DE102008042227A1 - Kraftstoff-Injektor - Google Patents

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DE102008042227A1
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Sebastian Jansen
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer eine Düsenlochanordnung (23) freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (9), das im Bereich innerhalb eines Einspritzventilelementsitzes (11) ein Schadvolumen (22) begrenzt, wobei dem Einspritzventilelement (9) ein Steuerventil (14) zugeordnet ist, das ein mittels eines Aktuators (15) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbares Steuerventilelement (13) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil (14) in einer Öffnungsstellung einen Kraststofffluss aus einem von dem Einspritzventilelement (9) begrenzten Steuerraum (21) zum Schadvolumen (22) freigibt und dass der Steuerraum (21) hydraulisch mit einem von einer in Öffnungsrichtung zeigenden Druckausgleichsfläche (33) des Steuerventilelementes (13) begrenzten Druckausgleichsraum (34) verbunden ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bekannt, zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren hubgesteuerte Kraftstoff-Injektoren einzusetzen. Dies bringt den Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Die Ansteuerung erfolgt oftmals unter Zwischenschaltung eines Servo-Steuerraumes, der bei entsprechender Betätigung eines Steuerventils (Servoventil) mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors verbindbar ist. Bei derartigen Injektoren muss neben einem Hochdruckanschluss zum Versorgen des Kraftstoff-Injektors mit unter Hochdruck (Raildruck) stehendem Kraftstoff ein Niederdruckanschluss vorhanden sein, durch den der durch das Steuerventil in den Niederdruckbereich abströmende Kraftstoff zu einem im Wesentlichen druckfreien Tank zurückströmen kann, wenn der Servosteuerraum zur Öffnung des Einspritzventilelementes von Druck entlastet werden soll. Durch die prinzipbedingte Notwendigkeit, einen Niederdruckbereich vorsehen zu müssen, ist einerseits ein zusätzlicher Systemaufwand für Rückleitungen und andererseits eine erhöhte Förderleistung der Hochdruckpumpe für den Kraftstoff erforderlich.
  • Zur Lösung dieses Problems hat die Anmelderin einen verbesserten Kraftstoff-Injektor entwickelt und mit der zum An meldezeitpunkt vorliegender Anmeldung noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 2008 000 702 am 17.03.2008 in Deutschland zum Patent angemeldet. Bei einem dort beschriebenen Kraftstoff-Injektor wird das Einspritzventilelement betätigt, indem ein kleines Steuerventil (Druckausgleichsventil) geöffnet wird, wodurch Kraftstoff von einem oberhalb des Einspritzventilelementes angeordneten Steuerraum in das Schadvolumen unter dem Einspritzventilelement und von dort aus durch die Düsenlochanordnung unmittelbar in den Brennraum strömen kann. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum und das Einspritzventilelement wird durch den außerhalb des Einspritzventilelementsitzes anliegenden Raildruck angehoben. Da ein Steuerventilelement (Steuerventilnadel) einenends in den Steuerraum und anderenends in einen permanent unter Raildruck stehenden Druckraum (Innenraum) des Kraftstoff-Injektors ragt, kann es bei einem Absinken des Drucks im Steuerraum zu einer unerwünschten schließenden Kraft auf die Steuerventilelemente kommen. Diese hydraulische, in Schließrichtung wirkende Kraft steigt mit zunehmendem Durchmesser des Steuerventilelementes und verschlechtert die Dynamik des Öffnungsvorgangs. Ferner wirken sich Druckschwankungen im Steuerraum nachteilig auf die Präzision des Schaltverhaltens aus.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem auf das Vorsehen eines Rücklaufanschlusses verzichtet werden kann, wobei der Kraftstoff-Injektor derart ausgelegt sein soll, dass eine hohe Schaltdynamik realisierbar ist.
  • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Druckentlastung des Einspritzventilelementes bei gleichzeitigem Verzicht auf einen Rücklaufanschluss dadurch zu realisieren, dass bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff aus einem von dem Einspritzventilelement begrenzten Steuerraum in ein unter dem Einspritzventilelement angeordnetes, radial außen von einem Einspritzventilelementsitz begrenztes Schadvolumen und damit durch die Düsenlochanordnung in den Brennraum abströmen kann. Anders ausgedrückt wird eine Möglichkeit geschaffen, dass der Steuerraum in das Schadvolumen entlastet werden kann. Die Kraftstoff-Steuermenge zur Reduzierung der hydraulischen Schließkraft wird also nicht über einen Rücklaufanschluss abgeführt, sondern gelangt in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Bei in Schließrichtung druckentlastetem Einspritzventilelement wird dieses mit Hilfe des Raildrucks von seinem Einspritzventilelementsitz abgehoben, sodass die benötigte Einspritzmenge an Kraftstoff zwischen Einspritzventilelement und Einspritzventilelementsitz hindurch in das Schadvolumen und von dort aus durch die Düsenlochanordnung in den Brennraum strömen kann. Wird das Steuerventil wieder geschlossen, steigt der Druck im Steuerraum durch den unter Raildruck stehenden, nachströmenden Kraftstoff wieder an, sodass das Einspritzventilelement zurück auf seinen Einspritzventilelementsitz bewegt wird, wodurch der Kraftstoffstrom in den Brennraum und damit der Einspritzvorgang unterbrochen wird.
  • Der Durchmesser des Steuerventilsitzes sollte dabei so bemessen sein, dass ein Öffnen mit Hilfe des mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Aktuators, insbesondere eines elektromagnetischen Aktuators oder ggf. auch eines Piezoaktors, gegen den Raildruck möglich ist. Da aufgrund der Schaffung einer Abströmmöglichkeit für die Steuermenge in das Schadvolumen des Kraftstoff-Injektors auf einen Rücklaufanschluss verzichtet werden kann, lassen sich Kosten und Bauraum einsparen. Darüber hinaus wird die hydraulische Verlustleistung des Kraftstoff-Injektors verringert, da weder ein Leckagestrom noch ein Steuervolumenstrom zum Tank zurückgeführt werden müssen. Bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kraftstoff-Injektor ist zusätzlich zu dem von dem Einspritzventilelement begrenzten Steuerraum ein von dem Steuerventilelement (vorzugsweise Steuerkolben) des Steuerventils, genauer von einer in Öffnungsrichtung zeigenden Druckausgleichsfläche des Steuerventilelementes begrenzter, Druckausgleichsraum vorgesehen, der, vorzugsweise dauerhaft, hydraulisch, insbesondere über mindestens einen Verbindungskanal mit dem Steuerraum verbunden ist, sodass zu jeder Zeit eine Druckausgeglichenheit zwischen dem Steuerraum und dem Druckausgleichsraum besteht. Besonders bevorzugt befindet sich der Druckausgleichsraum in einem Bereich axial zwischen einem, insbesondere als elektromagnetischer Aktuator ausgebildeten, Aktuator und dem Einspritzventilelement. Durch das Vorsehen des Druckausgleichsraumes wird zudem die beim Öffnungsvorgang und bei geöffnetem Steuerventil auf das Steuerventilventilelement wirkende hydraulische Schließkraft reduziert und ggf. sogar, wie später noch erläutert werden wird, bei einer entsprechenden Auslegung der Druckangriffsflächen neutralisiert, sodass das Steuerventilelement im geöffneten Zustand, zumindest näherungsweise, in axialer Richtung druckausgeglichen ist, wodurch Aktuatoren mit geringer Leistung und in der Folge geringem Bauvolumen zur Schaltung des Kraftstoff-Injektors bzw. des Einspritzventilelementes eingesetzt werden können.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die axiale hydraulische Wirkfläche der Druckausgleichsfläche, also die in axialer Richtung aufgrund von Druckbeaufschlagung eine hydraulische Kraft bewirkende Fläche (axiale Projektionsfläche der Druckausgleichsfläche), zumindest näherungsweise, der Querschnittsfläche des Steuerventilelementes in einem Axialabschnitt zwischen einem, vorzugsweise, zumindest näherungsweise, unter Raildruck stehenden, Druckraum und dem Steuerraum entspricht. Bei einer derartigen Auslegung der Druckausgleichsfläche wird ein in axialer Richtung in geöffnetem Zustand druckausgeglichenes Steuerventilelement erhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass zwangsläufig eine in Schließrichtung zeigende, von der den Druckausgleichsraum begrenzenden Druckausgleichsfläche abgewandte, Druckangriffsfläche, deren Wirkflächengröße der Wirkflächengröße der Druckausgleichsfläche entspricht, dauerhaft mit Raildruck beaufschlagt ist, und eine in Öffnungsrichtung auf das Steuerventilelement wirkende hydraulische Kraft erzeugt, die der auf das Steuerventilelement wirkenden hydraulischen Schließkraft entgegenwirkt, wobei aufgrund der zuvor diskutierten Dimensionierung diese hydraulische Öffnungskraft vom Betrag her der hydraulischen Schließkraft entspricht und diese somit vollständig kompensiert.
  • Um zum Zwecke des Schließens des Einspritzventilelementes eine Nachbefüllung des Steuerraums mit unter Hochdruck (Raildruck) stehendem Kraftstoff zu ermöglichen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Steuerraum, vorzugsweise über eine Zulaufdrosselverbindung, mit einem, vorzugsweise unter Raildruck stehendem Druckraum des Kraftstoff-Injektors verbunden ist, der direkt oder indirekt mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff von einem Hochdruckanschluss versorgt wird. Bevorzugt erstreckt sich dieser Druckraum, beispielsweise über eine Radialbohrung in einem später noch zu erläuternden Druckausgleichselement, in einen Bereich axial zwischen dem Druckausgleichsraum und dem Steuerraum hinein und wird dort von dem Steuerventilelement axial durchsetzt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Querschnittsflächen der Zulaufdrossel und dem Verbindungskanal zwischen dem Steuerraum und dem Schadvolumen des Kraftstoff-Injektors, so gewählt ist, dass der sich im Steuerraum einstellende Druck gegenüber dem Druck im Druckraum reduziert ist. Insbesondere ist darauf zu achten, dass der sich einstellende hydraulische Druck im Steuerraum klein genug ist, dass die in Öffnungsrichtung auf das Einspritzventilelement wirkende hydraulische Kraft ausreicht, das Einspritzventilelement von seinem Einspritzventilelementsitz abzuheben und somit eine Öffnung des Einspritzventilelementes zu bewirken. Bevorzugt ist der Durchmesser des Einspritzventilelementsitzes geringer als der Durchmesser des den Steuerraum begrenzenden Abschnittes des Einspritzventilelementes, sodass das Einspritzventilelement ab einem bestimmten Steuerraum-Druckniveau von dem vorzugsweise außen wirkenden Raildruck aus seinem Einspritzventilelement sitz gehoben wird und dadurch ausreichenden Strömungsquerschnitt für den Einspritzvorgang freigibt.
  • Konstruktiv vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der mit dem Steuerventilelement zusammenwirkende Steuerventilsitz am Einspritzventilelement ausgebildet ist. Anders ausgedrückt drückt das Steuerventilelement bei geschlossenem Steuerventil gegen das Einspritzventilelement in Schließrichtung.
  • Besonders bauraumsparend ist eine Ausführungsform, bei der das Steuerventilelement axial in eine Bohrung des Einspritzventilelementes hineinragt. Anders ausgedrückt, überragt das Einspritzventilelement eine untere Stirnseite des Steuerventilelementes in axialer Richtung.
  • Um ein Verklemmen des Steuerventilelementes aufgrund von vorzugsweise vorgesehenen, insbesondere in Reihe geschalteten, Spaltdichtungen zu verhindern, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass ein den Druckraum, vorzugsweise radial außen, begrenzendes Druckausgleichselement in radialer Richtung schwimmend gelagert ist, wodurch ein selbstständiger Toleranzausgleich ermöglicht wird. Bevorzugt erstreckt sich der mit Raildruck beaufschlagte Druckraum radial in den Druckausgleichsraum hinein.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der Druckausgleichsraum in axialer Richtung auf der von dem Einspritzventilelementsitz abgewandten Seite von einem Deckel begrenzt ist, der in Schließrichtung des Einspritzventilelementes federkraftbelastet ist.
  • Wie eingangs bereits erläutert, ist es bevorzugt, wenn der Aktuator zum Verstellen des Steuerventilelementes mindestens ein, vorzugsweise ausschließlich ein, elektromagnetischer Aktuator ist, wobei auch eine Ausführungsform mit piezoelektrischem Aktuator realisierbar ist.
  • Besonders bevorzugt ist es, den Kraftstoff-Injektor rücklaufanschlussfrei auszubilden, also auf das Vorsehen eines Rücklaufanschlusses zum Abführen einer Steuermenge an Kraftstoff hin zu einem Tank zu verzichten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
  • 1 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Kraftstoff-Injektors mit einem Steuerventil, das ein Abströmen einer Steuermenge an Kraftstoff aus einem von einem Einspritzventilelement begrenzten Steuerraum in ein Schadvolumen und von diesem in den Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglicht, wobei in 1 das Steuerventil in einer Schließstellung gezeigt ist,
  • 2 den Kraftstoff-Injektor gemäß 1 mit sich öffnendem Steuerventil und
  • 3 den Kraftstoff-Injektor gemäß den 1 und 2 mit geöffnetem Steuerventil und von seinem Einspritzventilelementsitz abgehobenen Einspritzventilelement.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In den 1 bis 3 ist schematisch ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine gezeigt. Der Kraftstoff-Injektor 1 weist einen Hochdruckanschluss 3 auf, an den eine Versorgungsleitung 4 angeschlossen ist. Über die Versorgungsleitung 4 wird der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Kraftstoff-Injektoren mit unter Hochdruck (Raildruck) von über 2000 bar stehendem Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher 5 (Rail) versorgt. Der Hochdruckspeicher 5 wiederum wird aus einem Vorratsbehälter 6 (Tank) mit Hilfe einer als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe 7 mit Kraftstoff versorgt.
  • Der Hochdruckanschluss 3 mündet in einen Druckraum 8, der mit im Wesentlichen unter Raildruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist.
  • Der Kraftstoff-Injektor 1 umfasst ein zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und einer in 3 gezeigten Öffnungsstellung verstellbares, hülsenförmiges Ein spritzventilelement 9, das in seiner Schließstellung an einem, an einem Düsenkörper 10 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 11 dichtend anliegt. In eine in der Zeichnungsebene nach oben offene, stirnseitige Bohrung 12 des Einspritzventilelementes 9 ragt axial ein bolzenförmiges Steuerventilelement 13 eines Steuerventils 14 hinein. Das Steuerventil 14 ist mit Hilfe eines als elektromagnetischer Aktuator ausgebildeten Aktuators 15 betätigbar, wobei eine Ankerplatte 16 des Aktuators 15 formschlüssig mit dem Steuerventilelement 13 zum axialen Verstellen desselben, zwischen der in 1 gezeigten Schließstellung und der in 3 gezeigten Öffnungsstellung, gekoppelt ist. Das Steuerventil 14 weist eine Schließfeder 42 auf, die einer vom Aktuator 15 verursachten Öffnungsbewegung entgegenwirkt und die bei nicht bestromten Aktuator 15 dafür sorgt, dass das Steuerventil 14 geschlossen, also das Steuerventilelement 13 in der Zeichnungsebene nach unten auf seinen Steuerventilsitz 17 bewegt wird. Die Schließfeder 42 stützt sich axial im Bereich einer Formschlusskopplung 43 zwischen Anker 44 mit Ankerplatte 16 und Steuerventilelement 13 ab. Ein dem Steuerventilelement 13 zugeordneter Steuerventilsitz 17 ist am Grund der Bohrung 12 unmittelbar am Einspritzventilelement 9 ausgebildet. Wie sich weiter aus 1 ergibt, ist zentrisch in eine Spitze 18 des Einspritzventilelementes 9 ein sich axial erstreckender Verbindungskanal 19 (Drosselkanal) eingebracht, der einen von einer ringförmigen Stirnseite 20 des Einspritzventilelementes 9 begrenzten Steuerraum 21 bei geöffnetem Steuerventil 14 mit einem zwischen dem Einspritzventilelement 9 und dem Düsenkörper 10 ausgebildeten Schadvolumen 22 (Schadvolumenraum) verbindet. Aus dem Schadvolumen 22 mündet eine, mehrere Spritzlöcher aufweisende Düsenlochanordnung 23 aus, durch die Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventilelement 9 und/oder bei geöffnetem Steuerventil 14 in den Brennraum 2 der Brennkraftmaschine strömen kann. Der Steuerraum 21 setzt sich in axialer Richtung von einem Bereich in der Zeichnungsebene oberhalb der Stirnseite 20 nach unten fort und wird dort radial innen von dem Steuerventilelement 13 und radial außen vom Innenumfang der Bohrung 12 im Einspritzventilelement 9 begrenzt.
  • Da der Steuerraum 21 bei geschlossenem Steuerventil 14 über eine Zulaufdrossel 25 mit dem Druckraum 8 hydraulisch verbunden ist, herrscht bei geschlossenem Steuerventil 14 im Steuerraum 21 im Wesentlichen Raildruck. In axialer Richtung nach oben wird der Steuerraum 21 begrenzt von einem Druckausgleichselement 26, welches sich in axialer Richtung an einer mit Radialbohrungen 27 versehenen Stützhülse 28 abstützt, die wiederum auf einer Ringschulter 29 des Düsenkörpers 10 aufliegt. Die Zulaufdrossel 25 ist dabei axial innerhalb des Druckausgleichselementes 26 angeordnet. Das Druckausgleichselement 26 bildet mit dem Steuerventilelement 13, das axial an der Stützhülse 28 geführt ist, axial beabstandete, ringförmige Spaltdichtungen 30, 31, wobei die in der Zeichnungsebene obere Spaltdichtung 31 radial zwischen einem umlaufenden Kragen 32 (Umfangsbund) des Steuerventilelementes 13 und dem Druckausgleichselement 26 gebildet ist. Dem Kragen 32, genauer einer von diesem stirnseitig gebildeten, ringförmigen, in Öffnungsrichtung zeigenden Druckausgleichsfläche 33 ist ein innerhalb des Druckausgleichselementes 26 ausgebildeter Druckausgleichsraum 34 zugeordnet, der über einen Axialkanal 35 dauerhaft hydraulisch mit dem Steuerraum 21 verbunden ist, sodass im Druckausgleichsraum 34 und im Steuerraum 21 zu jeder Zeit gleiche Druckverhältnisse vorherrschen. In einem Bereich in der Zeichnungsebene unterhalb des Kragens 32 herrscht stets Raildruck, da dieser Bereich über eine Radialbohrung 36 dauerhaft mit dem Druckraum 8 hydraulisch verbunden ist bzw. da sich der Druckraum 8 über die Radialbohrung 36 bis unterhalb der Druckausgleichsfläche 33 erstreckt. Die in diesem Bereich mit Raildruck beaufschlagte, ringförmige Druckangriffsfläche 37 weist die gleiche Größe auf, wie die ebenfalls an dem Kragen 32 ausgebildete, von der Druckangriffsfläche 37 abgewandte Druckausgleichsfläche 33, an der bei geöffnetem Steuerventil 14 ein gegenüber dem Raildruck reduzierter Druck anliegt. Der Durchmesser des Kragens 32 ist so gewählt, dass seine axiale hydraulische Wirkfläche der Querschnittsfläche des Steuerventilelementes 13 radial innerhalb der in der Zeichnungsebene unteren Spaltdichtung 30 entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass Druckschwankungen im Steuerraum 21 keine resultierende hydraulische Kraft auf das Steuerventilelement 13 bewirken, dass also ein Druckausgleich hergestellt ist. Aufgrund der Durchmesserwahl des Kragens 32 entspricht auch die axiale hydraulische Wirkfläche der in Öffnungsrichtung wirkenden und in Schließrichtung zeigenden Druckangriffsfläche 37 der in Schließrichtung mit Raildruck beaufschlagten axialen hydraulischen Wirkfläche des Steuerventilelementes 13, sodass die aufgrund der Raildruckeinwirkung auf die Druckangriffsfläche 37 wirkende hydraulische Öffnungskraft, die auf das Steuerventilelement 13 wirkende hydraulische Schließkraft kompensiert. Das Steuerventilelement 13 ist also im geöffneten Zustand in axialer Richtung druckausgeglichen.
  • Axial in der Zeichnungsebene oben wird der Druckausgleichsraum 34 von einem Deckel 38 verschlossen, der mit Hilfe einer Druckfeder 39 in Richtung auf das Druckausgleichselement 26 federkraftbeaufschlagt ist. In dem Deckel 38 sind Axialbohrungen 40 zur Gewährleistung einer Kraftstoffdurch strömung in einem Bereich radial außerhalb des Druckausgleichsraums 34 eingebracht. Anstelle der Axialbohrungen 40 können auch am Umfang angeordnete Abflachungen vorgesehen werden. Der Deckel 38 bildet mit dem Steuerventilelement 13 eine weitere Spaltdichtung 41 aus und dichtet somit das Druckausgleichsvolumen innerhalb des Druckausgleichsraums 34 gegenüber dem Druckraum 8 ab. Die als Montagefeder dienende Druckfeder 39 fixiert die darunter angeordneten Bauelemente in axialer Richtung. Um ein Verklemmen des Steuerventilelementes 13 aufgrund der in Reihe geschalteten Spaltdichtungen (von unten nach oben: 30, 31, 41) zu verhindern, ist das Druckausgleichselement 26 in radialer Richtung schwimmend gelagert, was einen selbstständigen Toleranzausgleich ermöglicht.
  • Zum Öffnen des Einspritzventilelementes 9 wird der nicht unmittelbar auf das Einspritzventilelement 9 wirkende Aktuator 15 bestromt. Die resultierende Magnetkraft bewirkt, dass der Anker 44 beschleunigt wird und sich mitsamt des daran befestigten Steuerventilelementes 13 in der Zeichnungsebene nach oben, also weg von dem Steuerventilsitz 17 bewegt. Nachdem ein (optionaler) Ankerfreiweg 45 überwunden ist, wird das Steuerventilelement 13 nach oben bewegt, sodass sich das Steuerventil 14 öffnet. Wegen des vergleichsweise geringen Durchmessers des Steuerventilelementsitzes 17, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,5 mm, ist die Realisierung der Öffnungsbewegung mit Hilfe des magnetisch arbeitenden Aktuators 15 gegen den Raildruck möglich. Durch das geöffnete Steuerventil 14 strömt Kraftstoff aus dem Steuerraum 21 in das Schadvolumen 22, wodurch der Druck im Steuerraum 21 und im damit verbundenen Druckausgleichsraum 34 sinkt.
  • 2 zeigt das von seinem Steuerventilsitz 17 abgehobene Steuerventilelement 13 des Steuerventils 14. Ein Pfeil 46 deutet dabei den Kraftstoffstrom aus dem Steuerraum 21 in das Schadvolumen 22 an. Aus diesem strömt diese Steuermenge an Kraftstoff durch die Düsenlochanordnung 23 in den Brennraum 2.
  • Um die Funktion des Kraftstoff-Injektors 1 zu gewährleisten, sind der Durchmesser der Zulaufdrossel 25 und der Durchmesser des Verbindungskanals 19 derart aufeinander abgestimmt, dass sich bei geöffnetem Steuerventil 14 im Steuerraum 21 ein Kraftstoffdruck einstellt, der gering genug ist, um ein Anheben des Einspritzventilelementes 9 von seinem Einspritzventilelementsitz 11 zu gewährleisten, wie dies in 3 gezeigt ist. Die Flächenverhältnisse am Einspritzventilelement 9 sind so gewählt, dass aufgrund des reduzierten Drucks im Steuerraum 21 der das Einspritzventilelement 9 radial außerhalb des Einspritzventilelementsitzes 11 in Öffnungsrichtung beaufschlagende Raildruck ausreicht, das Einspritzventilelement 9 in der Zeichnungsebene nach oben in die in 3 gezeigte Position zu bewegen, in der Kraftstoff, angedeutet durch die Pfeile 47, in axialer Richtung nach unten zwischen Düsenkörper 10 und Einspritzventilelement 9 hindurch zur Düsenlochanordnung 23 strömen kann.
  • Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird der Aktuator 15 deaktiviert, und das Steuerventilelement 13 wird mittels der Schließfeder 42 (Rückstellfeder) zurück in der Zeichnungsebene nach unten auf den Steuerventilsitz 17 gedrückt, sodass das Steuerventil 14 schließt. Durch die Zulaufdrossel 25 strömt weiterhin unter Raildruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 21, wodurch der Kraftstoffdruck im Steuerraum 21 sowie im Druckausgleichsraum 34 wieder im Wesentlichen auf Raildruck ansteigt. Dies bewirkt, dass das Einspritzventilelement 9 wieder in den Einspritzventilelementsitz 11 bewegt wird, sodass in der Folge der Einspritzvorgang beendet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102008000702 [0003]

Claims (11)

  1. Kraftstoff-Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer eine Düsenlochanordnung (23) freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (9), das im Bereich innerhalb eines Einspritzventilelementsitzes (11) ein Schadvolumen (22) begrenzt, wobei dem Einspritzventilelement (9) ein Steuerventil (14) zugeordnet ist, das ein mittels eines Aktuators (15) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbares Steuerventilelement (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) in einer Öffnungsstellung einen Kraftstofffluss aus einem von dem Einspritzventilelement (9) begrenzten Steuerraum (21) zum Schadvolumen (22) freigibt, und dass der Steuerraum (21) hydraulisch mit einem, von einer in Öffnungsrichtung zeigenden Druckausgleichsfläche (33) des Steuerventilelementes (13) begrenzten, Druckausgleichsraum (34) verbunden ist.
  2. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale hydraulische Wirkfläche der Druckausgleichsfläche (33), zumindest näherungsweise, der Querschnittsfläche des Steuerventilelementes (13) in einem Bereich axial zwischen einem, vorzugsweise, zu mindest näherungsweise, unter Raildruck stehenden, Druckraum (8) und dem Steuerraum (21) entspricht.
  3. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (13) in seiner Öffnungsstellung in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, druckausgeglichen ist.
  4. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (21) über eine Zulaufdrossel (25) mit einem, zumindest näherungsweise unter Raildruck stehenden, Druckraum (8) verbunden ist.
  5. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der Zulaufdrossel (25) und der Querschnittsfläche eines Verbindungskanals (19) zwischen dem Steuerraum (21) und dem Schadvolumen (22) so gewählt ist, dass sich ein Druck im Steuerraum (21) und damit auch im Druckausgleichsraum (34) einstellt, der klein genug ist, dass bei geöffnetem Steuerventil (14) eine Öffnungsbewegung des Einspritzventilelementes (13) resultiert.
  6. Kraftststoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventilsitz (17) für das Steuerventilelement (13) am Einspritzventilelement (9) ausgebildet ist.
  7. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (13) axial in eine Bohrung (12) des Einspritzventilelementes (13) hineinragend angeordnet ist.
  8. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Druckausgleichsraum (34) begrenzendes Druckausgleichselement (26) in radialer Richtung schwimmend gelagert ist.
  9. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Druckausgleichsraum (34) axial begrenzender Deckel (38) in Schließrichtung des Steuerventilelementes (13) federkraftbelastet ist.
  10. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (15) zum Verstellen des Steuerventilelementes (13) ein elektromagnetischer Aktuator (15) ist.
  11. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Injektor (1) rücklaufanschlussfrei ist.
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