EP2957760B1 - Düsenbaugruppe für einen kraftstoffinjektor sowie kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP2957760B1
EP2957760B1 EP15164374.9A EP15164374A EP2957760B1 EP 2957760 B1 EP2957760 B1 EP 2957760B1 EP 15164374 A EP15164374 A EP 15164374A EP 2957760 B1 EP2957760 B1 EP 2957760B1
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EP
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nozzle
coupler
spring
plate
nozzle needle
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EP15164374.9A
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Andreas Gruenberger
Andreas Ohm
Andreas Koeninger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a nozzle assembly for a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injector with such a nozzle assembly.
  • a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine which has an axially displaceably guided in a high-pressure bore of a nozzle body nozzle needle, which is directly actuated by means of an actuator, such as a piezoelectric actuator.
  • the actuator cooperates with a hydraulic coupler, which comprises a coupler piston accommodated in a coupler sleeve for delimiting a coupler space.
  • the coupler chamber is connected to a control chamber, which is delimited in the axial direction by the nozzle needle. Accordingly, the pressure prevailing in the control chamber is at the nozzle needle, which pressure can be controlled via the actuator.
  • the nozzle needle is able to open or is returned to a nozzle needle seat via a hydraulic pressure force to which the spring force of a nozzle spring supported indirectly via a spring plate on the nozzle needle is reset.
  • the stroke of the nozzle needle is usually preset and is limited on the one hand by the nozzle needle seat, on the other hand by a stroke stop.
  • the default hub may be subject to change. This is especially true when connecting body parts an injector, a nozzle retaining nut is used. Because in the area of screwing the nozzle retaining nut with a body component forces are introduced into the body, which have an influence on the stroke of the nozzle needle. The influence increases with increasing distance of the stroke stop to the seat of the nozzle needle.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a nozzle assembly for a fuel injector with a hubbeweglichen nozzle needle whose stroke is limited by a "seat close" stroke stop. This is intended to reduce the risk of changing a nozzle needle stroke preset in production. Furthermore, the stroke stop should be easy and inexpensive to implement.
  • the nozzle assembly proposed for a fuel injector 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.
  • the nozzle spring is supported at its end facing the nozzle seat on a spring plate coupled to the nozzle needle.
  • the nozzle spring is supported at its other end on an intermediate plate which is clamped between a nozzle part and a pipe part of the nozzle body.
  • the spring plate interacts with the intermediate plate to form a stroke stop for the nozzle needle.
  • the nozzle body of a fuel injector according to the invention is thus designed in several parts and comprises at least one nozzle part and a pipe part.
  • the multi-part design allows only the clamping of the intermediate plate, which cooperates with the spring plate hubantschnduend.
  • a multi-part nozzle body with clamped intermediate plate is simple and inexpensive to produce.
  • the clamping can be done during assembly by means of a nozzle lock nut, which is usually used in fuel injectors for axial clamping of the various body parts.
  • an axial force can be applied via the nozzle retaining nut, which causes a high-pressure-proof seal of the high-pressure bore extending over the several parts of the nozzle body.
  • the spring plate is annular and has a hollow cylindrical projection for forming a stop surface.
  • the stop surface is further preferably formed over an end face of the hollow cylindrical projection which faces the intermediate plate. Due to the coupling of the spring plate with the nozzle needle this is carried by the nozzle needle when it opens. In this case, an axial gap between the stop surface and the intermediate plate defines the maximum opening stroke of the nozzle needle.
  • the nozzle spring is disposed within the hollow cylindrical projection of the spring plate, so that this causes a guide of the nozzle spring.
  • the spring plate is supported on a collar of the nozzle needle.
  • the coupling of the spring plate with the nozzle needle is thus carried out by placing on the annular collar, wherein the spring force of the nozzle spring holds the spring plate in contact with the annular collar.
  • To make an adjustment of the stroke of the nozzle needle can be inserted between the collar and the spring plate a shim.
  • a stroke adjustment can alternatively or additionally be made via the height of the hollow cylindrical projection of the spring plate.
  • the intermediate plate has a central recess for the passage of the nozzle needle, wherein the inner diameter of the recess is greater than the outer diameter of the nozzle needle in the region of the implementation.
  • At least one flow-through opening is formed in the spring plate and / or in the intermediate plate.
  • the flow-through opening may be formed in the intermediate plate, for example, as an eccentrically arranged axially extending channel.
  • an axially extending channel may be formed, which opens into a radially extending channel to bypass the annular collar of the nozzle needle.
  • the at least one flow-through opening can also be designed to run obliquely.
  • the at least one flow-through opening ensures that the part of the high-pressure bore enclosed by the pipe part of the nozzle body is connected to the part of the high-pressure bore enclosed by the nozzle part, so that fuel to be injected is able to flow in the direction of the at least one injection opening.
  • the nozzle needle is coupled via a coupling device with an actuator.
  • an actuator This may be a mechanical or hydraulic coupling device.
  • the actuator can be coupled to the nozzle needle in such a way that a translation of the actuator force or the Aktorhubs and / or a reversal of the effective direction of the actuator takes place.
  • the fuel injector referred to as "direct control”.
  • the coupling device comprises a liftable coupler piston and a coupler plate for guiding the coupler piston.
  • the coupler piston and the coupler plate together define a coupler volume that is ideally formed in the coupler plate.
  • the coupler plate may have a hollow cylindrical projection which surrounds the coupler piston at least partially.
  • the coupler volume is connected via a connecting channel with a control chamber.
  • the connecting channel is preferably formed in the coupler piston, which is arranged in a liftable manner between the coupler volume and the control chamber.
  • the nozzle needle for limiting the control chamber is surrounded at its end remote from the sealing seat by a sleeve which is preferably acted upon in the direction of the coupler piston by the spring force of another spring and this supported on the one hand on the sleeve, on the other hand on the intermediate plate is.
  • the spring force of the other spring holds the sleeve in abutment with the coupler piston, so that the control chamber is separated from the high pressure bore.
  • a pressure pin is preferably guided by the coupler plate.
  • a guide bore is formed in the coupler plate whose guide clearance is chosen to be as small as possible in order to separate the coupler volume from a low-pressure region beyond the coupler plate.
  • the actuator is preferably arranged. The pressure pin transmits the force or the stroke of the actuator to the coupler body.
  • a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having a nozzle assembly according to the invention and an actuator which is hydraulically and / or mechanically coupled or coupled to the nozzle needle for actuating the nozzle needle.
  • the actuator is a piezoelectric actuator or a magnetic actuator, which further preferably in a low pressure region the fuel injector is arranged.
  • the use of a piezoelectric actuator or a magnetic actuator allows direct actuation of the nozzle needle.
  • the actuator is preferably accommodated in a body component of the injector, which is clamped axially via the already mentioned nozzle retaining nut with the parts of the nozzle body, the intermediate plate and the coupler plate.
  • the Indian Fig. 1 in longitudinal section shown fuel injector comprises a two-part nozzle body 1 with a nozzle part 1.1 as a first part and a pipe part 1.2 as a second part. Between the two parts 1.1 and 1.2 of the nozzle body 1, an intermediate plate 8 is arranged and clamped together with the two parts 1.1 and 1.2 of the nozzle body 1, a coupler plate 18 and a further body member 26 via a nozzle nut 27 axially. About the screwing of the nozzle retaining nut 27 forces are introduced into the injector, which may be relevant to function.
  • the stop surface A is presently formed on a hollow cylindrical projection 11 of a spring plate 7, which rests on a collar 12 of the nozzle needle 2 and is held by the spring force of a nozzle spring 6 in contact with the annular collar 12.
  • the spring force of the directly adjacent to the spring plate 7 nozzle spring 6 presses the nozzle needle 2 in the sealing seat 5.
  • the nozzle spring 6 is supported by a control pressure in a control chamber 21 which causes a force acting on the nozzle needle 2 hydraulic closing force.
  • the spring plate 7 is arranged at an axial distance to the aforementioned intermediate plate 8 and cooperates with this a stroke stop 9 training together.
  • the axial distance defines the maximum opening stroke h of the nozzle needle 2.
  • the supported on the spring plate 7 nozzle spring 6 on the other hand supported on the intermediate plate 8, wherein the clamping of the intermediate plate 8 between the nozzle part 1.1 and the tube part 1.2 of the nozzle body 1 a change in position of the intermediate plate 8 prevented.
  • the stroke stop 9 is set.
  • the default setting of the stroke h via the height of the hollow cylindrical projection 11 of the spring plate. 7
  • the spring plate 7 and the intermediate plate 8 Due to the arrangement of the spring plate 7 and the intermediate plate 8 in the high pressure bore 4, d. H. in a region close to the seat, the axial distance between the stop surface A and the sealing seat 5 is minimized compared to the prior art. This ensures that the influence of the screwing of the nozzle retaining nut 27 on the preset stroke h of the nozzle needle 2 and thus on the function of the injector is minimal. Furthermore, the spring plate 7 and the intermediate plate 8 simple geometries, so that they are inexpensive to produce.
  • the intermediate plate 8 has a central recess 10 through which the nozzle needle 2 is guided.
  • the inner diameter of the recess 10 is larger than the outer diameter of the nozzle needle 2 selected in this area, so that an annular gap remains as a flow opening for the fuel to be injected.
  • at least one flow opening 13 may be provided in the form of an axial bore in the intermediate plate 8.
  • an actuator 16 is accommodated in the further body component 26, which is embodied in the present case as a piezoactuator and can be coupled to the nozzle needle 2 via a hydraulic coupling device 15.
  • the hydraulic coupling device 15 comprises a liftable coupler piston 17, which is guided in the coupler plate 18 and defines a coupler volume 19 formed in the coupler plate 18.
  • the coupler plate 18 has a hollow cylindrical projection which surrounds the coupler piston 17 at least in regions.
  • the coupler plate 18 is penetrated by a pressure pin 24, which transmits the stroke of the actuator 16 to the coupler piston 17.
  • the coupler volume 19 formed in the coupler plate 18 is connected to the already mentioned control space 21 via a connection channel 20, which in the present case is formed in the coupler piston 17.
  • the limitation is effected by a sleeve 22 which surrounds the control-chamber-side end of the nozzle needle 2 and is held in contact with the coupler piston 17 via the spring force of a spring 23.
  • the spring 23 is for this purpose supported on the one hand on the coupler piston 17, on the other hand on the intermediate plate 8.
  • the piezoelectric actuator is deactivated. This has the consequence that the piezoelectric actuator contracts again.
  • the spring force of the spring 29 presses the piston 28 upwards.
  • the provision of the coupler piston 17 is effected by the spring force of the spring 23. With the provision of the coupler piston 17, the coupler volume 19 decreases, whereby the pressure in the coupler volume 19 and in the control chamber 21 increases again.
  • On the nozzle needle 2 now acts - in addition to the spring force of the nozzle spring 6 - a hydraulic closing force, which presses the nozzle needle 2 in the sealing seat 5, so that the injection is terminated.
  • the Indian Fig. 2 illustrated fuel injector differs from that of Fig. 1 only slightly. It has flow-through openings 13, 14 in the spring plate 7, which replace a flow-through opening 13 in the intermediate plate 8.
  • the through-flow opening 13 in the present case is designed as a longitudinal groove in an inner circumferential region of the spring plate 7, into which a radially extending channel serving as a flow-through opening 14 opens.
  • the flow-through opening 14 ensures that the fuel to be injected reaches the annular collar 12 of the nozzle needle 2 in the lower part of the high-pressure bore 4.
  • the functioning of the injector of Fig. 2 the same applies to the Fig. 1 ,
  • the figures represent only preferred embodiments of the invention. Modifications are possible. In particular, may be provided instead of a piezoelectric actuator, a magnetic actuator for controlling the lifting movement of the nozzle needle.
  • the coupler can be designed as a mechanical coupler. In addition, the arrangement of a coupler can also be dispensed with altogether.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.
    • Stand der Technik
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 021 491 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der eine in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers axial verschiebbar geführte Düsennadel besitzt, die mittels eines Aktors, beispielsweise eines Piezoaktors, direkt betätigbar ist. Der Aktor wirkt dabei mit einem hydraulischen Koppler zusammen, der einen in einer Kopplerhülse aufgenommenen Kopplerkolben zur Begrenzung eines Kopplerraums umfasst. Der Kopplerraum ist mit einem Steuerraum verbunden, der in axialer Richtung von der Düsennadel begrenzt wird. An der Düsennadel liegt demnach der im Steuerraum herrschende Druck an, der über den Aktor steuerbar ist. In Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum, vermag die Düsennadel zu öffnen oder wird über eine hydraulische Druckkraft, zu welcher sich die Federkraft einer mittelbar über einen Federteller an der Düsennadel abgestützten Düsenfeder addiert, in einen Düsennadelsitz zurückgestellt.
  • Die US 5 472 142 A und die WO 2006/003041 A1 beschreiben einen ähnlichen Kraftstoffinjektor mit einer Düsennadel, welche mittels eines Aktors, der mit einem hydraulischen Koppler zusammenwirkt, direkt betätigbar ist.
  • Bei Kraftstoffinjektoren der vorstehend genannten Art ist der Hub der Düsennadel in der Regel voreingestellt und wird einerseits durch den Düsennadelsitz, andererseits durch einen Hubanschlag begrenzt. Der voreingestellte Hub kann jedoch einer Veränderung unterliegen. Dies gilt insbesondere, wenn zur Verbindung der Körperbauteile eines Injektors eine Düsenspannmutter verwendet wird. Denn im Bereich der Verschraubung der Düsenspannmutter mit einem Körperbauteil werden Kräfte in den Körper eingeleitet, die Einfluss auf den Hub der Düsennadel haben. Der Einfluss steigt mit zunehmendem Abstand des Hubanschlags zum Sitz der Düsennadel.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit einer hubbeweglichen Düsennadel anzugeben, deren Hub durch einen "sitznahen" Hubanschlag begrenzt wird. Dadurch soll die Gefahr verringert werden, dass sich ein in der Fertigung voreingestellter Düsennadelhub verändert. Ferner soll der Hubanschlag einfach und kostengünstig realisierbar sein.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe 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. Die Düsenfeder ist dabei an ihrem dem Düsensitz zugewandten Ende an einem mit der Düsennadel gekoppelten Federteller abgestützt. Erfindungsgemäß ist die Düsenfeder an ihrem anderen Ende an einer Zwischenplatte abgestützt, die zwischen einem Düsenteil und einem Rohrteil des Düsenkörpers eingespannt ist. Ferner erfindungsgemäß wirkt der Federteller mit der Zwischenplatte einen Hubanschlag für die Düsennadel ausbildend zusammen.
  • Der Düsenkörper eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist demnach mehrteilig ausgebildet und umfasst wenigstens ein Düsenteil und ein Rohrteil. Die mehrteilige Ausbildung ermöglicht überhaupt erst das Einspannen der Zwischenplatte, die mit dem Federteller hubanschlagbildend zusammenwirkt.
  • Durch das Einspannen der Zwischenplatte ist der Hubanschlag in axialer Richtung unveränderlich festgelegt. Ferner rückt der Hubanschlag weiter in Richtung des Dichtsitzes, so dass ein "sitznaher" Hubanschlag für die Düsennadel ausgebildet wird. Der axiale Abstand zwischen der Zwischenplatte und dem Federteller gibt dabei den maximalen Öffnungshub der Düsennadel.
  • Ein mehrteiliger Düsenkörper mit eingespannter Zwischenplatte ist einfach und kostengünstig herstellbar. Das Einspannen kann bei der Montage mittels einer Düsenspannmutter erfolgen, die üblicherweise bei Kraftstoffinjektoren zum axialen Verspannen der verschiedenen Körperbauteile eingesetzt wird. Über die Düsenspannmutter kann zugleich eine Axialkraft aufgebracht werden, die eine hochdruckfeste Abdichtung der sich über die mehreren Teile des Düsenkörpers hinweg erstreckenden Hochdruckbohrung bewirkt.
  • Des Weiteren ist der Federteller ringförmig ausgebildet und besitzt einen hohlzylinderförmigen Ansatz zur Ausbildung einer Anschlagfläche. Die Anschlagfläche wird weiterhin vorzugsweise über eine Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes ausgebildet, die der Zwischenplatte zugewandt ist. Aufgrund der Kopplung des Federtellers mit der Düsennadel wird dieser von der Düsennadel mitgeführt, wenn diese öffnet. Dabei definiert ein Axialspalt zwischen der Anschlagfläche und der Zwischenplatte den maximalen Öffnungshub der Düsennadel. Die Düsenfeder ist innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes des Federtellers angeordnet, so dass dieser eine Führung der Düsenfeder bewirkt.
  • Darüber hinaus ist der Federteller an einem Ringbund der Düsennadel abgestützt. Die Kopplung des Federtellers mit der Düsennadel erfolgt demnach durch Auflegen auf den Ringbund, wobei die Federkraft der Düsenfeder den Federteller in Anlage mit dem Ringbund hält. Um eine Einstellung des Hubs der Düsennadel vorzunehmen kann zwischen dem Ringbund und dem Federteller eine Einstellscheibe eingelegt sein. Eine Hubeinstellung kann alternativ oder ergänzend über die Höhe des hohlzylinderförmigen Ansatzes des Federtellers vorgenommen werden.
  • Bevorzugt besitzt die Zwischenplatte eine zentrale Ausnehmung zur Durchführung der Düsennadel, wobei der Innendurchmesser der Ausnehmung größer als der Außendurchmesser der Düsennadel im Bereich der Durchführung ist. Das heißt, dass zwischen der Zwischenplatte und der Düsennadel ein Ringspalt verbleibt, über den einzuspritzender Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu strömen vermag.
  • Um bei maximal geöffneter Düsennadel eine Kraftstoffströmung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu ermöglichen, wird ferner vorgeschlagen, dass in dem Federteller und/oder in der Zwischenplatte wenigstens eine Durchströmöffnung ausgebildet ist. Die Durchströmöffnung kann in der Zwischenplatte beispielsweise als exzentrisch angeordneter axial verlaufender Kanal ausgebildet sein. Im Federteller kann ein axial verlaufender Kanal ausgebildet sein, der in einen radial verlaufenden Kanal mündet, um den Ringbund der Düsennadel zu umgehen. Alternativ kann die wenigstens eine Durchströmöffnung auch schräg verlaufend ausgeführt werden. Durch die wenigstens eine Durchströmöffnung ist sichergestellt, dass der vom Rohrteil des Düsenkörpers umschlossene Teil der Hochruckbohrung mit dem vom Düsenteil umschlossenen Teil der Hochdruckbohrung verbunden ist, so dass einzuspritzender Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu strömen vermag.
  • Weiterhin bevorzugt ist die Düsennadel über eine Kopplungseinrichtung mit einem Aktor koppelbar. Hierbei kann es sich um eine mechanische oder hydraulische Kopplungseinrichtung handeln. Über eine derartige Kopplungseinrichtung kann der Aktor mit der Düsennadel in der Weise gekoppelt werden, dass eine Übersetzung der Aktorkraft oder des Aktorhubs und/oder eine Umkehr der Wirkrichtung des Aktors erfolgt. Dies ermöglicht eine als "direkte Steuerung" bezeichnete Betätigung des Kraftstoffinjektors. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor eine hydraulische Kopplungseinrichtung zur Kopplung der Düsennadel mit einem Aktor auf. Die Kopplungseinrichtung umfasst hierzu einen hubbeweglichen Kopplerkolben sowie eine Kopplerplatte zur Führung des Kopplerkolbens. Vorzugsweise begrenzen der Kopplerkolben und die Kopplerplatte gemeinsam ein Kopplervolumen, das idealerweise in der Kopplerplatte ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Kopplungseinrichtung besonders kompaktbauend gehalten werden. Zur Führung des Kopplerkolbens kann die Kopplerplatte einen hohlzylinderförmigen Ansatz aufweisen, welcher den Kopplerkolben zumindest bereichsweise umgibt.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass das Kopplervolumen über einen Verbindungskanal mit einem Steuerraum verbunden ist. Der Verbindungskanal ist vorzugsweise im Kopplerkolben ausgebildet, der hubbeweglich zwischen dem Kopplervolumen und dem Steuerraum angeordnet ist. Über eine Hubbewegung des Kopplerkolbens kann nunmehr eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Kopplervolumens bewirkt werden, welche wiederum mit einem Druckabfall bzw. einem Druckanstieg im Kopplervolumen einhergeht. Aufgrund der hydraulischen Verbindung von Kopplervolumen und Steuerraum wird zugleich ein Druckabfall bzw. Druckanstieg im Steuerraum bewirkt. Der Druck im Steuerraum, der in axialer Richtung von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt wird, bewirkt eine auf die Düsennadel in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft. Diese gilt es so weit abzusenken, dass die Düsennadel entgegen der Federkraft der Düsenfeder zu öffnen vermag.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel zur Begrenzung des Steuerraums an ihrem dichtsitzabgewandten Ende von einer Hülse umgeben ist, die vorzugsweise in Richtung des Kopplerkolbens von der Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt ist und hierzu einerseits an der Hülse, andererseits an der Zwischenplatte abgestützt ist. Die Federkraft der weiteren Feder hält die Hülse in Anlage mit dem Kopplerkolben, so dass der Steuerraum von der Hochdruckbohrung getrennt ist.
  • Um den Kopplerkolben mit dem Aktor zu koppeln, ist vorzugsweise durch die Kopplerplatte ein Druckstift geführt. Hierzu ist in der Kopplerplatte eine Führungsbohrung ausgebildet, deren Führungsspiel möglichst klein gewählt ist, um das Kopplervolumen von einem Niederdruckbereich jenseits der Kopplerplatte zu trennen. Im Niederdruckbereich ist vorzugsweise der Aktor angeordnet. Der Druckstift überträgt die Kraft bzw. den Hub des Aktors auf den Kopplerkörper.
  • Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe und einem Aktor vorgeschlagen, der zur Betätigung der Düsennadel hydraulisch und/oder mechanisch mit der Düsennadel gekoppelt oder koppelbar ist. Vorzugsweise ist der Aktor ein Piezoaktor oder ein Magnetaktor, der weiterhin vorzugsweise in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet ist. Der Einsatz eines Piezoaktor oder eines Magnetaktors ermöglicht eine direkte Betätigung der Düsennadel. Der Aktor ist bevorzugt in einem Körperbauteil des Injektors aufgenommen, das über die bereits genannte Düsenspannmutter mit den Teilen des Düsenkörpers, der Zwischenplatte und der Kopplerplatte axial verspannt ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform und
    • Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Der in der Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen zweiteiligen Düsenkörper 1 mit einem Düsenteil 1.1 als erstes Teil und einem Rohrteil 1.2 als zweites Teil. Zwischen den beiden Teilen 1.1 und 1.2 des Düsenkörpers 1 ist eine Zwischenplatte 8 angeordnet und gemeinsam mit den beiden Teilen 1.1 und 1.2 des Düsenkörpers 1, einer Kopplerplatte 18 und einem weiteren Körperbauteil 26 über eine Düsenspannmutter 27 axial verspannt. Über die Verschraubung der Düsenspannmutter 27 werden Kräfte in den Injektor eingeleitet, die funktionsrelevant sein können. Denn derartige Kräfte können zu einer Veränderung eines voreingestellten Hubes h einer Düsennadel 2 führen, die in einer Hochdruckbohrung 4 des Düsenkörpers 1 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Wie groß der Einfluss der Kräfte ist, hängt insbesondere vom Abstand einer Anschlagfläche A zur Begrenzung des Düsennadelhubes von einem Dichtsitz 5 der Düsennadel 2 ab. Um den Einfluss zu verringern, ist der Abstand möglichst klein zu wählen.
  • Die Anschlagfläche A ist vorliegend an einem hohlzylinderförmigen Ansatz 11 eines Federtellers 7 ausgebildet, der auf einem Ringbund 12 der Düsennadel 2 aufliegt und von der Federkraft einer Düsenfeder 6 in Anlage mit dem Ringbund 12 gehalten wird. Die Federkraft der unmittelbar am Federteller 7 anliegenden Düsenfeder 6 drückt dabei die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5. Unterstützt wird die Düsenfeder 6 dabei von einem Steuerdruck in einem Steuerraum 21, der eine auf die Düsennadel 2 wirkende hydraulische Schließkraft bewirkt.
  • Der Federteller 7 ist in einem axialen Abstand zur bereits erwähnten Zwischenplatte 8 angeordnet und wirkt mit dieser einen Hubanschlag 9 ausbildend zusammen. Der axiale Abstand definiert dabei den maximalen Öffnungshub h der Düsennadel 2. Die einerseits am Federteller 7 abgestützte Düsenfeder 6 ist andererseits an der Zwischenplatte 8 abgestützt, wobei die Einspannung der Zwischenplatte 8 zwischen dem Düsenteil 1.1 und dem Rohrteil 1.2 des Düsenkörpers 1 eine Lageveränderung der Zwischenplatte 8 verhindert. Damit ist auch der Hubanschlag 9 festgelegt. Die Voreinstellung des Hubes h erfolgt über die Höhe des hohlzylinderförmigen Ansatzes 11 des Federtellers 7.
  • Durch die Anordnung des Federtellers 7 und der Zwischenplatte 8 in der Hochdruckbohrung 4, d. h. in einem sitznahen Bereich, wird der axiale Abstand zwischen der Anschlagfläche A und dem Dichtsitz 5 - im Vergleich zum Stand der Technik - minimiert. Dadurch ist sichergestellt, dass der Einfluss der Verschraubung der Düsenspannmutter 27 auf den voreingestellten Hub h der Düsennadel 2 und damit auf die Funktion des Injektors minimal ist. Ferner weisen der Federteller 7 und die Zwischenplatte 8 einfache Geometrien auf, so dass diese kostengünstig herstellbar sind.
  • Die Zwischenplatte 8 weist eine zentrale Ausnehmung 10 auf, durch welche die Düsennadel 2 hindurch geführt ist. Der Innendurchmesser der Ausnehmung 10 ist dabei größer als der Außendurchmesser der Düsennadel 2 in diesem Bereich gewählt, so dass ein Ringspalt als Durchströmöffnung für den einzuspritzenden Kraftstoff verbleibt. Um die Kraftstoffströmung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3 zu optimieren, kann ferner - wie in der Fig. 1 dargestellt - wenigstens eine Durchströmöffnung 13 in Form einer Axialbohrung in der Zwischenplatte 8 vorgesehen sein.
  • Zur Betätigung der Düsennadel 2 ist im weiteren Körperbauteil 26 ein Aktor 16 aufgenommen, der vorliegend als Piezoaktor ausgeführt und über eine hydraulische Kopplungseinrichtung 15 mit der Düsennadel 2 koppelbar ist. Die hydraulische Kopplungseinrichtung 15 umfasst hierzu einen hubbeweglichen Kopplerkolben 17, der in der Kopplerplatte 18 geführt ist und ein in der Kopplerplatte 18 ausgebildetes Kopplervolumen 19 begrenzt. Zur Führung des Kopplerkolbens 17 weist die Kopplerplatte 18 einen hohlzylinderförmigen Ansatz auf, welcher den Kopplerkolben 17 zumindest bereichsweise umgibt. Zur Kopplung des in der Kopplerplatte 17 bereichsweise aufgenommenen Kopplerkolbens 17 mit dem Aktor 16 wird die Kopplerplatte 18 von einem Druckstift 24 durchsetzt, der den Hub des Aktors 16 auf den Kopplerkolben 17 überträgt.
  • Das in der Kopplerplatte 18 ausgebildete Kopplervolumen 19 ist über einen Verbindungskanal 20, der vorliegend im Kopplerkolben 17 ausgebildet ist, mit dem bereits erwähnten Steuerraum 21 verbunden. Der in axialer Richtung einerseits durch die Düsennadel 2 begrenzte Steuerraum 21 wird andererseits von dem Kopplerkolben 17 begrenzt. In radialer Richtung wird die Begrenzung durch eine Hülse 22 bewirkt, welche das steuerraumseitige Ende der Düsennadel 2 umgibt und über die Federkraft einer Feder 23 in Anlage mit dem Kopplerkolben 17 gehalten wird. Die Feder 23 ist hierzu einerseits am Kopplerkolben 17, andererseits an der Zwischenplatte 8 abgestützt.
  • Die Funktionsweise des in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffinjektors ist wie folgt:
    • Zum Öffnen der Düsennadel 2 und damit zum Freigeben der Einspritzöffnung 3 wird der Aktor 16 aktiviert. Der als Piezoaktor ausgebildete Aktor 16 längt sich daraufhin und drückt - entgegen der Federkraft einer Feder 29 - einen Kolben 28 nach unten. Der Kolben 28 wiederum nimmt den Druckstift 24 mit, der den Aktorhub auf den Kopplerkolben 17 überträgt. Dies hat zur Folge, dass auch der Kopplerkolben 17 nach unten bewegt wird. Die Bewegung des Kopplerkolbens 17 führt zu einer Vergrößerung des Kopplervolumens 19 und damit zu einem Druckabfall im Kopplervolumen 19. Aufgrund der hydraulischen Verbindung des Kopplervolumens 19 mit dem Steuerraum 21 fällt auch dort der Druck ab. Der Druckabfall im Steuerraum 21 entlastet die Düsennadel 2, so dass diese vom Dichtsitz 5 abhebt und die Einspritzöffnung 3 freigibt. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff, der einem Hochdruckspeicher 32 entnommen wird, strömt nunmehr über einen im Körperbauteil 26 ausgebildeten seitlichen Zulaufkanal 31, einen in der Kopplerplatte 18 ausgebildeten seitlichen Verbindungskanal 30 und die Hochdruckbohrung 4 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3. Dabei durchströmt der Kraftstoff ferner die wenigstens eine in der Zwischenplatte 8 ausgebildete Durchströmöffnung 13.
  • Zum Verschließen der Einspritzöffnung 3 wird der Piezoaktor deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass sich der Piezoaktor wieder zusammenzieht. Die Federkraft der Feder 29 drückt dabei den Kolben 28 nach oben. Die Rückstellung des Kopplerkolbens 17 wird durch die Federkraft der Feder 23 bewirkt. Mit der Rückstellung des Kopplerkolbens 17 verkleinert sich das Kopplervolumen 19, wodurch der Druck im Kopplervolumen 19 sowie im Steuerraum 21 wieder ansteigt. Auf die Düsennadel 2 wirkt nunmehr - ergänzend zur Federkraft der Düsenfeder 6 - eine hydraulische Schließkraft, welche die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5 drückt, so dass die Einspritzung beendet wird.
  • Der in der Fig. 2 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem der Fig. 1 nur geringfügig. Er weist Durchströmöffnungen 13, 14 im Federteller 7 auf, welche eine Durchströmöffnung 13 in der Zwischenplatte 8 ersetzen. Die Durchströmöffnung 13 in ist vorliegend als Längsnut in einem Innenumfangsbereich des Federtellers 7 ausgebildet, in welche ein als Durchströmöffnung 14 dienender radial verlaufender Kanal mündet. Die Durchströmöffnung 14 stellt sicher, dass der einzuspritzende Kraftstoff am Ringbund 12 der Düsennadel 2 vorbei in den unteren Teil der Hochdruckbohrung 4 gelangt. Die Funktionsweise des Injektors der Fig. 2 entspricht im Übrigen der der Fig. 1.
  • Es wird angemerkt, dass die Figuren lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Abwandlungen sind möglich. Insbesondere kann anstelle eines Piezoaktors ein Magnetaktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel vorgesehen sein. Ferner kann der Koppler als mechanischer Koppler ausgeführt sein. Darüber hinaus kann auf die Anordnung eines Kopplers auch gänzlich verzichtet werden.

Claims (8)

  1. Düsenbaugruppe für einen 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, wobei die Düsenfeder (6) an ihrem dem Düsensitz (5) zugewandten Ende an einem mit der Düsennadel (2) gekoppelten Federteller (7) abgestützt ist, wobei die Düsenfeder (6) an ihrem anderen Ende an einer Zwischenplatte (8) abgestützt ist, die zwischen einem Düsenteil (1.1) und einem Rohrteil (1.2) des Düsenkörpers (1) eingespannt ist und der Federteller (7) mit der Zwischenplatte (8) einen Hubanschlag (9) für die Düsennadel (2) ausbildend zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (7) ringförmig ausgebildet ist und einen hohlzylinderförmigen Ansatz (11) zur Ausbildung einer Anschlagfläche (A) besitzt, wobei die Düsenfeder (6) innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes (11) angeordnet ist und dass der Federteller (7) an einem Ringbund (12) der Düsennadel (2) abgestützt ist.
  2. Düsenbaugruppe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (8) eine zentrale Ausnehmung (10) zur Durchführung der Düsennadel (2) besitzt, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Düsennadel (2) im Bereich der Durchführung ist.
  3. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Federteller (7) und/oder in der Zwischenplatte (8) wenigstens eine Durchströmöffnung (13, 14) ausgebildet ist.
  4. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2) über eine Kopplungseinrichtung (15) mit einem Aktor (16) koppelbar ist, die vorzugsweise einen hubbeweglichen Kopplerkolben (17) sowie eine Kopplerplatte (18) zur Führung des Kopplerkolbens (17) umfasst, wobei weiterhin vorzugsweise der Kopplerkolben (17) und die Kopplerplatte (18) gemeinsam ein Kopplervolumen (19) begrenzen.
  5. Düsenbaugruppe nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplervolumen (19) über einen vorzugsweise im Kopplerkolben (17) ausgebildeten Verbindungskanal (20) mit einem Steuerraum (21) verbunden ist.
  6. Düsenbaugruppe nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2) zur Begrenzung des Steuerraums (21) an ihrem dichtsitzabgewandten Ende von einer Hülse (22) umgeben ist, die vorzugsweise in Richtung des Kopplerkolbens (17) von der Federkraft einer weiteren Feder (23) beaufschlagt ist und hierzu einerseits an der Hülse (22), andererseits an der Zwischenplatte (8) abgestützt ist.
  7. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kopplerplatte (18) ein Druckstift (24) zur Kopplung des Kopplerkolbens (17) mit dem Aktor (16) geführt ist.
  8. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Aktor (16) zur Betätigung der Düsennadel (2), wobei vorzugsweise der Aktor (16) ein Piezoaktor oder ein Magnetaktor ist, der weiterhin vorzugsweise in einem Niederdruckbereich (25) angeordnet ist.
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