Stand der Technik Eine Durchflussverringerung in Kraftstoffinjektoren von Verbrennungskraftmaschinen bei Teillast führt zu einer Verringerung an Emission. Aus diesem Grund werden Kraftstoffin- jektoren mit mehrteiligen Einspritzventilgliedern versehen, die bei Teillast nur äußere Ein- spritzöffnungen und bei Volllast zusätzliche innere Einspritzöffnungen freigeben. Hier- durch kann der Durchfluss an Teil-und Volllastbetrieb angepasst werden. So wird der ma- ximale Kraftstoffdurchfluss erst erzielt, wenn beide Nadelteile des Einspritzventilglieds geöffnet sind.

Eine Einspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit mehrteiligem Einspritz- ventilglied ist zum Beispiel aus DE 100 38 054 AI bekannt Das Einspritzventilglied ist hier als zweiteilige Koaxialnadel mit einem ersten äußeren Nadelteil und einem und einem zweiten inneren Nadelteil ausgeführt. Zur Realisierung unterschiedlicher Einspritzquer- schnitte für den Teillastbetrieb und den Volllastbetrieb wirkt das erste Nadelteil mit ersten Einspritzöffnungen und das zweite Nadelteil mit zweiten Einspritzöffnungen zusammen.

Zumindest eines der beiden Nadelteile weist einen an einen Druckraum grenzenden Steu- erkolben auf. In den Druckraum mündet eine Druckleitung, wobei der Druck im Druck- raum über ein Ventil steuerbar ist. Der Einspritzdruck wird durch einen nockenbetätigten Pumpkolben aufgebaut. Bei Erreichen des Einspritzdrucks öffnet zunächst die äußere Dü- sennadel, während die innere Düsennadel durch ein Ventil verschlossen gehalten werden kann.

Darstellung der Erfindung Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor für ein Speichereinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein mehrteiliges Einspritzventilglied mit einem ersten Nadelteil, mit welchem erste Ein- spritzöffnungen verschlossen werden und einem zweiten Nadelteil, mit welchem zweite Einspritzöffnungen verschlossen werden. Weiterhin umfasst ein erfindungsgemäßer Kraft- stoffinjektor einen Druckübersetzer, der mit einer ersten Stirnseite einen Steuerraum und mit einer zweiten Stirnseite einen ersten Übersetzerraum begrenzt. Der erste Übersetzer- raum steht dabei über einen Verbindungskanal mit einem ersten Federraum in hydrauli- scher Verbindung, der durch eine den Einspritzöffnungen abgewandte Stirnseite des ersten Nadelteils begrenzt ist.

Im ersten Federraum ist ein erstes Federelement angeordnet, welches vorzugsweise als Spi- ralfeder ausgebildet ist und welches auf die Stirnseite des ersten Nadelteils wirkt. Die so auf die Stirnseite des ersten Nadelteils aufgebrachte Federkraft wirkt unterstützend beim Schließen des ersten Nadelteils.

Der Druckübersetzer ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsflächen der ersten und zweiten Stirnseite gleich groß sind. Die erste Stirnseite liegt der zweiten Stirn- seite gegenüber, so dass die auf die erste Stirnseite wirkende Druckkraft der auf die zweite Stirnseite wirkenden Druckkraft entgegengesetzt ist. Hierdurch unterstützt die auf die erste Stirnseite wirkende Druckkraft einen zur Betätigung des Kraftstoffinjektors bevorzugt ein- gesetzten Piezoaktor beim Schließen der Düse. Neben dem bevorzugt eingesetzten Piezo- aktor eignet sich zum Ansteuern des Kraftstoffinjektors auch ein Elektromagnet oder ein hydraulisch/mechanischer Steller.

Zur Ansteuerung des zweiten Nadelteils ist vorzugsweise an der zweiten Stirnseite des Druckübersetzers ein unteres Kolbenteil mit einer dritten Stirnseite ausgebildet, die einen zweiten Federraum begrenzt. Im zweiten Federraum ist ein zweites Federelement angeord- net, das vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet ist, und auf die dritte Stirnseite des Druckübersetzers derart wirkt, dass der Übersetzer mittels der Federkraft gegen den Piezo- aktor gestellt wird. Über einen Verbindungskanal steht der zweite Federraum mit einem zweiten Übersetzerraum in hydraulischer Verbindung. Dabei wird der zweite Übersetzer- raum durch eine Stirnseite des zweiten Nadelteils begrenzt. Die Stirnseite des zweiten Na- delteils liegt dabei vorzugsweise den Einspritzöffnungen gegenüber, so dass durch die auf die Stirnseite wirkende hydraulische Kraft das zweite Nadelteil verschlossen wird.

In einer bevorzugten Ausfixhrungsform ist das mehrteilige Einspritzventilglied rotations- symmetrisch ausgebildet, wobei das erste Nadelteil das zweite Nadelteil ringförmig um- schließt.

Sobald der zur Steuerung des Kraftstoffinjektors eingesetzte Piezoaktor nicht mehr bestromt wird und sich zusammenzieht, bewegt sich der Druckübersetzer in Richtung des Piezoaktors, wobei die zweite Stirnseite des Druckübersetzers aus dem ersten Übersetzer- raum ausfährt und so das Volumen des ersten Übersetzerraums vergrößert wird. Hierdurch reduziert sich gleichzeitig der Druck im ersten Übersetzerraum und damit aufgrund der hydraulischen Verbindung auch im ersten Federraum. Während die auf die Stirnseite des ersten Nadelteils wirkende hydraulisch Kraft abnimmt, wirkt gleichzeitig auf eine dem Brennraum zugewandte Druckstufe des ersten Nadelteils, die in einen Ringraum hineinragt, welche über eine Zuleitung mit dem Hochdruckspeicher in hydraulischer Verbindung steht und in welchem somit Systemdruck herrscht, eine konstant bleibende hydraulische Kraft, die der hydraulischen Kraft auf die Stirnseite des ersten Nadelteils entgegengerichtet ist.

Sobald die hydraulische Kraft auf die dem Brennraum zugewandte Druckstufe größer ist als die Summe der hydraulischen Kraft und der Federkraft auf die Stirnseite des ersten Na- delteils öffnet das Nadelteil. In einer bevorzugten Ausführungsform unterstützt eine zu- sätzliche Druckstufe, die der Stirnseite des ersten Nadelteils gegenüber liegt, so dass die auf die zusätzliche Druckstufe wirkende hydraulische Kraft der auf die Stirnseite des ersten Nadelteils wirkenden hydraulischen Kraft entgegengesetzt ist, und die einen ersten Befül- lerraum begrenzt, den Öffnungsvorgang des ersten Nadelteils.

Durch die zusätzliche Druckstufe wird das Öffnungsverhalten des ersten Nadelteils verbes- sert. Hierdurch öffnet das erste Nadelteil deutlich vor dem zweiten Nadelteil. Durch eine Veränderung der Flächen der Druckstufen am ersten Nadelteil kann das Öffnungsverhalten weiter verbessert werden. Weiterhin hat die zusätzliche Druckstufe am ersten Nadelteil und der damit ermöglichte frühere Öffnungszeitpunkt ein gutes Kleinstmengenverhalten auch bei Speicherdrucken unterhalb des Systemdrucks zur Folge.

Zur Vereinfachung der Montage des Kraftstoffinjektors ist der Übersetzer vorzugsweise zweiteilig ausgebildet.

Zeichnung Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor.

Ausführungsvarianten In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor für ein Speichereinspritz- system dargestellt.

In einem Kraftstoffinjektor 1 ist ein mehrteiliges Einspritzventilglied angeordnet, welches ein erstes Nadelteil 2, welches mit ersten Einspritzöffnungen 3 zusammenwirkt und ein zweites Nadelteil 4, welches mit zweiten Einspritzöffnungen 5 zusammenwirkt, umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Nadelteil 2 und das zweite Nadelteil 4 als Koaxialnadel ausgebildet. Hierzu weist das zweite Nadelteil 4 einen rotationssysm- metrischen Querschnitt auf und ist von dem ersten Nadelteil 2, welches einen ringförmigen Querschnitt aufweist, umgeben.

Zum Verschließen der ersten Einspritzöffnungen 3 liegt das erste Nadelteil 2 mit einem ersten Dichtsitz 7 am Injektorgehäuse 6 an. Hierdurch wird ein erster Düsenraum 9 von einem Ringraum 11, in welchem sich Kraftstoff unter hohem Druck befindet, abgetrennt.

Die Möglichkeit, nur die ersten Einspritzöffnungen 3 zu öffnen, ist dadurch gegeben, dass der erste Düsenraum 9 von einem zweiten Düsenraum 10 durch einen zweiten Dichtsitz 8 getrennt wird. Entlang des zweiten Dichtsitzes 8 liegt das zweite Nadelteil 4 am Injektor- gehäuse 6 an. Die zweiten Einspritzöffnungen 5 sind im Injektorgehäuse 6 im Bereich des zweiten Düsenraums 10 angeordnet. Sowohl die ersten Einspritzöffnungen 3 als auch die zweiten Einspritzöffnungen 5 führen in einen Brennraum 39 einer Verbrennungskraftma- schine.

Die Kraftstoffversorgung des Ringraums 11 und damit des ersten Düsenraums 9 bei geöff- netem ersten Nadelteil 2 und des zweiten Düsenraums 10 bei geöffneten zweitem Nadel- teil 4 erfolgt über eine Zulaufleitung 12. Die Zulaufleitung 12 ist über eine Verbindung 13 mit einem Hochdruckspeicher 38 verbunden. Neben dem hier dargestellten Hochdruck- speicher 38 mit Anschlüssen 40 für 4 Kraftstoffinjektoren 1 einer Verbrennungskraftma- schine mit 4 Zylindern kann der Hochdruckpeicher 38 auch Anschlüsse 40 für Kraftstof- finjektoren 1 für jede beliebige dem Fachmann bekannte Anzahl an Zylindern von Verbrennungskraftmaschinen aufweisen. Die Zulaufleitung 12 mündet in einen Druckraum 14, aus dem sich der das erste Nadelteil 2 umgebende Ringraum 11 erstreckt.

Die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 1 erfolgt vorzugsweise über einen Piezoaktor 41.

Neben dem Piezoaktor 41 eignet sich jedoch auch ein Elektromagnet oder ein hydrau- lisch/mechanischer Steller. Bei verschlossenen ersten Einspritzöffnungen 3 und zweiten Einspritzöffnungen 5 ist der Piezoaktor 41 bestromt und ausgefahren. Der Piezoaktor 41 wirkt auf eine erste Stirnseite 16 eines Druckübersetzers 15, der sich entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante bei geschlossenen Einspritzöffnungen 3,5 in sei- ner unteren Position befindet.

Am Druckübersetzer 15 sind die erste Stirnseite 16, die eine Seitenwand eines Steuerraums 17 bildet und eine zweite Stirnseite 18, die eine Wand eines ersten Übersetzerraums 19 bildet, derart angeordnet, dass eine an der ersten Stirnseite 16 angreifende hydraulische Kraft einer an der zweiten Stirnseite 18 angreifenden hydraulischen Kraft genau entgegen- gesetzt wirkt. Der Steuerraum 17 wird über einen Bypass 20, der von der Zulaufleitung 12 abgezweigt, mit Kraftstoff versorgt. Hierdurch entspricht der Druck im Steuerraum 17 dem Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher, der auch als Systemdruck bezeichnet wird und im Bereich von 1300 bis 1600 bar liegt.

Der erste Übersetzerraum 19 steht über einen Verbindungskanal 21 mit einem ersten Feder- raum 22 in hydraulischer Verbindung. Hierdurch herrscht im ersten Federraum 22 und dem ersten Übersetzerraum 19 der gleiche Druck. Der erste Federraum 22 wird an einer Seite durch eine Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 begrenzt. Durch die aufgrund des Drucks im ersten Federraum 22 auf die Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydrauli- sche Kraft wird das erste Nadelteil 2 in den ersten Dichtsitz 7 gestellt und verschließt so die ersten Einspritzöffnungen 3. Zur Unterstützung der Druckkraft auf die Stirnfläche 23 ist im ersten Federraum 22 ein Federelement 24 angeordnet, welches ebenfalls auf die Stirn- fläche 23 des ersten Nadelteils 2 wirkt. Als Federelemente eignen sich z. B. Spiralfedern oder Tellerfedern.

Zum Verschließen des zweiten Nadelteils 4 ist an der die zweite Stirnseite 18 des als Über- setzerkolben ausgebildeten Druckübersetzers 15 umfassenden Seite ein Kolbenteil 25 aus- gebildet. Das Kolbenteil 25 begrenzt mit einer dritten Stirnseite 26 einen zweiten Feder- raum 27. Der zweite Federraum 27 steht über einen zweiten Verbindungskanal 28 mit ei- nem zweiten Übersetzerraum 29 in hydraulischer Verbindung. Hierdurch herrscht im zweiten Federraum 27 und dem zweiten Übersetzerraum 29 der gleiche Druck. Der zweite Übersetzerraum 29 wird durch eine Stirnfläche 30 des zweiten Nadelteils 4 begrenzt. Auf- grund des Drucks im zweiten Übersetzerraum 29 wirkt eine Druckkraft auf die Stirnflä- che 30 des zweiten Nadelteils 4. Hierdurch wird das zweite Nadelteil 4 in den zweiten Dichtsitz 8 gestellt und verschließt so die zweiten Einspritzöffnungen 5.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 1 wirkt der Piezoaktor 41 direkt auf die obere Stirnseite 16 des Druckübersetzers 15. Dabei hat der Piezoaktor 41 vorzugsweise den gleichen Durchmesser wie das untere Kolbenteil 25. Hierdurch sind die Flächen der ersten Stirnseite 16 und der zweiten Stirnseite 18 des Druckübersetzers 15 gleich groß. Bei gleichem Kraftstoffdruck im Steuerraum 17 und im ersten Übersetzer- raum 19 ist der Druckübersetzer 15 dadurch druckausgeglichen. Neben der Ausführungs- form, bei der der Piezoaktor 41 direkt auf die erste Stirnseite 16 des Druckübersetzers 15 wirkt und dabei im gleichen Durchmesser ausgeführt ist wie das untere Kolbenteil 25, kann an der ersten Stirnseite 16 des Druckübersetzers 15 auch ein oberes Kolbenteil angeordnet sein, welches im gleichen Durchmesser ausgeführt ist wie das untere Kolbenteil 25, wobei der Piezoaktor 41 dann auf das obere Kolbenteil wirkt.

Zum Öffnen der Einspritzöffnungen 3,5 wird die Spannung vom Piezoaktor genommen.

Hierdurch ziehen sich die im Piezoaktor angeordneten Kristalle zusammen, wodurch der Piezoaktor einfährt. Dies führt dazu, dass der Druckübersetzer 15 in Richtung des Pfeils 31 bewegt wird. Zur Unterstützung der Öffnungsbewegungen des Druckübersetzers 15 ist im zweiten Federraum 27 ein zweites Federelement 32 angeordnet. Das zweite Federelement 32 wirkt auf die dritte Stirnseite 26 am Kolbenteil 25 des Druckübersetzers 15. Als zweites Federelement 32 eignen sich z. B. Spiralfedern oder Tellerfedern.

Durch die Bewegung des Druckübersetzers 15 in die mit dem Pfeil 31 gekennzeichnete Richtung vergrößert sich das Volumen des ersten Übersetzerraums 19. Hierdurch nimmt der Druck im ersten Übersetzerraum 19 und damit, über den Verbindungskanal 21, auch im ersten Federraum 22 ab. Der abnehmende Druck im ersten Federraum 22 führt zu einer abnehmenden hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2. Das erste Nadelteil 2 ist mit einer Druckstufe 33 versehen, die an den Ringraum 11 angrenzt. Da der Ringraum 11 mit dem Hochdruckspeicher in direkter Verbindung steht, bleibt der Druck im Ringraum 11 konstant. Hierdurch ändert sich die auf die Druckstufe 33 des ersten Na- delteils 2 wirkende hydraulische Kraft nicht. Sobald aufgrund des abnehmenden Drucks im ersten Federraum 22 die auf die Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydrauli- sche Kraft kleiner ist als die auf die Druckstufe 33 des ersten Nadelteils wirkende hydrauli- sche Kraft, hebt sich das erste Nadelteil 2 vom ersten Dichtsitz 7 und öffnet so den ersten Düsenraum 9. Hierdurch strömt Kraftstoff aus dem Ringraum 11 in den ersten Düsenraum 9 und von dort über die ersten Einspritzöffnungen 3 in den Brennraum.

Um das Öffnungsverhalten der ersten Düsennadel 2 zu verbessern, ist in der in Figur 1 dar- gestellten Ausführungsform die erste Düsennadel 2 mit einer zusätzlichen Druckstufe 35 versehen, die der Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 gegenüberliegt, so dass eine auf die zusätzliche Druckstufe 25 wirkende hydraulische Kraft der auf die Stirnfläche 23 des ersten

Nadelteils 2 wirkenden hydraulische Kraft entgegengesetzt ist. Die zusätzliche Druckstufe 35 begrenzt einen zweiten Steuerraum 34, der über einen zweiten Bypass 36 mit der Zu- laufleitung 12 verbunden ist. Aufgrund der Verbindung 13 der Zulaufleitung 12 zum Hochdruckspeicher herrscht im zweiten Steuerraum 34 Systemdruck. Aufgrund des Drucks im zweiten Steuerraum 34 wirkt eine konstante hydraulische Kraft auf die zusätzliche Druckstufe 35 des ersten Nadelteils 2. Diese hydraulische Kraft wirkt unterstützend beim Öffnen des ersten Nadelteils 2. Durch ein entsprechendes Flächenverhältnis der Druckstufe 33 und der zusätzlichen Druckstufe 35 des ersten Nadelteils 2 lässt sich der Öffnungszeit- punkt des ersten Nadelteils 2 im Vergleich zum Öffnungszeitpunkt des zweiten Nadelteils 4 beeinflussen.

Sobald das erste Nadelteil 2 geöffnet ist und Kraftstoff in den ersten Düsenraum 9 strömt, wirkt der Systemdruck auf eine Druckstufe 37 des zweiten Nadelteils 4, die den ersten Dü- senraum 9 begrenzt. Durch die Bewegung des Druckübersetzers 15 in die mit dem Pfeil 31 gekennzeichnete Richtung bewegt sich die dritte Stirnseite 26 des Kolbenteils 25 aus dem zweiten Federraum 27. Hierdurch wird das Volumen des zweiten Federraums 27 vergrö- ßert, wodurch der Druck im zweiten Federraum 27 absinkt. Aufgrund der hydraulischen Verbindung des zweiten Federraums 27 mit dem zweiten Übersetzerraum 29 über den zweiten Verbindungskanal 28 nimmt auch der Druck im zweiten Übersetzerraum 29 ab.

Aufgrund der Verbindung des ersten Düsenraums 9 mit dem Hochdruckspeicher bei geöff- netem ersten Nadelteil 2 bleibt der Druck im ersten Düsenraum 9 konstant. Zu dem Zeit- punkt, zu dem die auf die Stirnseite 30 des zweiten Nadelteils 4 wirkende hydraulische Kraft aufgrund des abnehmenden Drucks im zweiten Übersetzerraum 29 niedriger ist als die hydraulische Kraft, die auf die Druckstufe 37 des zweiten Nadelteils 4 wirkt, öffnet das zweite Nadelteil 4. Sobald das zweite Nadelteil 4 geöffnet hat, strömt Kraftstoff aus dem ersten Düsenraum 9 in den zweiten Düsenraum 10 und von dort über die zweiten Ein- spritzöffnungen 5 in den Brennraum.

Zum Schließen der Einspritzöffnungen 3,5 wird der Piezoaktor wieder bestromt, wodurch sich die Piezokristalle ausdehnen, und damit ausgefahren. Hierdurch bewegt sich der Druckübersetzer 15 wieder in seine Ausgangsposition. Aufgrund der Bewegung des Druckübersetzers 15 entgegen der mit dem Pfeil 31 gekennzeichneten Bewegungsrichtung verringert sich das Volumen im ersten Übersetzerraum 19 und im zweiten Federraum 27.

Das sich verringernde Volumen führt dazu, dass der Druck im ersten Übersetzerraum 19 und im zweiten Federraum 27 zunimmt. Aufgrund der hydraulischen Verbindung des ers- ten Übersetzerraums 19 mit dem ersten Federraum 22 über den Verbindungskanal 21, nimmt auch der Druck im ersten Federraum 22 und damit die auf die Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydraulische Kraft zu. Sobald die auf die Stirnfläche 23 des ersten Nadelteils 2 wirkende hydraulische Kraft, die auf die Druckstufe 33 und die zusätz-

liche Druckstufe 35 des ersten Nadelteils wirkende hydraulische Kraft übersteigt, bewegt sich das erste Nadelteil 2 in seinen ersten Dichtsitz 7 und verschließt so die ersten Ein- spritzöffnungen 3.

Gleichzeitig nimmt aufgrund der hydraulischen Verbindung des zweiten Federraums 27 mit dem zweiten Übersetzerraum 29 über den zweiten Verbindungskanal 28 der Druck im zweiten Übersetzerraum 29 zu, wodurch sich die Druckkraft auf die Stirnfläche 30 des zweiten Nadelteils 4 erhöht. Sobald die auf die Stirnfläche 30 des zweiten Nadelteils 4 wirkende hydraulische Kraft, die die auf die Druckstufe 37 des zweiten Nadelteils 4-wir- kende hydraulische Kraft übersteigt, bewegt sich das zweite Nadelteil 4 in den zweiten Dichtsitz 8 und verschließt so die zweiten Einspritzöffnungen 5.

Bezugszeichenliste 1 Kraftstoffinjektor 38 Hochdruckspeicher 2 erstes Nadelteil 39 Brennraum 3 erste Einspritzöffnungen 40 Anschluss 4 zweites Nadelteil 41 Piezoaktor 5 zweite Einspritzöffnungen 6 Injektorgehäuse 7 erster Dichtsitz 8 zweiter Dichtsitz 9 erster Düsenraum 10 zweiter Düsenraum 11 Ringraum 12 Zulaufleitung 13 Verbindung zum Hochdruckspeicher 14 Druckraum 15 Druckübersetzer 16 erste Stirnseite 17 Steuerraum 18 zweite Stirnseite 19 erster Übersetzerraum 20 Bypass 21 Verbindungskanal 22 erster Federraum 23 Stirnfläche des ersten Nadelteils 2 24 Federelement 25 Kolbenteil 26 dritte Stirnseite 27 zweiter Federraum 28 zweiter Verbindungskanal 29 zweiter Übersetzerraum 30 Stirnfläche des zweiten Nadelteils 4 31 Bewegungsrichtung des Übersetzers 15 32 zweites Federelement 33 Druckstufe des ersten Nadelteils 2 34 zweiter Steuerraum 35 zusätzliche Druckstufe 36 zweiter Bypass 37 Druckstufe des zweiten Nadelteils 4