can be mechanically coupled via a pressure pin passing through the coupler plate with a further coupler piston arranged on the actuator side.
  • the pressure pin passing through the coupler plate has a smaller outer diameter than the one or more coupler pistons, so that the guide region of the pressure pin is less leaky.
  • the pressure pin may be formed as a separate component which is supported on the one hand on the nozzle-side coupler piston and on the other hand on the actuator-side coupler piston. According to a preferred embodiment of the invention, however, the pressure pin is formed integrally with one of the coupler pistons, preferably integrally with the coupler piston arranged on the nozzle side.
  • the nozzle needle is stepped in order to form a low-pressure stage.
  • the low-pressure stage is formed on the actuator end of the nozzle needle and connected via at least one formed in the nozzle-side coupler piston and / or in the pressure pin bore with the low pressure region of the injector or connectable. Due to the low-pressure stage, the nozzle needle is relieved, since at least part of its hydraulic effective area is acted upon only by low pressure. The relief acts in the opening direction, so that the force required to open the nozzle needle is reduced.
  • the low-pressure stage is preferably limited in the radial direction by a hollow-cylindrical projection of the nozzle-side coupler piston or a spring-loaded sleeve bearing against the nozzle-side coupler piston.
  • the hollow cylindrical projection of the nozzle-side arranged coupler piston or the sleeve cause a separation of the low-pressure region from the high-pressure region of the injector. Furthermore, the formation of the low pressure stage within the control room is possible, which allows a particularly compact structure arrangement.
  • the nozzle needle is surrounded by a recorded in the high-pressure bore sleeve, which is designed to support the nozzle spring preferably stepped.
  • the stepped sleeve may also serve to form a stroke stop for the nozzle needle.
  • the sleeve is axially biased against the nozzle body via the spring force of the coupler spring.
  • the axial bias of the sleeve prevents a change in the stroke stop.
  • the spring force is preferred Coupler spring selected larger than that of the nozzle spring, so that a lifting of the sleeve from the nozzle body is reliably avoided.
  • the nozzle spring is arranged coaxially and radially inwardly lying with respect to the coupler spring.
  • the actuator is a piezoelectric actuator that elongates during activation and contracts when deactivated. This high forces can be generated, which allow direct control of the lifting movement of the nozzle needle.
  • the piezoelectric actuator is accommodated in a holding body of the injector, which is braced axially via a nozzle retaining nut with the nozzle body and the coupler plate.
  • the fuel injector shown in longitudinal section comprises a plurality of body components, namely a nozzle body 1, a coupler plate 16 and a holding body 25, which are axially braced via a nozzle lock nut 26.
  • the nozzle body 1 forms a high-pressure bore 4, in which a nozzle needle 2 for releasing and closing at least one injection opening 3 is received in a liftable manner.
  • the nozzle needle 2 acts together with a sealing seat 5.
  • the nozzle needle 2 is acted upon by the spring force of a nozzle spring 6, which is supported on the one hand on a collar of the nozzle needle 2 and on the other hand on a sleeve 24.
  • the sleeve 24 in turn is pressed by the spring force of a coupler spring 12, which is greater than the spring force of the nozzle spring 6, against a shoulder 32 of the nozzle body 1. The position of the sleeve 24 is therefore fixed.
  • the fuel injector shown has an actuator 7, which in the present case is designed as a piezoelectric actuator and accommodated in the holding body 25.
  • the actuator 7 is hydraulically coupled via a coupling device 8 with the nozzle needle 1.
  • the coupling device 8 comprises a coupler piston 9 arranged in a low-pressure region 17 and a coupler piston 9 in the high-pressure bore 4 arranged coupler piston 10, wherein the two coupler pistons 9, 10 are mechanically coupled via an integrally formed with the coupler piston 10 pressure pin 19.
  • the pressure pin 19 passes through the coupler plate 16, which separates the low-pressure region 17 from the high-pressure bore 4.
  • the low-pressure region 17 is connected to a return 31 for discharging a leakage amount.
  • the actuator-side arranged coupler piston 9 is operatively connected via a force transmission plate 33 with the actuator 7.
  • the coupler piston 10 arranged on the nozzle side is received in a hollow-cylindrical projection of the coupler plate 16 for delimiting a coupler space 15.
  • the end face of the coupler piston 10 remote from the coupler space 15 delimits a control space 14, which is connected to the coupler space 15 via a bore 18.
  • the control chamber 14 is further limited by the nozzle needle 2 and a liftable pressure plate 11, which has a central recess 13 for receiving the sealing seat 5 facing away from the end of the nozzle needle 2.
  • the spring force of the coupler spring 12 presses the liftable pressure plate 11 against the coupler piston 10, so that the control chamber 14 is sealed against the high-pressure bore 4.
  • the sealing seat 5 facing away from the end of the nozzle needle 2 is designed to form a low-pressure stage 20 in this case stepped.
  • the low-pressure stage 20 comprises a low-pressure space, which is bounded in the radial direction by a spring-loaded sleeve 23 accommodated in the control chamber 14.
  • the low-pressure chamber is connected to the low-pressure region 17 via bores 21, 22, which are formed in the coupler piston 10 and in the pressure pin 19.
  • the actuator 7 is deactivated. This has the consequence that the actuator 7 contracts again.
  • the spring force of the coupler spring 12 supported on the pressure plate 11 causes the coupler piston 10 arranged on the nozzle side to move upward, this time entraining the coupler piston 9 arranged on the actuator side due to the mechanical coupling via the pressure pin 19.
  • the coupler spring 12 is supported by the spring 30.
  • the arrangement of the spring 30 is not absolutely necessary. Their function can be taken over by the coupler spring 12, so that 30 space can be saved with omission of the spring.
  • the provision of the coupler piston 9, 10 causes a pressure increase in the coupling chamber 15 and the control chamber 14, which in turn has the consequence that acts on the nozzle needle 2 - in addition to the spring force of the nozzle spring 6 - a hydraulic closing force.
  • the nozzle needle 2 is returned to the sealing seat 5 and the injection ended.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 003 443 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der einen Piezoaktor zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel besitzt, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung in einem Hochdruckraum hubbeweglich aufgenommenen ist. Der Piezoaktor wirkt dabei mit einem hydraulischen Koppler zusammen, der als Umkehrkoppler ausgebildet ist. Das heißt, dass bei einer Bestromung und einer damit einhergehenden Längung des Piezoaktors der hydraulische Koppler eine Umkehrung der Wirkrichtung des Aktors und damit ein Abheben der Düsennadel von einem Dichtsitz bewirkt. Hierzu umfasst der hydraulische Koppler wenigstens zwei Kopplerkolben. Ein erster Kopplerkolben ist aktorseitig in einem Kopplerkörper aufgenommen, der einen Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors von einem Niederdruckbereich trennt. Oberhalb und unterhalb des ersten Kopplerkolbens ist jeweils ein Kopplerraum ausgebildet, von denen jeder über im Kopplerkörper ausgebildete Bohrungen mit entsprechenden Kopplerräumen oberhalb und unterhalb des wenigstens einen weiteren Kopplerkolbens verbunden ist. In Abhängigkeit vom hydraulischen Druck in den Kopplerräumen kann eine auf die Düsennadel wirkende Öffnungs- oder Schließkraft erzeugt werden. Der Schließvorgang wird bei diesem Kraftstoffinjektor durch Deaktivierung und einer damit einhergehenden Kürzung des Piezoaktors initiiert. Über die Federkraft einer Vorspannfeder, die an einer mit dem Aktor verbundenen Abschlussplatte abgestützt ist, die wiederum über eine Verbindungsstange mit dem ersten Kopplerkolben verbunden ist, wird der erste Kopplerkolben in seine Ausgangslage zurückgestellt. Die Rückstellung des ersten Kopplerkolbens bewirkt eine Veränderung des hydraulischen Drucks in den Kopplerräumen, so dass hierüber eine auf die Düsennadel wirkende Schließkraft erzeugt wird. Ein anderes Beispiel ist aus dem DE 10 2009 044556 A1 bekannt.
  • Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit Umkehrkoppler anzugeben, der einfacher und kompaktbauender gestaltet ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird der Krafstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper und eine Düsennadel, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung in einer Hochdruckbohrung des Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Düsenfeder beaufschlagt ist. Ferner umfasst der Kraftstoffinjektor einen Aktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel, wobei der Aktor über eine wenigstens einen Kopplerkolben umfassende Kopplungseinrichtung mit der Düsennadel hydraulisch gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist der Kopplerkolben unmittelbar oder mittelbar über eine hubbewegliche Druckplatte von der Federkraft einer Kopplerfeder beaufschlagt, die in der Hochdruckbohrung angeordnet ist und den Kopplerkolben in Richtung des Aktors axial vorspannt. Bei einer Deaktivierung des Aktors bewirkt die axiale Vorspannung, dass der Kopplerkolben in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Vorzugsweise nimmt dabei der Kopplerkolben einen weiteren aktorseitig angeordneten Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung mit, so dass ggf. eine weitere aktorseitig angeordnete Feder zur Rückstellung der Kopplungseinrichtung entfallen kann. Dies ermöglicht eine kompaktbauende Anordnung der Komponenten der Kopplungseinrichtung, insbesondere, wenn die beiden Kopplerkolben mechanisch gekoppelt oder koppelbar sind. Bezugnehmend auf Anspruch 1 bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors den Vorteil, dass eine Führung des Kopplerkolbens bewirkt wird. Hierzu ist der Kopplerkolben zur Begrenzung eines Kopplerraums zumindest teilweise in einer Kopplerplatte aufgenommen, welche die Hochdruckbohrung von einem Niederdruckbereich des Injektors trennt. Über die Kopplerplatte, die vorteilhafterweise mit dem Düsenkörper und wenigstens einem weiteren Körperbauteil des Injektors über eine Düsenspannmutter axial verspannt ist, wird eine Führung des Kopplerkolbens bewirkt. Bevorzugt weist hierzu die Kopplerplatte einen hohlzylinderförmigen Ansatz an ihrer der Düsennadel zugewandten Seite auf.
  • Bevorzugt besitzt der Kopplerkolben oder die hubbewegliche Druckplatte eine zentrale Ausnehmung, in welcher ein dem Aktor zugewandtes Ende der Düsennadel zur Begrenzung eines Steuerraums aufgenommen ist. Sofern keine Druckplatte vorgesehen ist, wird der Steuerraum allein von der Düsennadel und dem Kopplerkolben begrenzt. In diesem Fall ist der Kopplerkolben an seinem der Düsennadel zugewandten Ende zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet und nimmt das dem Aktor zugewandte Ende der Düsennadel auf. Sofern eine Druckplatte vorgesehen ist, wird der Steuerraum von der Düsennadel, dem Kopplerkolben und der Druckplatte begrenzt. Die Druckplatte, die beispielsweise als Hülse ausgebildet sein kann, ist einfach zu fertigen und vereinfacht zudem die Fertigung des Kopplerkolbens.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kopplerraum über eine im Kopplerkolben ausgebildete Bohrung mit dem Steuerraum verbunden ist. Die Bohrung stellt sicher, dass der hydraulische Druck im Steuerraum dem hydraulischen Druck im Kopplerraum entspricht. Durch die Anordnung der die beiden Räume verbindenden Bohrung im Kopplerkolben können aufwendig zu fertigende Bohrungen in der Kopplerplatte oder in einem weiteren Kopplerkörper entfallen, was die Fertigung deutlich vereinfacht.
  • Vorteilhafterweise ist der Kopplerkolben über einen die Kopplerplatte durchsetzenden Druckstift mit einem weiteren aktorseitig angeordneten Kopplerkolben mechanisch koppelbar. Der die Kopplerplatte durchsetzende Druckstift weist einen geringeren Außendurchmesser als der oder die Kopplerkolben auf, so dass der Führungsbereich des Druckstifts weniger leckagebehaftet ist. Der Druckstift kann als separates Bauteil ausgebildet sein, das einerseits am düsenseitigen Kopplerkolben und andererseits am aktorseitigen Kopplerkolben abgestützt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckstift jedoch einteilig mit einem der Kopplerkolben, vorzugsweise einteilig mit dem düsenseitig angeordneten Kopplerkolben ausgebildet.
  • Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel zur Ausbildung einer Niederdruckstufe gestuft ausgeführt ist. Bevorzugt ist die Niederdruckstufe am aktorseitigen Ende der Düsennadel ausgebildet und über wenigstens eine im düsenseitigen Kopplerkolben und/oder im Druckstift ausgebildete Bohrung mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden bzw. verbindbar. Durch die Niederdruckstufe wird die Düsennadel entlastet, da zumindest ein Teil ihrer hydraulischen Wirkfläche lediglich von Niederdruck beaufschlagt wird. Die Entlastung wirkt in Öffnungsrichtung, so dass die erforderliche Kraft zum Öffnen der Düsennadel reduziert wird.
  • Bevorzugt wird die Niederdruckstufe in radialer Richtung von einem hohlzylinderförmigen Ansatz des düsenseitigen Kopplerkolbens oder einer am düsenseitigen Kopplerkolben anliegenden federbelasteten Hülse begrenzt. Der hohlzylinderförmige Ansatz des düsenseitig angeordneten Kopplerkolbens oder die Hülse bewirken eine Trennung des Niederdruckbereichs vom Hochdruckbereich des Injektors. Ferner ist die Ausbildung der Niederdruckstufe innerhalb des Steuerraums möglich, was eine besonders kompaktbauende Anordnung erlaubt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Düsennadel von einer in der Hochdruckbohrung aufgenommenen Hülse umgeben, die zur Abstützung der Düsenfeder vorzugsweise gestuft ausgeführt ist. Die gestufte Hülse kann ferner der Ausbildung eines Hubanschlags für die Düsennadel dienen. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Hülse über die Federkraft der Kopplerfeder gegenüber dem Düsenkörper axial vorgespannt ist. Die axiale Vorspannung der Hülse verhindert eine Veränderung des Hubanschlags. Bevorzugt ist hierzu die Federkraft der Kopplerfeder größer als die der Düsenfeder gewählt, so dass ein Abheben der Hülse vom Düsenkörper sicher vermieden wird. Um insbesondere in axialer Richtung eine kompaktbauende Anordnung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Düsenfeder koaxial und radial innen liegend in Bezug auf die Kopplerfeder angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise ist der Aktor ein Piezoaktor, der sich bei einer Aktivierung längt und bei einer Deaktivierung zusammenzieht. Hierüber sind hohe Kräfte erzeugbar, welche eine direkte Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel ermöglichen. Vorzugsweise ist der Piezoaktor in einem Haltekörper des Injektors aufgenommen, der über eine Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper und der Kopplerplatte axial verspannt ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in einem schematischen Längsschnitt.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Der im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst mehrere Körperbauteile, nämlich einen Düsenkörper 1, eine Kopplerplatte 16 und einen Haltekörper 25, die über eine Düsenspannmutter 26 axial verspannt sind. Der Düsenkörper 1 bildet eine Hochdruckbohrung 4 aus, in welcher eine Düsennadel 2 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Die Düsennadel 2 wirkt dabei mit einem Dichtsitz 5 zusammen. In Richtung des Dichtsitzes 5 wird die Düsennadel 2 von der Federkraft einer Düsenfeder 6 beaufschlagt, die einerseits an einem Bund der Düsennadel 2 und andererseits an einer Hülse 24 abgestützt ist. Die Hülse 24 wiederum wird von der Federkraft einer Kopplerfeder 12, die größer als die Federkraft der Düsenfeder 6 ist, gegen einen Absatz 32 des Düsenkörpers 1 gedrückt. Die Lage der Hülse 24 ist demzufolge festgelegt.
  • Zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 2 weist der dargestellte Kraftstoffinjektor einen Aktor 7 auf, der vorliegend als Piezoaktor ausgebildet und im Haltekörper 25 aufgenommenen ist. Der Aktor 7 ist über eine Kopplungseinrichtung 8 mit der Düsennadel 1 hydraulisch gekoppelt. Die Kopplungseinrichtung 8 umfasst einen in einem Niederdruckbereich 17 angeordneten Kopplerkolben 9 und einen in der Hochdruckbohrung 4 angeordneten Kopplerkolben 10, wobei die beiden Kopplerkolben 9, 10 über einen einteilig mit dem Kopplerkolben 10 ausgebildeten Druckstift 19 mechanisch gekoppelt sind. Der Druckstift 19 durchsetzt die Kopplerplatte 16, welche den Niederdruckbereich 17 von der Hochdruckbohrung 4 trennt. Der Niederdruckbereich 17 ist zum Abführen einer Leckagemenge an einen Rücklauf 31 angeschlossen.
  • Der aktorseitig angeordnete Kopplerkolben 9 ist über eine Kraftübertragungsplatte 33 mit dem Aktor 7 wirkverbunden. Der düsenseitig angeordnete Kopplerkolben 10 ist zur Begrenzung eines Kopplerraums 15 in einem hohlzylinderförmigen Ansatz der Kopplerplatte 16 aufgenommen. Die dem Kopplerraum 15 abgewandte Stirnfläche des Kopplerkolbens 10 begrenzt einen Steuerraum 14, der über eine Bohrung 18 mit dem Kopplerraum 15 verbunden ist. Der Steuerraum 14 wird ferner von der Düsennadel 2 und einer hubbeweglichen Druckplatte 11 begrenzt, die eine zentrale Ausnehmung 13 zur Aufnahme des dem Dichtsitz 5 abgewandten Endes der Düsennadel 2 besitzt. Die Federkraft der Kopplerfeder 12 drückt die hubbewegliche Druckplatte 11 gegen den Kopplerkolben 10, so dass der Steuerraum 14 gegenüber der Hochdruckbohrung 4 abgedichtet ist.
  • Das dem Dichtsitz 5 abgewandte Ende der Düsennadel 2 ist zur Ausbildung einer Niederdruckstufe 20 vorliegend gestuft ausgeführt. Die Niederdruckstufe 20 umfasst einen Niederdruckraum, der in radialer Richtung von einer im Steuerraum 14 aufgenommenen federbelasteten Hülse 23 begrenzt wird. Der Niederdruckraum ist über Bohrungen 21, 22, die im Kopplerkolben 10 und im Druckstift 19 ausgebildet sind, mit dem Niederdruckbereich 17 verbunden.
  • Die Funktionsweise des dargestellten Kraftstoffinjektors ist wie folgt:
    • Zum Freigeben der Einspritzöffnung 3 wird der Aktor 7 aktiviert, d.h. bestromt. Der Aktor 7 dehnt sich daraufhin aus, wobei die Kraftübertragungsplatte 33 den aktorseitigen Kopplerkolben 9 entgegen der Federkraft einer Feder 30 nach unten bewegt. Aufgrund der mechanischen Kopplung über den Druckstift 19 nimmt dabei der aktorseitige Kopplerkolben 9 den düsenseitigen Kopplerkolben 10 mit. Durch die Hubbewegung des Kopplerkolbens 10 vergrößert sich das Volumen des Kopplerraums 15, während sich das Volumen des Steuerraums 14 verkleinert. Aufgrund des Flächenverhältnisses der am Kopplerkolben 10 ausgebildeten hydraulischen Wirkflächen fällt daraufhin der Druck im Steuerraum 14 ab. Der Druckabfall bewirkt, dass die Düsennadel 2 vom Dichtsitz 5 abhebt und die wenigstens eine Einspritzöffnung 3 freigibt. Über einen seitlich im Haltekörper 15 angeordneten Zulaufkanal 27, der einerseits an einen Hochdruckspeicher 28 und andererseits über eine Verbindungsbohrung 29 an die Hochdruckbohrung 4 angeschlossen ist, wird dann der Einspritzöffnung 3 unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt.
  • Zum Verschließen der Einspritzöffnung 3 wird der Aktor 7 deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass sich der Aktor 7 wieder zusammenzieht. Die Federkraft der an der Druckplatte 11 abgestützten Kopplerfeder 12 bewirkt, dass sich der düsenseitig angeordnete Kopplerkolben 10 nach oben bewegt, wobei er diesmal - aufgrund der mechanischen Kopplung über den Druckstift 19 - den aktorseitig angeordneten Kopplerkolben 9 mitführt. Unterstützt wird dabei die Kopplerfeder 12 von der Feder 30. Die Anordnung der Feder 30 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Ihre Funktion kann von der Kopplerfeder 12 übernommen werden, so dass mit Wegfall der Feder 30 Bauraum eingespart werden kann. Die Rückstellung der Kopplerkolben 9, 10 bewirkt einen Druckanstieg im Koppelraum 15 und im Steuerraum 14, der wiederum zur Folge hat, dass auf die Düsennadel 2 - ergänzend zur Federkraft der Düsenfeder 6 - eine hydraulische Schließkraft wirkt. Die Düsennadel 2 wird in den Dichtsitz 5 zurückgestellt und die Einspritzung beendet.

Claims (9)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (1) und eine Düsennadel (2), die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (3) in einer Hochdruckbohrung (4) des Düsenkörpers (1) hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Düsenfeder (6) beaufschlagt ist, ferner umfassend einen Aktor (7) zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (2), wobei der Aktor (7) über eine wenigstens einen Kopplerkolben (10) umfassende Kopplungseinrichtung (8) mit der Düsennadel (2) hydraulisch gekoppelt ist und wobei der Kopplerkolben (10) unmittelbar oder mittelbar über eine hubbewegliche Druckplatte (11) von der Federkraft einer Kopplerfeder (12) beaufschlagt ist, die in der Hochdruckbohrung (4) angeordnet ist und den Kopplerkolben (10) in Richtung des Aktors (7) axial vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (10) zur Begrenzung eines Kopplerraums (15) zumindest teilweise in einer Kopplerplatte (16) aufgenommen ist, welche die Hochdruckbohrung (4) von einem Niederdruckbereich (17) trennt.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (10) oder die hubbewegliche Druckplatte (11) eine zentrale Ausnehmung (13) besitzt, in welcher ein dem Aktor (7) zugewandtes Ende der Düsennadel (2) zur Begrenzung eines Steuerraums (14) aufgenommen ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerraum (15) über eine im Kopplerkolben (10) ausgebildete Bohrung (18) mit dem Steuerraum (14) verbunden ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (10) über einen die Kopplerplatte (16) durchsetzenden Druckstift (19) mit einem weiteren aktorseitig angeordneten Kopplerkolben (9) mechanisch koppelbar ist, wobei vorzugsweise der Druckstift (19) einteilig mit einem der Kopplerkolben (9, 10), weiterhin vorzugsweise einteilig mit dem Kopplerkolben (10), ausgebildet ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2) zur Ausbildung einer Niederdruckstufe (20) gestuft ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die Niederdruckstufe (20) am aktorseitigen Ende der Düsennadel (2) ausgebildet und über wenigstens eine im Kopplerkolben (10) und/oder im Druckstift (19) ausgebildete Bohrung (21, 22) mit dem Niederdruckbereich (17) verbunden oder verbindbar ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (20) in radialer Richtung von einem hohlzylinderförmigen Ansatz des Kopplerkolbens (10) oder einer am Kopplerkolben (10) anliegenden federbelasteten Hülse (23) begrenzt wird.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2) von einer in der Hochdruckbohrung (4) aufgenommenen Hülse (24) umgeben ist, die zur Abstützung der Düsenfeder (6) vorzugsweise gestuft ausgeführt ist und/oder über die Federkraft der Kopplerfeder (12) gegenüber dem Düsenkörper (1) axial vorgespannt ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Kopplerfeder (12) größer als die der Düsenfeder (6) ist, wobei vorzugsweise die Düsenfeder (6) koaxial und radial innen liegend in Bezug auf die Kopplerfeder (12) angeordnet ist.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (7) ein Piezoaktor ist, der vorzugsweise in einem Haltekörper (25) aufgenommen ist, der über eine Düsenspannmutter (26) mit dem Düsenkörper (1) und der Kopplerplatte (16) axial verspannt ist.
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