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Title:
PRESSURE-CONTROLLED COMMON RAIL INJECTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/035975
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an injector (1) for injecting fuel into the combustion chamber (14) of an internal combustion engine comprising a 2/3-wave valve (3) whose first joint (7) is connected to a high-pressure line (10), the second joint (8) is connected to a supply line leading to a valve needle (4) and the third joint (9) is connected to a return line (16). When the valve (3) is in the injection position, the first joint (7) is connected to the second joint (8), the third joint (9) being closed. When the valve (3) is in a no-injection position, the first joint (7) is closed whereas the second joint (8) is connected to the third joint (9). The valve (3) body (6) comprises a control circuit (17) for controlling the connection between the first (7) and second (8) joints, a second controll circuit (18) for controlling the connection between the second (8) and third (9) joints and is directly drive-coupled with a piezoactuator (19).

Inventors:
STOECKLEIN WOLFGANG (DE)
SCHNELL MATTHIAS (DE)
KOCH REINER (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001734
Publication Date:
April 21, 2005
Filing Date:
August 03, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
STOECKLEIN WOLFGANG (DE)
SCHNELL MATTHIAS (DE)
KOCH REINER (DE)
International Classes:
F02M63/00; F02M59/46; (IPC1-7): F02M63/00
Foreign References:
DE10001828A12001-07-19
DE29717649U11997-11-20
DE10103089A12002-08-08
DE19512730C11996-08-29
DE19512270A11996-09-26
DE4341546A11995-06-08
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Claims:
Ansprüche
1. l.
2. Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in den Brennraum (14) einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3/2Ventil (3} vorgesehen ist, dessen erster Anschluss (7) mit einer Kraftstoffhochdruckleitung (10) verbunden ist, dessen zweiter Anschluss (8) mit einer zu einer Düsennadel (4) führenden Zuführungsleitung (11) verbunden ist und dessen dritter Anschluss (9) mit einem Kraftstoffrücklauf (16) verbunden ist, dass in der Spritzstellung des Ventils (3) der erste Anschluss (7) mit dem zweiten Anschluss (8) verbunden und der dritte Anschluss (9) gesperrt ist, dass in der Spritzpausenstellung des Ventils (3) der erste Anschluss (7) gesperrt und der zweite Anschluss (8) mit dem dritten Anschluss (9) verbunden ist, dass das Ventil (3) einen Ventilkörper (6) aufweist, der in einem Injektorkörper (2) verstellbar angeordnet ist und eine erste Steuerkontur (17) zum Steuern der Verbindung zwischen dem ersten Anschluss (7) und dem zweiten Anschluss (8) sowie eine zweite Steuerkontur (18) zum Steuern der Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss (9) aufweist, dass der Ventilkörper (6) zur Verstellung zwischen einer der Spritzstellung zugeordneten ersten Endlage und einer der Spritzpausenstellung zugeordneten zweiten Endlage mit einem Piezoaktor (19) direkt antriebsgekoppelt ist.
3. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (26) vorgesehen ist, die eine den Ventilkörper (6) in die der Spritzpausenstellung zugeordnete zweite Endlage antreibende Rückstellkraft (25) erzeugt.
4. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstellkolben (28) vorgesehen ist, der am Ventilkörper (6) abgestützt ist und eine den Ventilkörper (6) in die der Spritzpausenstellung zugeordnete zweite Endlage antreibende Rückstellkraft (25) erzeugt.
5. Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellkolben (28) an einer vom Ventilkörper (6) abgewandten Seite (29) mit der Kraftstoffhochdruckleitung (10) kommuniziert.
6. Injektor zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (26) am Ventilkörper (6) oder am Rückstellkolben (28) abgestützt ist.
7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) so im Injektorkörper (2) angeordnet und mit dem Piezoaktor (19) gekoppelt ist, dass der eingeschaltete Piezoaktor (19) den Ventilkörper (6) von der zweiten Endlage in die erste Endlage antreibt.
8. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) einen ersten Teilkörper (38) und einen zweiten Teilkörper (39) aufweist, dass der erste Teilkörper (38) mit dem Piezoaktor (19) direkt antriebsgekoppelt ist und eine der Steuerkonturen (17) aufweist, dass der zweite Teilkörper (39) mit dem ersten Teilkörper (38) direkt und über den ersten Teilkörper (38) mit dem Piezoaktor (19) indirekt antriebsgekoppelt ist und die andere Steuerkontur (18) aufweist.
9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) oder sein zweiter Teilkörper (39) an einer vom Piezoaktor (19) abgewandten Seite (24) mit der Kraftstoffhochdruckleitung (10) kommuniziert.
10. Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) in einem Aktorraum (43) mit dem Piezoaktor (19) antriebsgekoppelt ist, dass der Aktorraum (43) mit dem Kraftstoffrücklauf (16) kommuniziert, dass am Ventilkörper (6) ein Rücklaufpfad (44) ausgebildet ist, der von der zweiten Steuerkontur (18) des Ventilkörpers (6) zum Aktorraum (43) führt.
11. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) mit einem Kopplungskolben (37) des Piezoaktors (19) antriebsgekoppelt ist.
12. Injektor nach einem der Ansprüche 1, bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) oder sein erster Teilkörper (38) durch einen Kopplungskolben (37) des Piezoaktors (19) gebildet ist.
13. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerkontur (17) oder die zweite Steuerkontur (18) als Kegelsitz oder als Flachsitz ausgebildet ist.
Description:
Druckgesteuerter CR-Injektor Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.

Ein derartiger Injektor ist beispielsweise aus der DE 100 60 836 Cl bekannt. Der bekannte Injektor weist ein 4/3-Ventil auf, mit dem zum einen ein Düsenraum und ein Steuerraum einer Düsennadel mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagbar sind und mit dem zum andern ein Druckabfall im Steuerraum steuerbar ist. Der Kraftstoffhochdruck im Düsenraum erzeugt eine in Öffnungsrichtung wirksame Kraft an der Düsennadel.

Im Unterschied dazu erzeugt der Druck im Steuerraum eine in Schließrichtung der Düsennadel wirksame Kraft. Durch die Steuerung des Drucks im Steuerraum kann somit das Kräftegleichgewicht an der Düsennadel zum Öffnen und Schließen der Düsennadel verändert werden. Beim bekannten Injektor ist die Düsennadel servogesteuert, da mit Hilfe des 4/3-Ventils der Druck im Steuerraum gesteuert wird, was ein Öffnen bzw. Schließen der Düsennadel bewirkt.

Eine Servosteuerung besitzt jedoch vergleichsweise große Toleranzen, wodurch bei einem derartigen Injektor Einspritzbeginn, Einspritzende und Einspritzdauer mit entsprechenden Toleranzen behaftet sind. Da moderne Einspritzverfahren mit zunehmen höheren Drücken arbeiten, ist eine möglichst genaue Einhaltung vorgegebener Schaltzeiten erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse im Hinblick auf einen schadstoffarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Injektor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Düsennadel direkt durch den von einem 3/2-Ventil gesteuerten Druck betätigt wird, wodurch Schalttoleranzen verkleinert werden. Darüber hinaus wird durch die direkte mechanische Kopplung eines Ventilkörpers des 3/2-Ventils mit einem Piezoaktuator oder Piezoaktor erreicht, dass auch das Ventil direkt betätigt werden kann. Dementsprechend besitzt auch das Ventil sehr enge Schalttoleranzen. Insgesamt ergeben sich somit für den erfindungsgemäßen Injektor vergleichsweise kleine Betätigungstoleranzen. Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße Injektor kann vorgegebene Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte mit einer relativ hohen Genauigkeit einhalten.

Bei einer besonderen Ausführungsform kann der Ventilkörper einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper aufweisen, wobei der erste Teilkörper mit dem Piezoaktor direkt antriebsgekoppelt ist und eine der Steuerkonturen aufweist, während der zweite Teilkörper mit dem ersten Teilkörper direkt und über den ersten Teilkörper mit dem Piezoaktor indirekt antriebsgekoppelt ist und die andere Steuerkontur aufweist. Eine derartige Ausführungsform kann die Herstellbarkeit und Montierbarkeit des Injektors erheblich vereinfachen. Gemäß einer Weiterbildung kann der Ventilkörper oder sein zweiter Teilkörper durch einen Antriebskolben des Piezokators gebildet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform ergibt sich ein erhöhter Integrationsgrad, was zum Beispiel eine besonders kompakte Bauweise für den Injektor ermöglicht. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Figurenbeschreibungen anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 bis 9 jeweils einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Injektor nach der Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Entsprechend den Fig. 1 bis 9 besitzt ein erfindungsgemäßer Injektor 1 einen Injektorkörper 2, in dem ein 3/2-Ventil 3 ausgebildet ist und in dem eine Düsennadel 4 zur Steuerung wenigstens eines Spritzlochs 5 hubverstellbar gelagert ist.

Das 3/2-Ventil 3 umfasst einen Ventilkörper 6, der im Injektorkörper 2 hubverstellbar gelagert ist. Das 3/2-Ventil 3 weist entsprechend seiner Bezeichnung 3/2 drei Anschlüsse, nämlich einen ersten Anschluss 7, einen zweiten Anschluss 8 und einen dritten Anschluss 9, sowie zwei Schaltstellungen auf, nämlich eine Spritzstellung und eine Spritzpausenstellung. Der erste Anschluss 7 ist mit einer Kraftstoffhochdruckleitung 10 verbunden, die im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, die mit mehreren derartiger Injektoren 1 ausgestattet ist, mit einem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Üblicherweise sind die Kraftstoffhochdruckleitungen 10 von mehreren derartigen Injektoren 1 bei der Verbrennungskraftmaschine an eine gemeinsame Hochdrucksammelleitung angeschlossen, die ihrerseits von einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird, sogenanntes "Common-Rail-Prinzip". Dementsprechend handelt es sich hier um einen Common-Rail-Injektor 1 oder kurz CR-Injektor 1.

Der zweite Anschluss 8 des Ventils 3 ist an eine Zuführungsleitung 11 angeschlossen, die zu einem Düsenraum 12 führt. Der Düsenraum 12 kommuniziert über einen Ringraum 13 mit dem wenigstens einen Spritzloch 5, wenn die Düsennadel 4 von ihrem Ventilsitz abgehoben ist. Sofern die Düsennadel 4 in ihrem Ventilsitz sitzt, trennt sie die Verbindung zum wenigstens einen Spritzloch 5. Bei geöffneter Düsennadel 4 kann Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 5 in einen Brennraum 14 oder einen Gemischbildungsraum eindüsen.

Der dritte Anschluss 9 ist über eine Verbindungsleitung 15 an einen Kraftstoffrücklauf 16 angeschlossen, der in ein relativ druckloses Kraftstoffreservoir, vorzugsweise in einen Kraftstofftank führt.

Am Ventilkörper 6 ist eine erste Steuerkontur 17 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem zweiten Anschluss 8 steuert. Des Weiteren ist am Ventilkörper 6 eine zweite Steuerkontur 18 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem dritten Anschluss 9 steuert. Der Ventilkörper 6 ist zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verstellbar. In der ersten Endlage ist der erste Anschluss 7 mit dem zweiten Anschluss 8 verbunden, während der dritte Anschluss 9 geschlossen ist. Die erste Endlage ist somit der Spritzstellung des Ventils 3 zugeordnet. Im Unterschied dazu ist in der zweiten Endlage des Ventilkörpers 6 der zweite Anschluss 8 mit dem dritten Anschluss 9 verbunden, während der erste Anschluss 7 gesperrt ist. Die zweite Endlage ist demnach der Spritzpausenstellung des Ventils 3 zugeordnet. In den Fig. 1 bis 7 ist der Ventilkörper 6 in seiner zweiten Endlage dargestellt, was der Spritzpausenstellung des Ventils 3 entspricht. In den Fig. 8 und 9 ist der Ventilkörper in seiner ersten Endlage gezeigt, was der Spritzstellung des Ventils 3 entspricht.

Der Injektor 1 ist außerdem mit einem Piezoaktor oder Piezoaktuator 19 ausgestattet, der zur Verstellung des Ventilkörpers 6 dient und zu diesem Zweck erfindungsgemäß mit dem Ventilkörper 6 direkt antriebsgekoppelt ist. Beim Einschalten des Piezoaktors 19 dehnt sich dieser in einer Einschaltrichtung 20 aus, die hier durch einen Pfeil angedeutet ist. Beim Ausschalten des Piezoaktors 19 erfolgt dann ein Gegenhub in einer Ausschaltrichtung 21, die ebenfalls durch einen Pfeil repräsentiert ist. Die Antriebskopplung zwischen Piezoaktor 19 und Ventilkörper 6 erfolgt direkt, also mechanisch oder körperlich, jedoch nicht hydraulisch.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 bildet der Ventilkörper 6 ein vom Piezoaktor 19 grundsätzlich unabhängiges, separates Bauteil. Der Ventilkörper 6 kommt mit einer, dem Piezoaktor 19 zugewandten, ersten axialen Stirnseite 22 an einer Antriebsseite 23 des Piezoaktors 19 zur Anlage, die sich beim Einschalten und Ausschalten des Piezoaktors 19 in der Einschaltrichtung 20 bzw. in der Ausschaltrichtung 21 hubverstellt. Der Ventilkörper 6 besitzt außerdem eine vom Piezoaktor 19 abgewandte, zweite axiale Stirnseite 24, an welcher eine Rückstellkraft 25 angreift, die durch einen Pfeil repräsentiert ist. Die Rückstellkraft 25 wirkt dabei in Richtung der Ausschaltrichtung 21 des Piezoaktors 19 und somit entgegen der Einschaltrichtung 20. Hierdurch ist der Ventilkörper 6 stets gegen den Piezoaktor 19 vorgespannt und kann dessen Au sschalthub folgen.

Bei der Variante gemäß Fig. 1 wird die Rückstellkraft 25 mit Hilfe einer Rückstellfeder 26 erzeugt, die sich einerseits an der zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 und andererseits an einem entsprechenden Widerlager 27 des In j ektorkörpers 2 abstützt.

Bei der Variante gemäß Fig. 2 wird die Rückstellkraft 25 mit Hilfe eines Rückstellkolbens 28 generiert, der sich einenends direkt an der zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 abstützt und andererseits, an einer vom Ventilkörper 6 abgewandten Seite 29 mit Kraftstoffhochdruck, beaufschlagt ist. Der Rückstellkolben 28 ist in einer entsprechenden Kolbenführung 30 hubverstellbar gelagert und kommuniziert an seiner, vom Ventilkörper 6 abgewandten Seite 29 mit der Kraftstoffhochdruckleitung 10.

Fig. 3 zeigt eine dritte Variante, bei welcher sowohl der Rückstellkolben 28 als auch die Rückstellfeder 26 vorgesehen sind, wobei sich bei dieser Ausführungsform die Rückstellfeder 26 an der vom Ventilkörper 6 abgewandten Seite 29 des Rückstellkolbens 28 abstützt.

Bei-den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 ist außerdem eine Akt orfeder 31 vorgesehen, die eine in der Einschaltrichtung 20 des Piezoaktors 19 wirksame Kraft in den Piezoaktor 19 ein leitet.

Die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 arbeiten wie folgt : In dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Zustand befindet sich das Ventil 3 in seiner Spritzpausenstellung, das heißt der Ventilkörper 6 nimmt seine zweite Endlage ein, in welcher die erste Steuerkontur 17 den ersten Anschluss 17 sperrt und somit die Verbindung zwischen erstem Anschluss 7 und zweiten Anschluss 8 schließt. Gleichzeitig ist in der zweiten Endlage des Ventilkörpers 6 die Verbindung zwischen zweitem Anschluss 8 und drittem Anschluss 9 geöffnet.

Dementsprechend kommuniziert die Zuführungsleitung 11 mit dem Kraftstoffrücklauf 16. Die Düsennadel 4 ist mit einer Schließfeder 32 in ihre Schließstellung vorgespannt. Solange im Düsenraum 12 der relativ niedrige Rücklaufdruck des Kraftstoffrücklaufs 16 herrscht, überwiegt die Schließkraft der Schließfeder 32, so dass das wenigstens eine Spritzloch 5 geschlossen ist. Eine Kraftstoffeinspritzung findet nicht statt. Die Piezoaktor 19 ist dabei ausgeschaltet.

Wenn nun Kraftstoff in den Brennraum 14 eingedüst werden soll, wird der Piezoaktor 19 eingeschaltet, so dass dieser an seiner Antriebsfläche 23 einen Hub in der Einschaltrichtung 20 erzeugt. Durch die Antriebskopplung zwischen Piezoaktor 19 und Ventilkörper 6 führt auch der Ventilkörper 6 diesen Öffnungshub durch. Der Ventilkörper 6 wird dementsprechend von seiner zweiten Endlage in seine erste Endlage überführt. In der ersten Endlage schließt die zweite Steuerkontur 18 die Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem dritten Anschluss 9. Das heißt, die zweite Steuerkontur 18 sperrt den dritten Anschluss 9.

Gleichzeitig wird der erste Anschluss 7 mit dem zweiten Anschluss 8 verbunden. Dementsprechend herrscht in der Zuführungsleitung 11 und somit im Düsenraum 12 der Kraftstoffhochdruck der Kraftstoffhochdruckleitung 10. Da die Düsennadel 4 im Düsenraum 12 und/oder im Ringraum 13 eine Druckstufe 33 besitzt, werden nun in Öffnungsrichtung wirksame Kräfte in die Düsennadel 4 eingeleitet, die größer sind als die Schließkraft der Schließfeder 32.

Dementsprechend hebt die Düsennadel 4 ab und öffnet das wenigstens eine Spritzloch 5. Ein Rücklaufraum 34 der Düsennadel 4, in dem die Schließfeder 32 angeordnet ist, kommuniziert über eine Verbindungsleitung 35 mit dem Kraftstoffrücklauf 16, was den Öffnungshub der Düsennadel 4 ermöglicht.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor 19 wieder ausgeschaltet, wodurch seine Antriebsfläche 23 in der Ausschaltrichtung 21 verstellt wird. Aufgrund der Rückstellkraft 25 kann der Ventilkörper 6 der Rückstellbewegung des Piezoaktors 19 folgen, so dass er wieder seine zweite Endlage einnimmt. Durch die kommunizierende Verbindung zwischen zweitem Anschluss 8 und drittem Anschluss 9 kann nun der Druck der Zuführungsleitung 11 in den Kraftstoffrücklauf 16 entspannt werden, so dass in der Folge die Schließkraft der Schließfeder 32 an der Düsennadel 4 wieder überwiegt. Dadurch schließt die Düsennadel 4 und sperrt das wenigstens eine Spritzloch 5 ab.

Damit der Ventilkörper 6 der Verstellbewegung des Piezoaktors 19, insbesondere beim Ausschalten des Piezoaktors 19 folgen kann, ist es nicht erforderlich, dass der Ventilkörper 6 mit dem Piezoaktor 19 fest verbunden ist.

Durch die Rückstellkraft 25 kann der Ventilkörper 6 der Rückstellbewegung des Piezoaktors 19 hinreichend schnell folgen.

Die Dimensionierung der Rückstellfeder 26 und/oder des Rückstellkolbens 28 ist auf die Dimensionierung der Aktorfeder 31, insbesondere durch eine entsprechende Auswahl der hydraulisch wirksamen Querschnittsflächen, so abgestimmt, dass sich in der zweiten Endlage des Ventilkörpers 6 eine vorbestimmte Schließkraft für den Ventilkörper 6 ergibt, mit welcher die erste Steuerkontur 17 den ersten Anschluss 7 verschließt.

Gemäß den Fig. 1 bis 9 ist der Piezoaktor 19 hier so ausgestaltet, dass er einen Antriebskolben 36 aufweist, der beim Ein-und Ausschalten des Piezoaktors 19 die eigentliche Hubbewegung des Piezoaktors 19 durchführt. Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 ist der Piezoaktor 19 außerdem mit einem Kopplungskolben 37 ausgestattet, der vom Antriebskolben 36 angetrieben ist und der die Antriebsseite 23 des Piezoaktors 19 aufweist. Dementsprechend stützt sich der Ventilkörper 6 am Kopplungskolben 37 des Piezoaktors 19 ab.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 6 ist der Ventilkörper 6 durch den Kopplungskolben 37 des Piezoaktors 19 gebildet. Mit anderen Worten, der Kopplungskolben 37 des Piezoaktors 19 ist als Ventilkörper 6 ausgestaltet. Durch diese Bauweise wird ein erhöhter Integrationsgrad erreicht, der es insbesondere ermöglicht, den Injektor 1 in axialer Richtung kürzer zu bauen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird die Rückstellkraft 25 wie bei der Variante gemäß Fig. 1 mit Hilfe der Rückstellfeder 26 erzeugt, die sich hier allerdings direkt an der Antriebsfläche 23 des Kopplungskolbens 37 abstützt, was aufgrund der integralen Bauweise jedoch der zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 entspricht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird die Rückstellkraft 25 wieder mit Hilfe eines Rückstellkolbens 28 erzeugt, was im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht, wobei auch hier die Antriebsseite 23 des Kopplungskolbens 37 bzw. des Piezoaktors 19 mit der zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 zusammenfällt.

Die Variante gemäß Fig. 6 entspricht einer Kombination der Ausführungsformen der Fig. 4 und 5, wobei sich die Rückstellfeder 26 an der vom Piezoaktor 19 abgewandten Seite 29 des Rückstellkolbens 28 abstützt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Ventilkörper 6 aus zwei Teilkörpern, nämlich einem ersten Teilkörper 38 und einem zweiten Teilkörper 39, zusammengebaut ist. Die beiden Teilkörper 38,39 liegen an einer Trennstelle 40 aneinander, wobei sie aufeinanderzu vorgespannt sind. Erreicht wird dies mit Hilfe der Rückstellkraft 25. Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist die vom Piezoaktor 19 abgewandte, zweite axiale Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 in einem Kompensationsraum 41 angeordnet, der über eine Verbindungsleitung 42 mit der Kraftstoffhochdruckleitung 10 kommuniziert. Dementsprechend ist die zweite axiale Stirnseite 24 mit dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt und wirkt der Einschaltrichtung 20 des Piezoaktors 19 entgegen.

Die Anordnung des Ventilkörpers 6 erfolgt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 so, dass der Piezoaktor 19 eingeschaltet sein muss, damit die erste Steuerkontur 17 den ersten Anschluss 7 sperrt. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 der Piezoaktor 19 ausgeschaltet, wenn das Ventil 3 seine Spritzpausenstellung einnimmt.

Die Variante gemäß Fig. 7 zeigt außerdem eine besondere Ausführungsform, bei welcher der erste Teilkörper 38 des Ventilkörpers 6 durch den Kopplungskolben 37 des Piezoaktors 19 gebildet ist. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform ist der Kopplungskolben 37 des Piezoaktors 19 als erster Teilkörper 38 des Ventilkörpers 6 ausgestaltet.

Der Injektor 1 gemäß Fig. 7 arbeitet wie folgt : Bei eingeschaltetem Piezoaktor 19 treibt der Antriebskolben 36 den Kopplungskolben 37 und somit den ersten Teilkörper 38 in die zweite Endlage des Ventilkörpers 6 an. Am ersten Teilkörper 38 ist die erste Steuerkontur 17 des Ventilkörpers 6 ausgebildet. In der in Fig. 7 wiedergegebenen zweiten Endlage des Ventilkörpers 6 ist die Verbindung zwischen erstem Anschluss 7 und zweitem Anschluss 8 gesperrt, während die Verbindung zwischen zweitem Anschluss 8 und drittem Anschluss 9 geöffnet ist.

Dementsprechend überwiegen an der Düsennadel 4 die in Schließrichtung wirksamen Schließkräfte.

Zur Durchführung eines Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor 19 ausgeschaltet. Dementsprechend führt der Antriebskolben 36 einen Rückstellhub in der Ausschaltrichtung 21 durch.

Diese Rückstellbewegung wird dabei durch die Rückstellkraft 25 unterstützt, die den zweiten Ventilkörper 39 gegen den ersten Ventilkörper 38 und somit gegen den Antriebskolben 36 antreibt. Dem zweiten Teilkörper 39 ist die zweite Steuerkontur 18 zugeordnet, die in der ersten Endlage die Verbindung zwischen zweitem Anschluss 8 und drittem Anschluss 9 sperrt und gleichzeitig die Verbindung zwischen erstem Anschluss 7 und zweitem Anschluss 8 öffnet. Hierdurch herrscht im Düsenraum 12 der Kraftstoffhochdruck, wodurch sich das Kräftegleichgewicht an der Düsennadel 4 ändert und einen Öffnungskraft wirksame resultierende Kraft entsteht.

Die Düsennadel 4 hebt von ihrem Sitz ab, so das Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 5 in den Brennraum 14 eingedüst werden kann.

Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor 19 wieder eingeschaltet, wodurch der Ventilkörper 6 wieder in seine zweite Endlage gemäß Fig. 7 verstellt wird. Da nun die Zuführungsleitung 11 wieder mit dem Kraftstoffrücklauf 16 kommuniziert, fällt der in Öffnungsrichtung wirksame Druck an der Düsennadel 4 ab und die Schließfeder 32 bewirkt das Schließen der Düsennadel 4.

Die Fig. 8 und 9 zeigen wieder Ausführungsformen, bei denen der Ventilkörper 6 wie in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 im Hinblick auf den Piezoaktor 19 als separates Bauteil ausgebildet ist. Im Unterschied zu den Varianten der Fig. 1 bis 3 ist bei den Ausführungsformen der Fig. 8 und 9 der Ventilkörper 6 im Injektorkörper 2 so angeordnet, dass er bei ausgeschaltetem Piezoaktor 19 seine erste Endlage einnimmt, in welcher das Ventil 3 seine Spritzstellung aufweist. Dementsprechend ist bei den Ausführungsformen der Fig. 8 und 9 im gezeigten Zustand der erste Anschluss 7 mit dem zweiten Anschluss 8 verbunden, während der dritte Anschluss 9 gesperrt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.

8 ist die Verbindungsleitung 15, welche den dritten Anschluss 9 mit dem Kraftstoffrücklauf 16 verbindet, unmittelbar an der zweiten Steuerkontur 18 angeordnet. Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 die Verbindungsleitung 15 an einen Aktorraum 43 angeschlossen, in dem die Antriebskopplung zwischen Piezoaktor 19 und Ventilkörper 6 erfolgt.

Damit der dritte Anschluss 9 über die Verbindungsleitung 15 mit dem Kraftstoffrücklauf 16 kommunizieren kann, ist hier am Ventilkörper 6 ein Rücklaufpfad 44 ausgebildet, über den der dritte Anschluss 9 mit dem Aktorraum 43 kommuniziert.

Ein derartiger Rücklaufpfad 44 kann beispielsweise durch entsprechendes radiales Spiel zwischen dem Ventilkörper 6 und einer Ventilkörperführung 45 ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, in der Ventilkörperführung 45 und/oder im Ventilkörper 6 axiale Längsnuten auszubilden, die eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Aktorraum 43 und dem dritten Anschluss 3 ermöglichen.

Die Ausführungsformen der Fig. 8 und 9 arbeiten wie folgt : Bei ausgeschaltetem Piezoaktor 19 liegt an der vom Piezoaktor 19 abgewandten zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 der Kraftstoffhochdruck an, so dass der Ventilkörper 6 in seine erste Endlage vorgespannt ist. In dieser ersten Endlage öffnet die erste Steuerkontur 17 die Verbindung zwischen erstem Anschluss 7 und zweitem Anschluss 8, so dass der Düsenraum 12 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Gleichzeitig sperrt die zweite Steuerkontur 18 den dritten Anschluss 9. Dementsprechend entsteht an der Düsennadel 4 eine resultierende Öffnungskraft. Die Düsennadel 4 hebt ab und durch das wenigstens eine Spritzloch 5 kann eine Eindüsung in den Brennraum entsprechend Pfeilen 46 stattfinden.

Wenn der Einspritzvorgang beendet werden soll, wird der Piezoaktor 19 eingeschaltet. Dementsprechend führt dieser einen in der Einschaltrichtung 20 orientierten Hub aus, durch den der Ventilkörper 6 in seine zweite Endlage überführt wird. In der zweiten Endlage sperrt die erste Steuerkontur 17 den ersten Anschluss 7, während die zweite Steuerkontur 18 die Verbindung zwischen zweitem Anschluss 8 und drittem Anschluss 9 öffnet. Dementsprechend kann nun der an der Düsennadel 4 herrschende Hochdruck durch den Kraftstoffrücklauf 16 entspannt werden. In der Folge überwiegt an der Düsennadel 4 die Schließkraft der Schließfeder 32 und die Düsennadel 4 sperrt das wenigstens eine Spritzloch 5.

Zur Einleitung eines neuen Einspritzvorgangs wird dann der Piezoaktor 19 wieder ausgeschaltet. Der an der zweiten axialen Stirnseite 24 des Ventilkörpers 6 herrschende Kraftstoffhochdruck unterstützt dabei die Rückstellbewegung des Piezoaktors 19, wodurch besonders niedrige Schaltzeiten realisierbar sind.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 ist die erste Steuerkontur 17 als Kegelsitz ausgestaltet, während die zweite Steuerkontur 18 als Flachsitz ausgebildet ist. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der Fig. 8 und 9 die erste Steuerkontur 17 als Flachsitz ausgebildet, während die zweite Steuerkontur 18 als Kegelsitz ausgestaltet ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7, bei welcher der Ventilkörper 6 aus zwei Teilkörpern 38,39 gebildet ist, sind beide Steuerkonturen 17,18 als Kegelsitze ausgebildet.

Der erfindungsgemäße Injektor 1 arbeitet druckgesteuert, da sich die Düsennadel 4 in Abhängigkeit des im Düsenraum 12 herrschenden Drucks öffnet oder schließt. Dementsprechend handelt es sich hier um einen druckgesteuerten PC-Injektor 1. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene direkte Ansteuerung des Ventilkörpers 6 mittels des Piezoaktors 19 hat zur Folge, dass das Ventil 3 nur sehr kleine Toleranzen besitzt, die sich auf den Einspritzbeginn und auf das Einspritzende auswirken können. Des Weiteren wird die Düsennadel 4 durch die Verstellbewegung des Ventilkörpers 6 direkt mit dem Kraftstoffhochdruck gesteuert, so dass insbesondere keine Servobetätigung vorliegt. Dementsprechend sind auch hier die sich auf die Einspritzkennwerte auswirkenden Toleranzen vergleichsweise klein. Insgesamt kann der erfindungsgemäße Injektor 1 somit vorgegebene Zeitpunkte für Einspritzbeginn und Einspritzende mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit einhalten.