KRAFTSTOFFINJEKTOR

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Kraftstoffinjektoren der hier interessierenden Art finden insbesondere Anwendung bei Verbrennungskraftmaschinen, welche derartige Injektoren dafür nutzen, das dosierte Einspritzen des zu verbrennenden Kraftstoffs zu ermöglichen.

[0003] Aus der DE 103 25 620 A1 ist ein servoventilangesteuerter Kraftstoffinjektor mit einem Druckübersetzer bekannt. Der hierin offenbarte Kraftstoffinjektor umfasst einen Druckübersetzer, dessen Übersetzerkolben einen über einen Druckspeicher mit Kraftstoff beaufschlagten Arbeitsraum von einem druckentlastbaren Differenzdruckraum trennt. Eine Druckänderung im Differenzdruckraum erfolgt über eine Betätigung des Servoventils, welches eine hydraulische Verbindung des Differenzdruckraums zu einem ersten niederdruckseitigen Rücklauf freigibt oder verschließt. Das Servoventil weist weiterhin einen zwischen einem Steuerraum und einem ersten hydraulischen Raum geführten Servoventilkolben auf. An diesem ist eine den Servoventilkolben bei Systemdruckbeaufschlagung ständig in Öffnungsrichtung stellende hydraulische Fläche sowie ein einen niederdruckseitigen Rücklauf verschließender oder freigebender erster Dichtsitz ausgebildet. Zur Aktivierung des Druckübersetzers ist jedoch ein Schaltventil erforderlich, welches einen Semoventilkolben aktiviert, was einen erheblichen konstruktiven Aufwand erforderlich macht. Darüber hinaus sind oben genannte Piezoaktoren einsetzbar, um das Erfordernis eines Schaltventils zu umgehen.

[0004] Die DE 10 2004 015 5 744 A1 offenbart einen gattungsgemäßen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils, insbesondere eines 3/2-Wegeventils mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird. Dabei ist im 3/2-Wegeventil ein Ventilkolben vorgesehen, welcher hydraulisch mit dem Piezoaktor gekoppelt ist, der mit dem Druck aus der Kraftstofthochdruckquelle beaufschlagbar ist. Der Ventilkolben ist dabei in einem Ventilsteuerraum eingebracht und dichtet gegen Dichtkanten ab, welche im Dichtsteuerraum selbst eingebracht sind.

[0005] Aus der US 6 895 940 B2 oder DE 102 57 140 A ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, wobei das 3/2-Wegeventil als Ventilglied ein Kugelelement umfasst, das in der Ruhestellung gegen eine erste Dichtkante und in der Einspritzstrellung gegen einen zweiten Dichtsitz bewegbar ist.

[0006] Bei den bekannten und hier interessierenden Ausführungsformen von Kraftstoffinjektoren entsteht das Problem, dass das 3/2-Wegeventil und insbesondere der darin axial bewegliche Ventilkolben aufwendig ausgestaltet werden muss, was zu einem erheblichen Fertigungsaufwand führt. Zur entsprechend genauen Ausbildung des Ventilkolbens sind aufwendige Paarungsschleifprozesse der Dichtsitze erforderlich, wobei diese konzentrisch zueinander im Ventilkörper selbst eingebracht werden müssen.

[0007] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor mit einem 3/2-Wegeventil zu schaffen, welcher eine einfache Ausführung aufweist, sodass aufwendige Fertigungsprozesse entfallen.

Offenbarung der Erfindung

[0008] Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das 3/2-Wegeventil als Ventilglied ein Kugelelement umfasst, das mit einer zweiten Endfläche des Ventilkolbens in Verbindung steht und in der Ruhestellung gegen eine erste Dichtkante und in der Einspritzstellung gegen eine zweite Dichtkante bewegbar ist, wobei zum druckausgeglichenen Schalten die erste Endfläche des Ventilkolbens und diejenige hierzu gegenüberliegend angeordnete Teilfläche an dem Kugelelement, welche durch die zweite Dichtkante begrenzt ist, in etwa gleich große wirksame Flächen aufweisen, an denen der von der Kraftstoffhochdruckquelle ausgehende Druck anliegt.

[0010] Diese Lösung bietet den Vorteil, dass der Ventilkolben lediglich als einfaches zylinderförmiges Bauteil ausgerührt werden kann, wobei die Dichtsitze des 3/2-Wegeventils mittels des Kugelelements ausgebildet sind. Somit entfällt eine aufwendige schleiftechnische Bearbeitung des Ventilkolbens, und welcher zudem nicht in den Ventilkörper eingepasst bzw. in Paarungsschleifenverfahren eingeschliffen werden muss. Das Kugelelement ist dabei im Ventilsteuerraum eingebracht und in diesem frei beweglich. Dadurch erfolgt eine Selbstzentrierung der Kugel in den Dichtsitzen, da diese ringförmig ausgebildet sind und das Kugelelement lediglich durch den fluidischen Druck der Flüssigkeit oder durch den Ventilkolben selbst bewegt wird. Das Kugelelement ist dabei vorzugsweise angrenzend an den Ventilkolben angeordnet, wobei eine einfache Festkörperberührung hinreichend ist; jedoch besteht zudem die Möglichkeit, die Kugel mittels eines beliebigen Fügeverfahrens mit dem Ventilkolben zu verbinden. Der Durchmesser des Ventilkolbens und der Durchmesser an der ersten Dichtkante weisen vorzugsweise ein Verhältnis auf, das ein Andrücken des Kugelelementes in der Ruhestellung mit geringer Kontaktkraft gegen die erste Dichtkante ermöglicht. Durch dieses Durchmesserverhältnis, durch welches das Kugelelement bei den herrschenden Druckverhältnissen nur geringfügig an den Dichtsitz gedrückt wird, wird die Anwendung eines kleinen Piezoaktors ermöglicht, obwohl ein sehr hoher Systemdruck seitens des Kraftstoffhochdruckspeichers vorliegt.

[0011] Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Kugelelement in dem Ventilsteuerraum aufgenommen ist und die Dichtkanten in der Kontur des Ventilsteuerraums ausgebildet sind. Erst mit den innenseitig im Ventilsteuerraum ausgebildeten Dichtkanten kann das Kugelelement von einer ersten Dichtkante und einer zweiten Dichtkante hin- und herbewegt werden. Dabei kann sich die Kugel das Kugelelement sowohl in der ersten ringförmigen Dichtkante als auch in der zweiten ringförmigen Dichtkante für die Ruhestellung bzw. die Einspritzstellung des Kraftstoffs des Einspritzventils selbst zentrieren, so dass eine zuverlässige Dichtwirkung sichergestellt ist.

[0012] Vorteilhafterweise weist der Ventilsteuerraum eine radialsymmetrische Innenkontur auf, so dass das Kugelelement gegen die Dichtkanten jeweils einen ringförmigen Dichtkontakt bildet. Der Ventilkörper umfasst ebenso wie im vorgenannten Stand der Technik erste und zweite Dichtkanten, welche als abgestufte kreisrunde Bohrungen innenseitig im Ventilkörper angeformt sind. Jedoch ist die Konzentrizität der einzelnen Dichtkanten nicht in gleicher Güte erforderlich, da die Kugel frei beweglich ist und sich im rotationssymmetrischen, d.h. ringförmigen Dichtkantenansatz selbst zentriert.

[0013] Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Ventilsteuerung mit dem Druck aus der Kraftstoffuochdruckquelle beaufschlagt ist, wenn das Kugelelement in der Ruhestellung gegen die erste Dichtkante abdichtet, wohingegen der Ventitsteuerraum gegen einen Rücklaufkanal druckentlastbar ist, wenn das Kugelelement in der Einspritzstellung gegen die zweite Dichtkante abdichtet. In der Ruhestellung des Ventilkolbens ist der Injektor nicht aktiviert, d.h. es findet keine Einspritzung statt. In der Einsplitzstellung des Ventilkolbens wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Vorteilhafterweise ist der Durchmesser des Ventilkolbens kleiner als der Durchmesser der ersten Dichtkante. Dadurch wird in der Ruhestellung des Ventilkolbens eine kleine hydraulische Anpresskraft der Kugel in den Sitz der ersten Dichtkante erzeugt, die eine dichte Anlage der ersten Dichtkante mit dem Kugelelement gewährleistet.

[0014] Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Durchmesser der zweiten Dichtkante kleiner ist als der Durchmesser des Ventilkolbens. Dadurch wird in der Einspritzstellung des Ventilkolbens eine kleine hydraulische Anpresskraft erzeugt, die eine dichte Anlage der zweiten Dichtkante mit der Kugel gewährleistet.

[0015] Um eine einfache konstruktive Ausbildung des Ventilkolbens zu schaffen, ist vorgesehen, dass die geometrische Gestalt des Ventilkolbens nach Art eines zylinderförmigen Grundkörpers ausgebildet ist oder einen zylinderförmigen Grundkörperabschnitt mit einem abgestuften zylindrischen Endabschnitt kleineren Durchmessers aufweist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Kugelelement einen metallischen oder keramischen Werkstoff umfasst und /oder als Standardwälzlagerkörper ausgebildet ist.

[0016] Vorteilhafterweise steht der Ventilsteuerraum mit einem Druckverstärkersteuerraum in Verbindung. Der Druckverstärkersteuerraum dient zur Steuerung eines Druckverstärkerkolbens, der in dem Injektorgehäuse hin- und herbewegbar aufgenommen sein kann. Weiterhin kann der Ventilsteuerraum mit einem Düsennadelsteuerraum in Verbindung stehen. Wenn der Druck im Ventilsteuerraum über das 3/2-Wegeventil abgebaut wird, dann hebt die Spitze der Düsennadel von ihrem Sitz ab und Kraftstoff kann durch die Spritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.

[0017] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Injektorgehäuse einen mit dem Druck der Kraftstoffhochdruckquelle beaufschlagten hydraulischen Kopplungsraum umfasst, über den der Piezoaktor hydraulisch mit der ersten Endfläche des Ventilkolbens gekoppelt ist. An dem Piezoaktor kann zum Beispiel ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Kopf aus Metall angebracht sein, dessen Stirnseite den hydraulischen Kopplungsraum begrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der hydraulische Kopplungsraum vorzugsweise durch eine erste Endfläche des Ventilkolbens begrenzt. Der hydraulische Kopplungsraum dient dazu, Volumenausdehnungen des Piezoaktors aufgrund von Temperaturschwankungen im Betrieb auszugleichen. Zusätzlich kann damit eine Kraft/Weg-Übersetzung zwischen Piezoaktor und Ventilkolben realisiert werden.

[0018] Vorteilhafterweise weist der Ventilkolben eine Ringnut auf, welche mit dem Druck der Kraftstoffhochdruckquelle beaufschlagbar ist, so dass ein Abfluss des Fluids aus dem Kupplungsraum verhinderbar ist. Weiterhin wird durch die Ringnut eine Schmierung des Ventilkolbens im Ventilkörper geschaffen, welche zumindest das tribologische Verhalten während der Axialbewegung des Ventilkolbens optimiert.

[0019] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Piezoaktor elektrische Anschlüsse umfasst, wobei diese als Außenkontaktierungen ausgeführt sind, um einen Schutz vor dem Kraftstoff im Piezoraum zu schaffen. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Piezoaktor wenigstens außerhalb des Bereichs der elektrischen Anschlüsse eine Beschichtung aufweist, welche die Kontaktschichten des Piezoaktors vor der Umgebung, insbesondere vor dem Kraftstoff im Piezoaktorraum schützt. Somit ist sichergestellt, dass die elektrischen Kontaktierungen des Piezoaktors vom Kraftstoff isoliert sind, um einer möglichen Brandgefahr entgegenzuwirken.

[0020] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiel

[0021] Es zeigt:

Fig.1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors mit einem 3/2-Wegeventil, welches ein Kugelelement als Dichtkörper umfasst, wobei die Einrichtung einen Druckübersetzer umfasst, und

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors gemäß Fig.1, wobei die Einrichtung ohne einen Druckübersetzer ausgebildet ist.

[0022] In Fig. ist ein Kraftstoffinjektor 1 in einem Längsschnitt dargestellt, wobei diese über eine schematisch angedeutete Hochdruckquelle 2 (Common-Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Vom Innenraum der Hochdruckquelle 2 erstreckt sich eine Kraftstoffleitung 3, 4 zu einem Druckübersetzer 5, der in den Kraftstoffinjektor 1 integriert ist. Der Druckübersetzer 5 ist von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen. Das Injektorgehäuse 6 umfasst einen Injektorkörper 7 und einen Düsenkörper 8, der eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist. In der Führungsbohrung 9 ist eine Düsennadel 10 hin- und herbeweglich angeordnet. Die Düsennadel 10 weist eine Spitze 11 auf, an der eine Dichtfläche ausgebildet ist, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt. Wenn sich die Spitze 11 der Düsennadel 10 mit ihrer Dichtfläche in Anlage an den Dichtsitz befindet, sind mehrere Spritzlöcher 12, 13, welche im Düsenkörper 8 eingebracht sind, verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 11 aus ihrem Sitz herausgeführt wird, wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 12, 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

[0023] Der Düsenkörper 8 umfasst einen Druckraum 15, wobei an der Düsennadel 10 eine Druckschulter 14 ausgebildet ist, welche im Druckraum 15 angeordnet ist. Die Düsennadel 10 ist durch eine Düsenfeder 16 mit ihrer Spitze 11 gegen den zugehörigen Düsennadelsitz vorgespannt. Die Düsenfeder 16 ist selbst im Druckraum 15 angeordnet, wobei dieser mit einem Verbindungskanal 18 verbunden ist, in dem eine Drossel 21 eingebaut ist, und mit einem Druckverstärkersteuerraum 23 in Verbindung steht. Außerdem steht der Druckraum 15 über einen Verbindungskanal 20, in dem eine Drossel 21 vorgesehen ist, mit einem Druckverstärkerraum 22 in Verbindung.

[0024] Im Druckverstärkerraum 22 ist ein Kolbenfortsatz 24 hin- und herbewegbar aufgenommen, welcher endseitig an einem Druckverstärkerkolben 25 ausgebildet ist. Der Druckverstärkerraum 22 ist selbst im Injektorkörper 7 ausgebildet, so dass der Druckverstärkerkolben 25 im Injektonkörper 7 aufgenommen ist. Dieser hat die Gestalt eines Kreiszylinders, der einen kleineren Durchmesser aufweist, als der anschließende Teil des Druckverstärkerkolbens 25. Das andere Ende des Druckverstärkerkolbens ragt in einen Druckverstärkerarbeitsraum 26, der über die Kraftstoffzuleitung 3, 4 mit der Kraftstoffhochdruckquelle 2 in Verbindung steht.

[0025] In dem Druckverstärkerarbeitsraum 26 ist eine Druckverstärkerfeder 27 angeordnet, mit deren Hilfe der Druckverstärkerkolben 25 aus der Richtung der Düsennadel 10 vorgespannt ist.

[0026] Mittels eines Verbindungskanals 28 ist der Druckverstärkerraum 22 mit dem Druckraum 15 verbunden. Der Druckverstärkerraum 23 steht wiederum über einen Verbindungskanal 29 mit dem Ventilsteuerraum 30 in Verbindung, der in einem Ventilkörper 31 ausgebildet ist. Zwischen dem Ventilkörper 31 und dem Injektorkörper 7 ist aus fertigungstechnischen Gründen ein Zwischenstück 32 angeordnet, in dem ein zentraler Verbindungskanal 33 ausgespart ist. Der Verbindungskanal 33 schafft eine Verbindung zwischen Druckverstärkerarbeitsraum 26 und dem Ventilsteuerraum 30.

[0027] Der Ventilsteuerraum 30 weist einen größeren Durchmesser auf, als der dem Zwischenstück 32 abgewandte Abschnitt der Bohrung. In der zentralen Bohrung des Ventilkörpers 31 ist ein Ventilkolben 34 längs bewegbar aufgenommen. Angrenzend an den Ventilkolben 34 ist ein Kugelelement 35 im Ventilsteuerraum 30 eingesetzt, welche gegen eine erste Dichtkante 36 sowie eine zweite Dichtkante 37 dichtend in Anlage gebracht werden kann. Wird der Ventilsteuerraum mit Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle beaufschlagt, so erfolgt dies bei einer Ruhestellung des Kugelelements 35, in der dieses gegen die erste Dichtkante 36 abdichtet, wohingegen der Ventilsteuerraum 30 über einen Rücklaufkanal 38 druckentlastbar ist, wenn das Kugelelement 35 in der Einspritzstellung gegen die zweite Dichtkante 37 abdichtet. Zwischen dem Ventilkolben und der ersten Dichtkante 36 ist ein Rücklaufkanal 38 vorgesehen, der mit einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank in Verbindung steht.

[0028] Endseitig am Ventilkörper 31 ist ein Piezoaktorkörper 39 angeordnet, der durch einen Deckel 40 verschlossen ist. Der Deckel 40, der Piezoaktorkörper 39, der Ventilkörper 31, das Zwischenstück 32, der Injektorkörper 7 und der Düsenkörper 8 bilden zusammen das Gehäuse 6 des Injektors. In dem Piezoaktorkörper 39 ist ein zentraler Piezoaktorraum 41 ausgespart, der über einen Verbindungskanal 42 mit der Kraftstoffzuleitung 3 und somit mit der Hochdruckquelle 2 in Verbindung steht. In dem mit Hochdruck beaufschlagten Piezoaktorraum 41 ist ein Piezoaktor 43 angeordnet, der einen Piezoaktorkopf 44 aus Metall mit einer freien Stirnseite 45 aufweist. An dem Piezoaktorkopf 44 ist ein Bund 46 ausgebildet. Zwischen dem Bund 46 und einer Piezoaktorhülse 48 ist eine Piezoaktorfeder 47 eingespannt. Der Piezoaktorkopf 44 ist relativ zu der Piezoaktorhülse 48 in axialer Richtung verschiebbar. An der Piezoaktorhülse 48 ist eine Dichtkante ausgebildet, welche am Ventilkörper 31 anliegt. Im Inneren der Piezoaktorhülse 48 ist zwischen der Stirnseite 45 des Piezoaktorkopfs 44 und der freien Stirnseite des Ventilkolbens 34 ein hydraulischer Kopplungsraum 41 ausgebildet, der mit Hochdruck aus der Hochdruckquelle 2 beaufschlagt ist.

[0029] In Fig. 1 ist der Knaftstoffinjektor 1 in einem deaktivierten Zustand dargestellt. Der Ventilkolben 34 befindet sich in seiner Ruhestellung. Damit liegt das Kugelelement 35 an der ersten Dichtkante 36 an, welche im Ventilkörper 31 ausgebildet ist. In dem hydraulischen Kopplungsraum 49 steht in dieser Position der Hochdruck aus der Hochdruckquelle 2 an. Der Ventilsteuerraum 30 ist über die Kraftstoffzuleitungen 3, 4, den Druckverstärkerarbeitsraum 26 und den Verbindungskanal 33 ebenfalls mit Rail-Druck aus der Hochdruckquelle 2 beaufschlagt. Der Druckverstärkersteurraum 23 ist über den Verbindungskanal 29 ebenfalls mit Rail-Druck beaufschlagt. In dem Druckverstärkerraum 22 und dem Druckraum 15 herrscht dabei ebenfalls Rail-Druck.

[0030] Wird nun die Kraftstoffeinspritzreinrichtung 1 aktiviert, so wird der Piezoaktor 43 über die elektrischen Anschlüsse 53, 54 bestromt und dehnt sich aus. Die Ausdehnung des Piezoaktors 43 führt über den Piezoaktorkopf 44 zu einer Druckzunahme in den hydraulischen Kopplungsraum 49. Diese Druckzunahme führt zu einer axialen Bewegung des Ventilkolbens 34 nach unten, d.h., dass auch das Kugelelement 35 nach unten bewegt wird. Der Ventilkolben 34 sowie das Kugelelement 35 bewegen sich dabei so lange nach unten, bis das Kugelelement 35 mit der Dichtkante 37 an dem Zwischenstück 32 zur Anlage kommt und die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 33 und dem Ventilsteuerraum 30 unterbricht. Gleichzeitig hebt sich das Kugelelement 35 von der ersten Dichtkante 36 vom Dichtsitz ab und öffnet eine Verbindung zu dem Ventilsteuerraum 30 und dem Rücklaufkanal 38. Der Ventilkolben 34 sowie das Kugelelement 35 befinden sich somit in Einspritzstellung. Der Ventilsteuerraum 30 wird aufgrund der Verbindung mit dem Rücklaufkanal 38 druckentlastet.

[0031] Über den Verbindungskanal 29 zwischen dem Ventilsteuerraum 30 und dem Druckverstärkerraum 23 wird der letztgenannte ebenfalls druckentlastet. Da der Druckverstärkerarbeitsraum 26 über die Kraftstoffleitungen 3, 4 auch in diesem Zustand aus der Hochdruckquelle 2 beaufschlagt sind, bewegt sich der Druckverstärkerkolben 25 nach unten, wodurch der Kraftstoff im Druckverstärkerraum 22 komprimiert wird. Diese Druckerhöhung wirkt sich über den Verbindungskanal 28 auch im Druckraum 15 aus. Das wiederum führt dazu, dass die Düsennadel 10 aus ihrem Sitz abhebt und der Kraftstoff in den Brennraum 14 injiziert wird.

[0032] Somit wird der 3/2-Ventilkolben 34 direkt vom Piezoaktor 43 gesteuert, wobei der Ventilkolben 34 als Kraft- bzw. Bewegungsübertragungsglied auf das als Dichtkörper ausgebildete Kugelelement 35 wirkt. Das 3/2-Wegeventil mit Ventilkolben 34 und Kugelelement 35 ist nahezu druckausgeglichen ausgeführt. Dies wird dadurch erreicht, dass das Kugelelement 35 ständig mit Hochdruck aus dem Injektorzulauf, welcher den Verbindungskanal 33 betrifft, beaufschlagt ist.

[0033] In Fig. 2 ist ein Kraftstoffinjektor 1 ohne Druckübersetzer 5 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung umfasst den gleichen Aufbau wie der des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffinjektors. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Fig. 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen beiden Ausführungsformen eingegangen.

[0034] Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 steht der Ventilsteuerraum 30 über einen Verbindungskanal 55, der eine Drossel 56 umfasst, mit dem Düsennadelsteuerraum 57 in Verbindung. Der Düsennadelsteuerraum 57 ist innerhalb einer Dichthülse 58 angeordnet, die mit einer Beißkante ausgestattet ist. Außerdem wird der Düsennadelsteuerraum 57 durch eine Stirnseite einer Düsennadel 59 begrenzet. An der Düsennadel 59 ist ein Bund 62 ausgebildet, wobei zwischen dem Bund 60 und der Dichthülse 58 eine Düsenfeder 16 angeordnet ist. Damit wird die Beißkante der Dichthülse 58 gegen das Injektorgehäuse gedrückt. Auf der anderen Seite wird die Düsennadel 59 mit ihrer Spitze aufgrund der Vorspannkraft der Düsenfeder 16 in Anlage an den zugehörigen Düsennadelsitz gehalten. Wird der in der deaktivierten Einstellung dargestellte Kraftstoffinjektor aktiviert, wird die geschlossen dargestellte erste Dichtkante 36 geöffnet und die zweite Dichtkante 37 geschlossen. Dies bewirkt eine Druckzunahme in dem hydraulischen Kopplungsraum 49 und dadurch eine Bewegung des Ventilkolbens 34 sowie des Kugelelements 35 nach unten. Dabei öffnet die erste Dichtkante 36 und die zweite Dichtkante wird mit dem Kugelelement 35 verschlossen, so dass eine Verbindung zwischen dem Ventilsteuerraum 30 und dem Rücklauf 38 freigegeben wird. Dadurch wird der Ventilsteuerraum 30 druckentlastet. Diese Druckentlastung wirkt sich über den Verbindungskanal 55 auch in dem Düsennadelsteuerraum 57 aus, so dass über Abflachungen 59 in der Düsennadel 10 Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, da sich die Düsennadel 10 aus ihrem Sitz abhebt.

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (14) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Injektorgehäuse (6, 7, 31, 32, 39, 40), welches eine Kraftstoffzuleitung (3, 4) aus einer Kraftstoffhochdruckquelle (2) aufweist und mit einem Druckraum (15) fluidisch verbindbar ist, weiterhin umfassend ein 3/2-Wegeventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (14), welches einen Ventilkolben (34) aufweist, der zwischen einer Ruhestellung und einer Einspritzstellung axial hin- und her bewegbarer ist, und der über eine an einen Kopplerraum (49) angrenzende erste Endfläche (50) hydraulisch mit einem Piezoaktor (43) gekoppelt und aktivicrbar ist, wobei das 3/2-Wegeventil als Ventilglied ein Kugelelement (35) umfasst, das mit einer zweiten Endfläche (51) des Ventilkolbens (34) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (35) in der Ruhestellung gegen eine erste Dichtkante (36) und in der Einspritzstellung gegen eine zweite Dichtkante (37) bewegbar ist, wobei zum druckausgeglichenen Schalten die erste Endfläche (50) des Ventilkolbens (34) und diejenige hierzu gegenüberliegend angeordnete Teilfläche an dem Kugelelement (35), welche durch die zweite Dichtkante (37) begrenzt ist, in etwa gleich große wirksame Flächen aufweisen, an denen der von der Kraftstoffhochdruckquelle (2) ausgehende Druck anliegt.

2. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilkolbens (34) und der Durchmesser an der ersten Dichtkante (36) ein Verhältnis aufweisen, welches ein Andrücken des Kugelelementes (35) in der Ruhestellung mit geringer Kontaktkraft gegen die erste Dichtkante (36) ermöglicht.

3. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (35) im Ventilsteuerraum (30) aufgenommen ist, wobei die Dichtkanten (36, 37) in der Kontur des Ventilsteuerraumes (30) ausgebildet sind.

4. Kraftstoffinjcktor (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (35) im Ventilsteuerraum (30) ungeführt aufgenommen ist, und durch den jeweiligen Sitz in den Dichtkanten (36, 37) dichtend zentrierbar ist.

5. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (30) eine radialsymmetrische Innenkontur aufweist, sodass das Kugelelement (35) gegen die Dichtkanten (36, 37) einen jeweils ringförmigen Dichtkontakt bildet.

6. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (30) mit dem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle (2) beaufschlagt ist, wenn das Kugelelement (35) in der Ruhestellung gegen die erste Dichtkante (36) abdichtet, wohingegen der Ventilsteuerraum (30) über einen Rücklaufkanal (38) druckentlastbar ist, wenn das Kugelelement (35) in der Einspritzstellung gegen die zweite Dichtkante (37) abdichtet.

7. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilkolbens (34) kleiner ist als der Durchmesser der ersten Dichtkante (36) und/oder der Durchmesser der zweiten Dichtkante (37) kleiner ist als der Durchmesser des Ventilkolbens (34).

8. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (30) aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff besteht und/oder als Standardwälzlagerkörper ausgebildet ist.

9. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Gestalt des Ventilkolbens (34) nach Art eines zylinderförmigen Grundkörpers ausgebildet ist.

10. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen mit dem Druck der Kraftstoffhochdruckquelle (2) beaufschlagten hydraulischen Kopplungsraum (49) umfasst, über den der Piezoaktor (43) hydraulisch mit der ersten Endfläche (50) des Ventilkolbens (34) gekoppelt ist.

Claims

1. Fuel injector (1) for injecting fuel into a combustion chamber (14) of an internal combustion engine, comprising an injector housing (6, 7, 31, 32, 39, 40) which has a fuel supply line (3, 4) from a fuel high-pressure source (2) and which can be fluidically connected to a pressure chamber (15), also comprising a 3/2 directional valve for injecting fuel into the combustion chamber (14), which 3/2 directional valve has a valve piston (34) which can be moved axially back and forth between a rest position and an injection position and which, by means of a first end surface (50) adjoining a coupler chamber (49), is hydraulically coupled to and can be activated by a piezoelectric actuator (43), with the 3/2 directional valve comprising as a valve member a ball element (35) which is connected to a second end surface (51) of the valve piston (34), characterized in that the ball element (35) can be moved against a first sealing edge (36) in the rest position and against a second sealing edge (37) in the injection position, wherein for pressure-balanced switching, the first end surface (50) of the valve piston (34) and that partial surface on the ball element (35) which is arranged opposite said end surface (50) and which is delimited by the second sealing edge (37) have approximately equal-sized effective areas acted on by the pressure from the fuel high-pressure source (2).

2. Fuel injector (1) according to Claim 1, characterized in that the diameter of the valve piston (34) and the diameter at the first sealing edge (36) have a ratio which enables the ball element (35) to be pressed against the first sealing edge (36) with a low contact force in the rest position.

3. Fuel injector (1) according to Claim 1, characterized in that the ball element (35) is held in the valve control chamber (30), with the sealing edges (36, 37) being formed in the contour of the valve control chamber (30).

4. Fuel injector (1) according to Claim 3, characterized in that the ball element (35) is held without guidance in the valve control chamber (30) and can be sealingly centred in the sealing edges (36, 37) by the respective seat.

5. Fuel injector (1) according to Claim 1 to 4, characterized in that the valve control chamber (30) has a radially symmetrical inner contour, such that the ball element (35) forms in each case an annular sealing contact against the sealing edges (36, 37).

6. Fuel injector (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that the valve control chamber (30) is acted on with the pressure from the high-pressure fuel source (2) when the ball element (35) seals against the first sealing edge (36) in the rest position, whereas the valve control chamber (30) can be relieved of pressure via a return duct (38) when the ball element (35) seals against the second sealing edge (37) in the injection position.

7. Fuel injector (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that the diameter of the valve piston (34) is smaller than the diameter of the first sealing edge (36) and/or the diameter of the second sealing edge (37) is smaller than the diameter of the valve piston (34).

8. Fuel injector (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that the ball element (30) is composed of a metallic or ceramic material and/or is formed as a standard rolling bearing body.

9. Fuel injector (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that the geometric design of the valve piston (34) takes the form of a cylindrical basic body.

10. Fuel injector (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that said fuel injector comprises a hydraulic coupling chamber (49) which is acted on with the pressure in the fuel high-pressure source (2) and by means of which the piezoelectric actuator (43) is hydraulically coupled to the first end surface (50) of the valve piston (34).

Revendications

1. Injecteur de carburant (1) pour l'injection de carburant dans une chambre de combustion (14) d'un moteur à combustion interne, comprenant un boîtier d'injecteur (6, 7, 31, 32, 39, 40) qui présente une conduite d'alimentation en carburant (3, 4) depuis une source de carburant haute pression (2) et qui peut être connecté fluidiquement à un espace de pression (15), comprenant en outre une soupape à 3/2 voies pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion (14), laquelle présente un piston de soupape (34) qui peut être déplacé axialement en alternance entre une position de repos et une position d'injection, et qui est accouplé hydrauliquement à un actionneur piézoélectrique (43) par le biais d'une première surface d'extrémité (50) adjacente à un espace d'accouplement (49) et peut être activé, la soupape à 3/2 voies comprenant en tant qu'organe de soupape un élément en forme de bille (35) qui est en liaison avec une deuxième surface d'extrémité (51) du piston de soupape (34), caractérisé en ce que l'élément en forme de bille (35) peut être déplacé dans la position de repos contre une première arête d'étanchéité (36) et dans la position d'injection contre une deuxième arête d'étanchéité (37), et pour assurer une commutation avec compensation de la pression, la première surface d'extrémité (50) du piston de soupape (34) et la surface partielle disposée en face de celle-ci contre l'élément en forme de bille (35), qui est limitée par la deuxième arête d'étanchéité (37), présentant approximativement des surfaces actives de même taille, sur lesquelles s'applique la pression provenant de la source de carburant haute pression (2).

2. Injecteur de carburant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre du piston de soupape (34) et le diamètre au niveau de la première arête d'étanchéité (36) présentent un rapport qui permet de presser l'élément en forme de bille (35) dans la position de repos avec une faible force de contact contre la première arête d'étanchéité (36).

3. Injecteur de carburant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément en forme de bille (35) est reçu dans l'espace de commande de soupape (30), les arêtes d'étanchéité (36, 37) étant réalisées dans le contour de l'espace de commande de soupape (30).

4. Injecteur de carburant (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément en forme de bille (35) est reçu sans guidage dans l'espace de commande de soupape (30), et peut être centré de manière hermétique par le siège respectif dans les arêtes d'étanchéité (36, 37).

5. Injecteur de carburant (1) selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'espace de commande de soupape (30) présente un contour interne à symétrie radiale, de sorte que l'élément en forme de bille (35) forme contre les arêtes d'étanchéité (36, 37) un contact d'étanchéité annulaire respectif.

6. Injecteur de carburant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace de commande de soupape (30) est sollicité par la pression de la source de carburant haute pression (2), quand l'élément en forme de bille (35) réalise l'étanchéité dans la position de repos contre la première arête d'étanchéité (36), tandis que l'espace de commande de soupape (30) peut être détendu en pression par le biais d'un canal de reflux (38), quand l'élément en forme de bille (35) réalise l'étanchéité dans la position d'injection contre la deuxième arête d'étanchéité (37).

7. Injecteur de carburant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du piston de soupape (34) est inférieur au diamètre de la première arête d'étanchéité (36) et/ou le diamètre de la deuxième arête d'étanchéité (37) est inférieur au diamètre du piston de soupape (34).

8. Injecteur de carburant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément en forme de bille (35) se compose d'un matériau métallique ou céramique et/ou est réalisé sous forme de corps de palier à roulement standard.

9. Injecteur de carburant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme géométrique du piston de soupape (34) est réalisée sous forme de corps de base cylindrique.

10. Injecteur de carburant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que celui-ci comprend un espace d'accouplement (49) hydraulique sollicité par la pression de la source de carburant haute pression (2), par le biais duquel l'actionneur piézoélectrique (43) est accouplé hydrauliquement à la première surface d'extrémité (50) du piston de soupape (34).

Zeichnung