EP2054614A1 - Kraftstoffinjektor mit kolbenrückholung eines druckübersetzerkolbens - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit kolbenrückholung eines druckübersetzerkolbens

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EP2054614A1
EP2054614A1 EP07787148A EP07787148A EP2054614A1 EP 2054614 A1 EP2054614 A1 EP 2054614A1 EP 07787148 A EP07787148 A EP 07787148A EP 07787148 A EP07787148 A EP 07787148A EP 2054614 A1 EP2054614 A1 EP 2054614A1
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EP
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pressure booster
booster piston
pressure
fuel
chamber
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Juergen Frasch
Stephan Wehr
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045—Three-way valves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injector which contains a control valve for a pressure booster.
  • the pressure booster has a working space which is separated by a pressure booster piston from a differential pressure chamber.
  • the pressure change in the differential pressure chamber of the pressure booster via a servo valve, which is associated with a this activating switching valve.
  • a spring element is accommodated, which encloses a lower portion of the pressure booster piston, which is formed in a smaller diameter than the upper portion of the pressure booster piston.
  • the spring element is supported with one side against the upper portion of the pressure booster piston and with the other side against the injector. By the spring element a return movement of the pressure booster piston is achieved.
  • Disadvantage of this arrangement is that a pre-assembly of pressure booster piston and spring element is not possible.
  • this arrangement space disadvantages, since the outer diameter of the spring element must be selected smaller than the large piston diameter.
  • An inventively embodied fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises an injection valve member for opening and closing at least one injection port and a pressure booster, with which under system pressure fuel is compressed to injection pressure.
  • the pressure booster is controlled via a first control valve and the injection valve member via a second control valve, wherein the pressure booster a pressure booster piston comprises, which is associated with a spring element, which is supported with one side on the injector and the other side on the pressure booster piston.
  • the pressure booster piston defines a compression chamber, a differential pressure chamber and a control chamber, wherein the control chamber is arranged at the opposite end of the compression chamber of the pressure booster piston and the spring element is received in the control chamber and the spring element is supported on the one hand on the injector and on the other hand on the pressure booster piston.
  • the spring element is preferably designed as a compression spring coil spring, which tapers conically to the side on which it is supported on the pressure booster piston. Due to the conical taper on the side on which the spring element is supported against the pressure booster piston, it is avoided that the spring element at the upper portion of the pressure booster piston, which it encloses, rubs and thus contributes to the wear of the pressure booster piston or of the spring element.
  • a spring plate is mounted on the pressure booster piston, against which the spring element is supported.
  • the spring plate is preferably against a ring element which is received in a groove on the pressure booster piston.
  • the spring plate comprises a cylindrical shoulder which surrounds the ring element. Due to the spring plate, it is possible to initially slide the spring element over the upper portion of the pressure booster piston for assembly and then to mount the spring plate on the upper portion of the pressure booster piston.
  • the assembly of the spring plate is preferably carried out with the ring element which is received in the groove on the pressure booster piston.
  • the ring element is preferably a snap ring.
  • a chamfer is preferably formed on this, over which the snap ring is threaded. Thereafter, the snap ring is moved on the upper portion of the pressure booster piston until it snaps into the groove. Subsequently, the spring plate is pressed by means of the spring element against the ring element, so that the cylindrical section slides around the ring element. As a result, a stable seat of the spring plate is achieved.
  • the spring element is supported with the end opposite the spring plate on a ring which rests on a shoulder on the Injektorge- housing.
  • the ring has an inner diameter which is larger than the diameter of the upper portion and smaller than the diameter of the central portion of the pressure booster piston.
  • the spring element is biased together with the spring plate and the ring element is threaded onto the upper portion of the pressure booster piston until it engages in the groove.
  • the prestressed spring element is supported with one side against the ring, which rests on the central portion, and with the other side against the spring plate.
  • the pressure booster piston is preferably made in one piece and includes an upper portion made in a first diameter, a middle portion made in a second diameter, and a lower portion made in a third diameter.
  • the second diameter, in which the central portion is made, is larger than the first diameter of the upper portion and the third diameter of the lower portion.
  • control chamber In order to operate the fuel injector, the control chamber is hydraulically connected to the compression chamber, wherein in the connection a check valve is received, so that a backflow of the fuel from the compression chamber is prevented in the control chamber.
  • the hydraulic connection of the control chamber to the compression space is formed as a bore in the pressure booster piston.
  • the differential pressure chamber via the first control valve with a fuel inlet or a fuel return can be connected.
  • the first control valve is designed as a 3/2-way valve.
  • FIG. 1 shows a hydraulic diagram of a fuel injector designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional representation of a fuel injector designed according to the invention
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the pressure booster piston according to FIG. 2.
  • Figure 1 shows a hydraulic diagram of an inventively designed fuel injector.
  • the control chamber 6 encloses an upper portion 8 of a pressure booster piston 9.
  • the control chamber 6 is limited on the one hand by the injector housing 10 and on the other hand by a first shoulder 11 of a central portion 12 of the pressure booster piston.
  • a spring element 13 is received in the control chamber 6 according to the invention, which encloses the upper portion 8 of the pressure booster piston 9.
  • the spring element 13 is supported with one side against a spring plate 14 in the upper portion 8 of the pressure booster piston 9 and with the other side against a ring 15.
  • the ring 15 is held by the injector housing 10.
  • the spring element 13 is preferably designed as a compression spring coil spring.
  • the first control valve 17 is a 3/2-way valve. Actuates the first control valve 17 via an electrically controllable actuator. This can be, for example, an electromagnet or a piezoactuator. Also, any further, known in the art, fast switching actuator unit can be used as an actuator.
  • the control chamber 6 via the supply line 16 and a channel 18 with a differential pressure chamber 19 is connected.
  • the differential pressure chamber 19 is bounded by a second shoulder 20 of the central portion 12 of the pressure booster piston 9.
  • the second shoulder 20 of the first shoulder 11 is opposite.
  • the differential pressure chamber 19 encloses a lower portion 21 of the pressure booster piston.
  • the differential pressure chamber 19 is connected via the channel 18 with a fuel return 22.
  • the fuel return 22 preferably opens into the fuel tank.
  • a compression space 23 is limited. Via a channel 24, which is formed for example as a bore in the pressure booster piston 9, the compression space 23 is filled with fuel. In order to avoid that fuel from the compression chamber 23 via the channel 24 flows back into the control chamber 6, a check valve 25 is received in the channel 24.
  • the second control valve 31 is a 2/2-way valve, with which a connection from the Wegieitung 29 in a fuel return 32 can be released or closed.
  • the second fuel return 32 is connected, for example, to the fuel return 22 or directly to the fuel tank 1.
  • the second control valve 31 is generally driven by an electrically actuated actuator.
  • the actuator may be, for example, a solenoid valve or a piezoelectric actuator. Also, as with the first control valve 17, any further, known in the art fast switching actuator unit can be used.
  • an injection valve member 33 In the second control chamber 28 opens an injection valve member 33. With the injection valve member 33 is at least one injection port 34 can be closed or released. When the injection opening 34 is released, fuel flows out of the nozzle chamber 27 via the injection opening 34 into a combustion chamber 35 of an internal combustion engine.
  • the first control valve 17 is switched so that the connection from the differential pressure chamber 19 via the channel 18 in the fuel return 22 is released.
  • the pressure in the differential pressure chamber 19 decreases.
  • the pressing force acting on the first shoulder 11 at the central portion 12 is greater than the force acting on the second shoulder 20 and the lower portion 21 of the pressure booster piston 9.
  • the pressure booster piston 9 is displaced into the compression space 23.
  • the fuel contained in the compression chamber 23 is compressed to injection pressure.
  • the compressed fuel flows via the high-pressure line 26 into the nozzle chamber 27 and the second control chamber 28.
  • the injection valve member 27 can lift out of its seat and thus release the at least one injection opening 34, the second control valve 31 so switched, the connection from the drain line 29 is released in the fuel return 22.
  • the fuel from the second control chamber 28 flows.
  • the pressure in the second control chamber 28 decreases and the standing under injection pressure fuel acts on the injection valve member 33, that this is lifted from its seat. Fuel is injected into the combustion chamber 35 of the internal combustion engine.
  • the second control valve 31 is switched so that the connection is closed by the drain line 29 in the fuel return 32.
  • the pressure in the second control chamber 28 increases to injection pressure.
  • the injection valve member is placed in its seat and thus closes the at least one injection opening 34.
  • the movement of the injection valve member 33 is assisted by a spring element 36.
  • the second spring element 36 is preferably a helical spring designed as a compression spring, which on the one hand rests on a shoulder on the injection valve member 33 and on the other hand supported on the injector housing 10.
  • the second spring element 36 is formed so that the movement of the injection valve member 33 is thereby supported in its seat.
  • the first control valve 17 is switched so that the connection from the control chamber 6 via the supply line 16 and the channel 18 is released into the differential pressure chamber 19.
  • fuel under system pressure flows from the control chamber 6 into the differential pressure chamber 19.
  • system pressure builds up. Supported by the spring element 13 of the pressure booster piston 9 is moved to its original position. That is, the booster piston 9 is moved to the first control room 6.
  • this increases the volume of the compression space 23.
  • the pressure in the compression space 23 decreases.
  • the check valve 25 opens and fuel flows via the channel 24 in the pressure booster piston 9 from the control chamber 6 into the compression space 23.
  • the pressure booster piston 9 has reached its starting position, that is the position of the pressure booster piston 9 is such that the volume in the compression space 23 has become maximum, the next injection process can start.
  • FIG. 2 shows a fuel injector designed in accordance with the invention in more detail.
  • the first control valve 17 is designed as a solenoid valve.
  • the first control valve 17 comprises a coil 40 which is received in a magnetic core 41.
  • the coil 40 via terminal pins 42 with a control device, which is not shown here, connectable.
  • the first control valve 17 further comprises an armature 43, which is connected to a valve spool 44.
  • the first control valve 17 can be switched so that either the supply line 16 is connected from the control chamber 6 with the channel 18 in the differential pressure chamber 19, or that this connection is closed and for a connection of the channel 18 is released from the differential pressure chamber 19 with the fuel return 22.
  • the second control valve 31 is formed in the embodiment shown in FIG 2 as a solenoid valve.
  • the second control valve 31 comprises a second coil 45, which is received in a second magnetic core 46.
  • the second control valve 31 comprises a second armature 47, which is connected to a valve member 48. With the second valve member 48, a connection can be closed or released from the drain line 29 in the fuel return 32.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the pressure booster 7 of the fuel injector shown in FIG.
  • the spring element 13 comprises a conical portion 54. This avoids that the spring element 13 grinds at the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. So that the spring element 13 can act as a return spring for the pressure booster piston 9, this is preferably designed as a compression spring coil spring which acts with one side on the injector 10 and on the other side on the pressure booster piston 9.
  • the spring element 13 is provided on the one hand via the ring 15 and the shoulder 50 against the injector 10 and on the other hand via the spring plate 14 against the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. So that the spring plate 14 holds at the upper portion 8 of the pressure booster piston 9, this is through the spring force of the spring element 13 is pressed against a ring element 55. A displacement of the ring member 55 on the upper portion 8 of the pressure booster piston 9 is avoided in that this is received in a groove 56 at the upper portion 8 of the pressure booster piston 9.
  • the ring element 55 is preferably a snap ring.
  • An advantage of the assembly of the spring element 18 with the ring 15 and the spring plate 14 is that the pressure booster piston 9 can be preassembled together with the spring element 13. As a result, the later assembly in the fuel injector 5 is facilitated.
  • the ring 15 is threaded over the upper portion 8 of the pressure booster piston 9.
  • the inner diameter of the ring 15 is chosen so that this is greater than the diameter di of the upper portion 8 of the pressure booster piston 9 and smaller than the second diameter d2 of the central portion 12 of the pressure booster piston 9. Because the second diameter d 2 of the central portion 12 is greater than the first diameter di of the upper portion 8 of the pressure booster piston 9, forms at the transition from the upper portion 8 to the central portion 12, the first shoulder 11.
  • the ring 15 Since the inner diameter of the ring 15 is smaller than the second diameter d2 of the central portion 12 of the pressure booster piston 9, the ring 15 rests on the shoulder 11 during assembly.
  • the spring element 13 is pushed over the upper portion 8 of the pressure booster piston 9 until it rests on the ring 15.
  • the conical region 54 of the spring element 13 is designed so that the last winding of the spring element 13 has an inner diameter which corresponds to the first diameter di of the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. As a result, the spring element 13 is centered on the upper portion 8 at the same time.
  • the spring plate 14 is pushed onto the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. Finally, the ring member 55 is mounted.
  • a chamfer 57 is formed at the upper portion 8 of the pressure booster piston 9.
  • the spring element 55 is preferably designed so that it can be spread. In this way, the ring member 55 can be pushed over the chamfer 57 on the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. Along the chamfer 57, the ring member 55 expands. Once the ring member 55 has reached the groove 56, it snaps into this. As a result, the ring member 55 is fixedly connected to the upper portion 8 of the pressure booster piston 9. Subsequently, the spring plate 14 is pressed by the spring force of the spring element 13 against the ring member 55. So that the spring plate 14 is not tilted at an uneven load by the spring element 13, a cylindrical shoulder 58 is preferably formed on this, which surrounds the ring member 55. As a result, a tight fit of the spring plate 14 is achieved.
  • the thus pre-assembled pressure booster piston 9 with the spring element 13 is then inserted into the middle housing part 51. So that the ring 15 rests on the shoulder 50 on the middle housing part 51, the outer diameter of the ring 15 is greater than the second diameter d 2 of the middle section of the pressure booster piston 9.
  • the spring element 13 is biased. This bias serves to move the pressure booster piston 9 into the control chamber 6 during operation. The movement of the pressure booster piston 9 is terminated by the fact that this on a formed in the upper housing portion 52 end face 59 which limits the control chamber 6, strikes.
  • a throttle element 61 is formed in the channel 24.
  • the throttle element 61 of the fuel flow is damped in channel 24, so that a pulsation of the check valve 25 and thus wear in the region of the check valve 25 is avoided.
  • the lower section 21 of the pressure booster piston 9 is embodied in a third diameter d3, which is smaller than the second diameter d 2 .
  • the injection pressure to which the fuel in the compression chamber 23 is compressed is dependent on the ratio of the second diameter d2 of the central portion 12 to the third diameter d3 of the lower portion 21 of the pressure booster piston.

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Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffinjektor mit Kolbenrückholung eines Druckübersetzerkolbens
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus DE-A 103 35 340 ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, der ein Steuerventil für einen Druckübersetzer enthält. Der Druckübersetzer weist einen Arbeitsraum auf, der durch einen Druckübersetzerkolben von einem Differenzdruckraum getrennt ist. Die Druckänderung im Differenzdruckraum des Druckübersetzers erfolgt über ein Servoventil, welchem ein dieses aktivierendes Schaltventil zugeordnet ist. Im Differenzdruckraum ist ein Federelement aufgenommen, welches einen unteren Abschnitt des Druckübersetzerkolbens umschließt, der in einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist als der obere Abschnitt des Druckübersetzerkolbens. Das Federelement stützt sich mit einer Seite gegen den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens und mit der anderen Seite gegen das Injektorgehäuse ab. Durch das Federelement wird eine Rückstellbewegung des Druckübersetzerkolbens erreicht. Nachteil dieser Anordnung ist, dass eine Vormontage von Druckübersetzerkolben und Federelement nicht möglich ist. Zudem bietet diese Anordnung Bauraumnachteile, da der Außendurchmesser des Federelementes kleiner als der große Kolbendurchmesser gewählt werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Einspritzventilglied zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung und einen Druckübersetzer, mit welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff auf Einspritzdruck komprimiert wird. Der Druckübersetzer wird über ein erstes Steuerventil und das Einspritzventilglied über ein zweites Steuerventil angesteuert, wobei der Druckübersetzer einen Druckübersetzerkolben umfasst, dem ein Federelement zugeordnet ist, welches sich mit einer Seite am Injektorgehäuse und mit der anderen Seite am Druckübersetzerkolben abstützt. Der Druckübersetzerkolben begrenzt einen Kompressionsraum, einen Differenzdruckraum und einen Steuerraum, wobei der Steuerraum an dem dem Kompressionsraum gegenüberliegenden Ende des Druckübersetzerkolbens angeordnet ist und das Federelement im Steuerraum aufgenommen ist und sich das Federelement einerseits am Injektorgehäuse und andererseits am Druckübersetzerkolben abstützt.
Das Federelement ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder, welche sich zu der Seite, an der es sich am Druckübersetzerkolben abstützt, konisch verjüngt. Durch die konische Verjüngung auf der Seite, an der sich das Federelement gegen den Druckübersetzerkolben abstützt, wird vermieden, dass das Federelement am oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens, welchen es umschließt, reibt und so zum Verschleiß des Druckübersetzerkolbens beziehungsweise des Federelementes beiträgt.
Um den Druckübersetzerkolben einstückig fertigen zu können, ist am Druckübersetzerkolben ein Federteller montiert, gegen den sich das Federelement abstützt. Der Federteller liegt vorzugsweise an einem Ringelement an, das in einer Nut am Druckübersetzerkolben aufgenommen ist. Vorzugsweise umfasst der Federteller einen zylindrischen Absatz, der das Ringelement umschließt. Durch den Federteller ist es möglich, zur Montage zunächst das Federelement über den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens zu schieben und anschließend den Federteller am oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens zu montieren. Die Montage des Federtellers erfolgt vorzugsweise mit dem Ringelement, das in der Nut am Druckübersetzerkolben aufgenommen ist. Das Ringelement ist vorzugsweise ein Spreng- ring. Um den Sprengring auf dem oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens anzubringen, ist an diesem vorzugsweise eine Fase ausgebildet, über welche der Sprengring aufgefädelt wird. Danach wird der Sprengring auf dem oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens verschoben, bis dieser in der Nut einrastet. Anschließend wird der Federteller mit Hilfe des Federelementes gegen das Ringelement gedrückt, so dass sich der zylindrische Ab- schnitt um das Ringelement schiebt. Hierdurch wird ein stabiler Sitz des Federtellers erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform stützt sich das Federelement mit dem dem Federteller gegenüberliegenden Ende auf einen Ring ab, welcher auf einer Schulter am Injektorge- häuse aufliegt. Der Ring weist einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des oberen Abschnittes und kleiner als der Durchmesser des mittleren Abschnittes des Druckübersetzerkolbens. Durch den Ring ist es möglich, den Druckübersetzerkolben und das Federelement mit vorgespanntem Federelement vorzumontieren. Hierzu wird zunächst der Ring über den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens aufgeschoben, bis dieser auf dem mittleren Abschnitt aufliegt. Anschließend wird das Federelement über den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens geschoben. In einem nächsten Schritt wird der Federteller auf den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens aufgesetzt. Das Federelement wird mitsamt dem Federteller vorgespannt und das Ringelement wird auf den oberen Abschnitt des Druckübersetzerkolbens aufgefädelt, bis dieses in der Nut einrastet. Auf diese Weise stützt sich das vorgespannte Federelement mit einer Seite gegen den Ring, der auf dem mittleren Abschnitt aufliegt, und mit der anderen Seite gegen den Federteller ab.
Der Druckübersetzerkolben ist vorzugsweise einstückig gefertigt und umfasst einen oberen Abschnitt, der in einem ersten Durchmesser gefertigt ist, einen mittleren Abschnitt, der in einem zweiten Durchmesser gefertigt ist und einen unteren Abschnitt, der in einem dritten Durchmesser gefertigt ist. Der zweite Durchmesser, in dem der mittlere Abschnitt gefertigt ist, ist dabei größer als der erste Durchmesser des oberen Abschnittes und der dritte Durchmesser des unteren Abschnittes. Im fertig montierten Kraftstoffinjektor ist der obere Abschnitt vom Steuerraum umschlossen, der mittlere Abschnitt begrenzt mit einer ersten Schulter den Steuerraum und mit einer zweiten Schulter, die der ersten Schulter gegenüberliegt den Differenzdruckraum und der untere Abschnitt begrenzt den Kompressionsraum.
Um den Kraftstoffinjektor betätigen zu können, ist der Steuerraum mit dem Kompressionsraum hydraulisch verbunden, wobei in der Verbindung ein Rückschlagventil aufgenommen ist, damit eine Rückströmung des Kraftstoffes aus dem Kompressionsraum in den Steuerraum verhindert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die hydraulische Verbindung des Steuerraumes zum Kompressionsraum als Bohrung im Druckübersetzerkolben ausgebildet.
Um eine Betätigung des Kraftstoffinjektors zu ermöglichen, kann der Differenzdruckraum über das erste Steuerventil mit einem Kraftstoffzulauf oder einem Kraftstoffrücklauf verbunden werden. Hierzu ist das erste Steuerventil als 3/2-Wege- Ventil ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfol- genden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 ein hydraulisches Schaubild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors,
Figur 2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Druckübersetzerkolbens gemäß Figur 2.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein hydraulisches Schaubild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors.
Aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 1 wird Kraftstoff über eine Pumpe 2 in einen Hochdruckspeicher 3 gefördert. Aus dem Hochdruckspeicher 3 wird der Kraftstoff über eine Kraftstoffzuleitung 4 einem Kraftstoffinjektor 5 zugeführt. Hierzu mündet die Kraftstoffzuleitung 4 in einen Steuerraum 6 eines Druckübersetzers 7. Der Steuerraum 6 umschließt einen oberen Abschnitt 8 eines Druckübersetzerkolbens 9. Begrenzt wird der Steuerraum 6 einerseits durch das Injektorgehäuse 10 und andererseits durch eine erste Schulter 11 eines mittleren Abschnitts 12 des Druckübersetzerkolbens 9.
Weiterhin ist im Steuerraum 6 erfindungsgemäß ein Federelement 13 aufgenommen, welches den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 umschließt. Das Federelement 13 stützt sich mit einer Seite gegen einen Federteller 14 im oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 und mit der anderen Seite gegen einen Ring 15 ab. Der Ring 15 wird hierbei vom Injektorgehäuse 10 gehalten. Das Federelement 13 ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.
Über eine Zuleitung 16 ist der Steuerraum 6 mit einem ersten Steuerventil 17 verbunden. Das erste Steuerventil 17 ist ein 3/2-Wege- Ventil. Betätigt wird das erste Steuerventil 17 über einen elektrisch ansteuerbaren Aktor. Dies kann zum Beispiel ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor sein. Auch ist jede weitere, dem Fachmann bekannte, schnell schaltende Betätigungseinheit als Aktor einsetzbar.
In einer ersten Schaltstellung des ersten Steuerventils 17 ist der Steuerraum 6 über die Zu- leitung 16 und einen Kanal 18 mit einem Differenzdruckraum 19 verbunden. Der Differenzdruckraum 19 wird von einer zweiten Schulter 20 des mittleren Abschnitts 12 des Druckübersetzerkolbens 9 begrenzt. Hierbei liegt die zweite Schulter 20 der ersten Schulter 11 gegenüber. Weiterhin umschließt der Differenzdruckraum 19 einen unteren Abschnitt 21 des Druckübersetzerkolbens 9. In einer zweiten Schaltstellung des ersten Steuerventils 17 ist der Differenzdruckraum 19 über den Kanal 18 mit einem Kraftstoffrücklauf 22 verbunden. Der Kraftstoffrücklauf 22 mündet vorzugsweise in den Kraftstoffvorratsbehälter 1.
Durch den unteren Abschnitt 21 des Druckübersetzerkolbens 9 wird ein Kompressionsraum 23 begrenzt. Über einen Kanal 24, welcher zum Beispiel als Bohrung im Druckübersetzerkolben 9 ausgebildet ist, wird der Kompressionsraum 23 mit Kraftstoff befüllt. Um zu vermeiden, dass Kraftstoff aus dem Kompressionsraum 23 über den Kanal 24 zurück in den Steuerraum 6 strömt, ist im Kanal 24 ein Rückschlagventil 25 aufgenommen.
Aus dem Kompressionsraum 23 wird unter Einspritzdruck stehender Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 26 in einen Düsenraum 27 und einen zweiten Steuerraum 28 gefördert. Aus dem zweiten Steuerraum 28 gelangt der Kraftstoff über eine Ablaufieitung 29, in der eine Ablaufdrossel 30 aufgenommen ist, zu einem zweiten Steuerventil 31. Das zweite Steuerventil 31 ist ein 2/2-Wege- Ventil, mit welchem eine Verbindung von der Ablaufieitung 29 in einen Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben oder verschlossen werden kann. Der zweite Kraftstoffrücklauf 32 ist zum Beispiel mit dem Kraftstoffrücklauf 22 oder direkt mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbunden. Das zweite Steuerventil 31 wird im Allgemeinen mit einem elektrisch betätigten Aktor angesteuert. Der Aktor kann zum Beispiel ein Magnetventil oder ein Piezoaktor sein. Auch ist, wie beim ersten Steuerventil 17, jede weitere, dem Fachmann bekannte schnell schaltende Betätigungseinheit einsetzbar.
In den zweiten Steuerraum 28 mündet ein Einspritzventilglied 33. Mit dem Einspritzventil- glied 33 ist mindestens eine Einspritzöffnung 34 verschließbar oder freigebbar. Bei freigegebener Einspritzöffnung 34 strömt Kraftstoff aus dem Düsenraum 27 über die Einspritzöffnung 34 in einen Brennraum 35 einer Verbrennungskraftmaschine.
Um den Einspritzvorgang zu starten, wird zunächst das erste Steuerventil 17 so geschaltet, das die Verbindung vom Differenzdruckraum 19 über den Kanal 18 in den Kraftstoffrücklauf 22 freigegeben ist. Hierdurch nimmt der Druck im Differenzdruckraum 19 ab. Im Steuerraum 6 herrscht weiterhin Systemdruck. Aus diesem Grund ist die Druckkraft, die auf die erste Schulter 11 am mittleren Abschnitt 12 wirkt, größer als die Kraft, die auf die zweite Schulter 20 und den unteren Abschnitt 21 des Druckübersetzerkolbens 9 wirkt. Der Druck- Übersetzerkolben 9 wird in den Kompressionsraum 23 hineinverschoben. Hierdurch wird der im Kompressionsraum 23 enthaltene Kraftstoff auf Einspritzdruck komprimiert. Der komprimierte Kraftstoff strömt über die Hochdruckleitung 26 in den Düsenraum 27 und den zweiten Steuerraum 28. Damit sich das Einspritzventilglied 27 aus seinem Sitz heben kann und so die mindestens eine Einspritzöffnung 34 freigibt, wird das zweite Steuerventil 31 so geschaltet, das die Verbindung von der Ablaufleitung 29 in den Kraftstoffrücklauf 22 freigegeben ist. Hierdurch strömt der Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 28. Der Druck im zweiten Steuerraum 28 nimmt ab und der unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff wirkt so auf das Einspritzventilglied 33, dass dieses aus seinem Sitz gehoben wird. Kraftstoff wird in den Brennraum 35 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
Zum Beenden des Einspritzvorganges wird zunächst das zweite Steuerventil 31 so geschaltet, dass die Verbindung von der Ablaufleitung 29 in den Kraftstoffrücklauf 32 verschlossen wird. Hierdurch steigt der Druck im zweiten Steuerraum 28 auf Einspritzdruck an. Das Ein- spritzventilglied wird in seinen Sitz gestellt und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffnung 34. Unterstützt wird die Bewegung des Einspritzventilgliedes 33 durch ein Federelement 36. Das zweite Federelement 36 ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder, welche einerseits auf eine Schulter am Einspritzventilglied 33 und andererseits am Injektorgehäuse 10 abgestützt ist. Das zweite Federelement 36 ist dabei so aus- gebildet, dass die Bewegung des Einspritzventilgliedes 33 in seinen Sitz hierdurch unterstützt wird. Als nächstes wird das erste Steuerventil 17 so geschaltet, das die Verbindung vom Steuerraum 6 über die Zuleitung 16 und den Kanal 18 in den Differenzdruckraum 19 freigegeben ist. Hierdurch strömt unter Systemdruck stehender Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 in den Differenzdruckraum 19. Im Differenzdruckraum 19 baut sich Systemdruck auf. Unterstützt vom Federelement 13 wird der Druckübersetzerkolben 9 in seine Ausgangsposition bewegt. Das heißt, dass der Übersetzerkolben 9 in den ersten Steuerraum 6 bewegt wird. Gleichzeitig vergrößert sich hierdurch das Volumen des Kompressionsraums 23. Der Druck im Kompressionsraum 23 nimmt ab. Sobald der Druck im Kompressionsraum 23 unter den Systemdruck gefallen ist, öffnet das Rückschlagventil 25 und Kraftstoff strömt über den Kanal 24 im Druckübersetzerkolben 9 aus dem Steuerraum 6 in den Kompressionsraum 23. Sobald der Druckübersetzerkolben 9 seine Ausgangsposition erreicht hat, das heißt, dass die Position des Druckübersetzerkolbens 9 so ist, dass das Volumen im Kompressionsraum 23 maximal geworden ist, kann der nächste Einspritzvorgang starten.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor detaillierter dargestellt.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist zu entnehmen, dass das erste Steuerventil 17 als Magnetventil ausgeführt ist. Hierzu umfasst das erste Steuerventil 17 eine Spule 40, die in einem Magnetkern 41 aufgenommen ist. Zur Ansteuerung des ersten Steuerventils 17 ist die Spule 40 über Anschlussstifte 42 mit einer Steuervorrichtung, die hier nicht dargestellt ist, verbindbar. Das erste Steuerventil 17 umfasst weiterhin einen Anker 43, welcher mit einem Ventilschieber 44 verbunden ist. Durch den Ventilschieber 44 lässt sich das erste Steuerventil 17 so schalten, dass entweder die Zuleitung 16 aus dem Steuerraum 6 mit den Kanal 18 in den Differenzdruckraum 19 verbunden ist, oder dass diese Verbindung geschlossen wird und dafür eine Verbindung des Kanals 18 aus dem Differenzdruckraum 19 mit dem Kraftstoffrücklauf 22 freigegeben ist.
Auch das zweite Steuerventil 31 ist in der Figur 2 dargestellten Ausführungsform als Mag- netventil ausgebildet. Hierzu umfasst das zweite Steuerventil 31 eine zweite Spule 45, die in einem zweiten Magnetkern 46 aufgenommen ist. Weiterhin umfasst das zweite Steuerventil 31 einen zweiten Anker 47, der mit einem Ventilglied 48 verbunden ist. Mit dem zweiten Ventilglied 48 kann eine Verbindung von der Ablaufleitung 29 in den Kraftstoffrücklauf 32 verschlossen oder freigegeben werden.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Druckübersetzers 7 des in Figur 2 dargestellten Kraftstoffinjektors.
Der Darstellung in Figur 3 ist zu entnehmen, dass sich das Federelement 13 mit einer Seite gegen den Ring 15 und mit der anderen Seite gegen den Federteller 14 abstützt. Der Ring 15 liegt auf einer Schulter 50 auf, die an einem mittleren Gehäuseabschnitt 51 ausgebildet ist. Hierdurch wird die Federkraft des Federelementes 13 an das Injektorgehäuse 10 übertragen. Der mittlere Gehäuseabschnitt 51 ist mit einem oberen Gehäuseabschnitt 52, mit einer Spannmutter 53 verbunden.
Erfindungsgemäß umfasst das Federelement 13 einen konischen Abschnitt 54. Hierdurch wird vermieden, dass das Federelement 13 am oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 schleift. Damit das Federelement 13 als Rückstellfeder für den Druckübersetzerkolben 9 wirken kann, ist dieses vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder, die mit einer Seite auf das Injektorgehäuse 10 und auf der anderen Seite auf den Druckübersetzerkolben 9 wirkt. Hierzu ist das Federelement 13 einerseits über den Ring 15 und die Schulter 50 gegen das Injektorgehäuse 10 gestellt und andererseits über den Federteller 14 gegen den oberen Abschnitts 8 des Druckübersetzerkolbens 9. Damit der Federteller 14 am oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 hält, wird dieser durch die Federkraft des Federelementes 13 gegen ein Ringelement 55 gedrückt. Ein Verschieben des Ringelementes 55 auf dem oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 wird dadurch vermieden, dass dieses in einer Nut 56 am oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 aufgenommen ist. Das Ringelement 55 ist vorzugsweise ein Sprengring.
Ein Vorteil der Montage des Federelementes 18 mit dem Ring 15 und dem Federteller 14 ist, dass der Druckübersetzerkolben 9 mitsamt dem Federelement 13 vormontiert werden kann. Hierdurch wird auch die spätere Montage im Kraftstoffinjektor 5 erleichtert. Zur Montage wird zunächst der Ring 15 über den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 aufgefädelt. Hierzu ist der Innendruchmesser des Ringes 15 so gewählt, dass dieser größer ist als der Durchmesser di des oberen Abschnittes 8 des Druckübersetzerkolbens 9 und kleiner als der zweite Durchmessers d2 des mittleren Abschnitts 12 des Druckübersetzerkolbens 9. Dadurch, dass der zweite Durchmesser d2 des mittleren Abschnittes 12 größer ist als der erste Durchmesser di des oberen Abschnittes 8 des Druckübersetzerkolbens 9, bildet sich am Übergang vom oberen Abschnitt 8 zum mittleren Abschnitt 12 die erste Schulter 11 aus. Da der Innendurchmesser des Ringes 15 kleiner ist als der zweite Durchmesser d2 des mittleren Abschnittes 12 des Druckübersetzerkolbens 9, liegt der Ring 15 bei der Montage auf der Schulter 11 auf. Als nächstes wird das Federelement 13 über den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 geschoben, bis dieses auf dem Ring 15 auf- liegt. Der konische Bereich 54 des Federelementes 13 ist so gestaltet, dass die letzte Wicklung des Federelementes 13 einen Innendurchmesser aufweist, der den ersten Durchmesser di des oberen Abschnittes 8 des Druckübersetzerkolbens 9 entspricht. Hierdurch wird gleichzeitig das Federelement 13 auf dem oberen Abschnitt 8 zentriert. Als nächster Montageschritt wird der Federteller 14 auf den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 aufgeschoben. Abschließend wird das Ringelement 55 montiert. Zur leichteren Montage des Ringelementes 55 ist am oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 eine Fase 57 ausgebildet. Das Federelement 55 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sich dieses aufbreiten lässt. Hierdurch kann das Ringelement 55 über die Fase 57 auf den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 aufgeschoben werden. Entlang der Fase 57 weitet sich das Ringelement 55 auf. Sobald das Ringelement 55 die Nut 56 erreicht hat, schnappt es in diese ein. Hierdurch wird das Ringelement 55 fest mit dem oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 verbunden. Daran anschließend wird der Federteller 14 durch die Federkraft des Federelementes 13 gegen das Ringelement 55 gepresst. Damit der Federteller 14 bei einer ungleichmäßigen Belastung durch das Federelement 13 nicht verkantet, ist an diesem vorzugsweise ein zylinderförmiger Absatz 58 ausgebildet, der das Ringelement 55 umschließt. Hierdurch wird ein fester Sitz des Federtellers 14 erreicht.
Der so vormontierte Druckübersetzerkolben 9 mit dem Federelement 13 wird anschließend in das mittlere Gehäuseteil 51 eingesetzt. Damit der Ring 15 auf der Schulter 50 am mittle- ren Gehäuseteil 51 aufliegt, ist der Außendurchmesser des Ringes 15 größer als der zweite Durchmesser d2 des mittleren Abschnittes des Druckübersetzerkolbens 9. Wenn der Druckübersetzerkolben 9 weiter in das mittlere Gehäuseteil 51 eingeschoben wird, nachdem der Ring 15 auf der Schulter 50 aufliegt, wird das Federelement 13 vorgespannt. Diese Vorspannung dient dazu, im Betrieb den Druckübersetzerkolben 9 in den Steuerraum 6 hinein zurückzubewegen. Die Bewegung des Druckübersetzerkolbens 9 wird dadurch beendet, dass dieser an einer im oberen Gehäuseabschnitt 52 ausgebildeten Stirnfläche 59, die den Steuerraum 6 begrenzt, anschlägt. Damit auch dann, wenn der Druckübersetzerkolben 9 an der Stirnfläche 59 angeschlagen hat, Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 in den Kompressionsraum 23 strömen kann, ist im oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzerkolbens 9 eine Quer- bohrung 60 vorgesehen, welche in den Kanal 24 mündet. Über die Querbohrung 60 gelangt ständig unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Kanal 24.
Weiterhin ist im Kanal 24 ein Drosselelement 61 ausgebildet. Durch das Drosselelement 61 wird der Kraftstoffstrom in Kanal 24 gedämpft, so dass ein Pulsieren des Rückschlagventils 25 und damit Verschleiß im Bereich des Rückschlagventils 25 vermieden wird.
Um im Kompressionsraum 23 einen Einspritzdruck erzeugen zu können, der höher ist als der Systemdruck, mit dem der Kraftstoff dem Kraftstoffinjektor 5 zugeführt wird, ist der untere Abschnitt 21 des Druckübersetzerkolbens 9 in einem dritten Durchmesser d3 ausgeführt, der kleiner ist als der zweite Durchmesser d2. Der Einspritzdruck, auf den der Kraftstoff in der Kompressionskammer 23 komprimiert wird, ist dabei abhängig vom Verhältnis des zweiten Durchmessers d2 des mittleren Abschnittes 12 zum dritten Durchmesser d3 des unteren Abschnittes 21 des Druckübersetzerkolbens 9.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (35) einer Verbrennungskraftmaschine, welcher ein Einspritzventilglied (33) zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung (34) und einen Druckübersetzer (7) um- fasst, mit welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff auf Einspritzdruck komprimiert wird, wobei der Druckübersetzer (7) über ein erstes Steuerventil (17) und das Einspritzventilglied (33) über ein zweites Steuerventil (31) angesteuert werden, wobei der Druckübersetzer (7) einen Druckübersetzerkolben (9) umfasst, dem ein Federele- ment (13) zugeordnet ist, welches sich mit einer Seite am Injektorgehäuse (10) und mit der anderen Seite am Druckübersetzerkolben (9) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzerkolben (9) einen Kompressionsraum (23), einen Differenzdruckraum (19) und einen Steuerraum (6) begrenzt, wobei der Steuerraum (6) an dem dem Kompressionsraum (23) gegenüberliegenden Ende des Druckübersetzerkolbens (9) angeordnet ist und das Federelement (13) im Steuerraum (6) aufgenommen ist und sich das Federelement (13) einerseits am Injektorgehäuse (10) und andererseits am Druckübersetzerkolben (9) abstützt.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federele- ment (13) zu der Seite, an der es sich am Druckübersetzerkolben (9) abstützt, konisch verjüngt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckübersetzerkolben (9) ein Federteller (14) montiert ist, gegen den sich das Federelement (13) abstützt.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (14) an einem Ringelement (55) anliegt, das in einer Nut (56) am Druckübersetzerkolben (9) aufgenommen ist.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (14) einen zylinderförmigen Absatz (58) umfasst, der das Ringelement (55) umschließt.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzerkolben (9) einen oberen Abschnitt (8), der in einem ersten Durchmesser (di) gefertigt ist und der vom Steuerraum (6) umschlossen ist, einen mittleren Abschnitt (12), der in einem zweiten Durchmesser (d2) gefertigt ist, der größer ist als der erste Durchmesser (di), wobei der mittlere Abschnitt (12) mit einer ersten Schulter (11) den Steuerraum (6) und mit einer zweiten Schulter (20), die der ersten Schulter (11) gegenüberliegt, den Differenzdruckraum (19) begrenzt, und einen unteren Abschnitt (21), der in einem dritten Durchmesser (d?,) gefertigt ist, der kleiner ist als der zweite Durchmesser (d2) und den Kompressionsraum (23) begrenzt, umfasst.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (13) auf einem Ring (15) abstützt, welcher auf einer Schulter (50) am Injektorgehäuse (10, 51) aufliegt, wobei der Ring (15) einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser (di) des oberen Abschnittes (8) und kleiner als der Durchmesser (d2) des mittleren Abschnittes (12) des Druckübersetzerkolbens (9) ist.
8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckübersetzerkolben (9) ein Kanal (24) ausgebildet ist, welcher den Steuerraum (6) mit dem Kompressionsraum (23) hydraulisch verbindet, wobei im Kanal (24) ein Rück- schlagventil (25) aufgenommen ist, um eine Rückströmung des Kraftstoffes aus dem
Kompressionsraum (23) in den Steuerraum (6) zu verhindern.
9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruckraum (19) über das erste Steuerventil (17) mit einem Kraftstoffzulauf (4) oder einem Kraftstoffrücklauf (22) verbunden werden kann.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (17) ein 3/2- Wege- Ventil ist.
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