DE10035724C2 - Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Ein solcher bekannter Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse, eine am vorderen Ende des Injektorgehäuses angeordnete Einspritzdüse zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine, eine Düsennadel, die in dem Injektorgehäuse längsverschieblich gelagert ist und zusammen mit einem Ventilsitz ein der Einspritzdüse zugeordnetes Einspritzventil zum Öffnen und Schließen eines Ventilöffnungsquerschnitts bildet, einen Hochdruckkanal zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff von einem Hochdruckanschluss zu einem an dem Einspritzventil angeordneten Düsenvorraum und ein Steuerventil zum Freigeben des Einspritzvorgangs während Einspritzintervallen und zum Unterbrechen des Einspritzvorgangs während Einspritzpausen.

Bei den in der DE 197 32 070 A1 und der DE 197 06 469 A1 beschriebenen Kraftstoffinjektoren dient ein durch Druckbeaufschlagung seiner Stirnflächen in zwei Stellungen verschiebbarer Steuerkolben zum Öffnen und Schließen eines Durchgangs, der einerseits über eine Zulaufleitung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist und andererseits über einen Kanal im Injektor mit der Einspritzdüse. Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt mittels eines Steuerventils, das eine Abflussdrossel und damit den Druck in einem an eine Stirnfläche des Steuerkolbens angrenzenden Steuerraum steuert. Zur Einleitung der Einspritzung wird der Druck im Steuerraum abgesenkt. Da an der gegenüberliegenden kleineren Stirnfläche des Steuerkolbens ebenfalls der im Hochdruckspeicher herrschende Kraftstoffdruck anliegt, wird eine Längsverschiebung des Steuerkolbens eingeleitet, wobei der Steuerkolben von einem Ventilsitz abhebt, und den Durchgang zwischen der Zulaufbohrung und dem zur Einspritzdüse führenden Kanal freigibt. Die Einspritzung wird abgebrochen, wenn das Steuerventil die Abflussdrossel verschließt und dadurch der Druck an der angrenzenden größeren Stirnfläche des Steuerkolbens wieder ansteigt. In den Einspritzpausen wird der stromabwärts vom Steuerkolben gelegene Kanal des Einspritzventils durch eine Leitungsverbindung mit einer Rücklaufleitung druckentlastet. Der Steuerkolben ist im Bereich des Ventilsitzes unter Bildung einer kegelförmigen Sitzfläche mit einer Durchmesservergrößerung ausgebildet, auf die der Kraftstoffdruck wirkt, was sich beim Öffnen des Ventils mit einer Erhöhung der am Steuerkolben wirkenden Öffnungskraft bemerkbar macht. Zur Betätigung des Steuerkolbens sind hohe Druckkräfte erforderlich, die auch noch von der Steuerkolbenstellung abhängig sind, was als nachteilig angesehen wird.

Aus der DE 196 12 738 A1 geht ein weiterer Kraftstoffinjektor als bekannt hervor, der sich zur Betätigung der Düsennadel ebenfalls eines Steuerkolbens in Verbindung mit einem Steuerventil bedient. Der Steuerkolben ist wie bei den vorgenannten Beispielen mit einer druckbeaufschlagbaren ersten Stirnfläche verbunden, wobei die Druckbeaufschlagung durch Öffnen und Schließen einer Ablaufdrossel mittels des Steuerventils erfolgt. An der zweiten Stirnfläche des Steuerkolbens ist die Düsennadel über eine Feder abgestützt. Wird die mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagte Stirnfläche des Steuerkolbens druckentlastet, so hebt der Steuerkolben unter der Kraft der Feder von einem Ventilsitz ab, wodurch ein Durchgang für den Kraftstoff zur Düse freigegeben wird. Die Ventilsitzflächen am Kolben werden von einem kegelförmigen Vorsprung auf dem Umfang des Kolbens gebildet. Die zur Bildung eines Dichtsitzes erforderliche Durchmesservergrößerung des Steuerkolbens führt jedoch nicht zu einem Druckkraftanstieg am Kolben, da an dem auf die Dichtkante folgenden Durchmesser eine entsprechende Durchmesserverkleinerung vorgenommen ist, so dass sich die an den gegenüberliegenden Flächen wirkenden Druckkräfte aufheben. Insgesamt sind zur Betätigung des Steuerkolbens jedoch hohe Kräfte wirksam, was als nachteilig angesehen wird.

In der DE 198 60 476 A1 ist ein Kraftstoffinjektor dargestellt, der sich ebenfalls eines Steuerventils bedient, das zur Betätigung der Düsennadel eine Abflussdrossel steuert, die mit einem auf der Düsennadelrückseite gelegenen Steuerraum verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kraftausgeglichenes Steuerventil darzustellen, dessen Steuerkolben beim Öffnen keine zusätzliche Kraft erfährt.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs vorgesehen. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse, an dessen vorderem Ende eine Einspritzdüse zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Weiterhin ist in dem Injektorgehäuse eine Düsennadel längsverschieblich gelagert, die zusammen mit einem Ventilsitz ein der Einspritzdüse zugeordnetes Einspritzventil zum Öffnen und Schließen eines Ventilöffnungsquerschnitts bildet. Ein Hochdruckkanal dient zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff von einem Hochdruckanschluss zu einem an dem Einspritzventil angeordneten Düsenvorraum. Ein Steuerventil ist zum Freigeben des Einspritzvorgangs während Einspritzintervallen und zum Unterbrechen des Einspritzvorgangs während Einspritzpausen vorgesehen. Das Steuerventil verfügt über Mittel zum Unterbrechen der Zufuhr des unter hohem Druck vorgehaltenen Kraftstoffs zu dem Einspritzventil und zur Druckentlastung des Einspritzventils zu einem Druckentlastungsraum während der Einspritzpause. Das Einspritzventil ist somit von einem ständigen Anstehen des unter hohem Druck vorgehaltenen Kraftstoffs druckentlastet, wodurch dessen Verschleiß verringert und anfallende Leckagemengen vermindert werden. Das Steuerventil des Kraftstoffinjektors enthält einen in einer Führungsbohrung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung längsverschieblich gelagerten Steuerkolben, der in der ersten Stellung den Hochdruckkanal zur Zuführung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu dem Einspritzventil freigibt und in der zweiten Stellung den Hochdruckkanal gegen das Einspritzventil versperrt.

Der Steuerkolben des Steuerventils ist in der Strömungsverbindung des Hochdruckkanals zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Einspritzventil angeordnet und sperrt in der zweiten Stellung den stromaufwärtigen Teil des Hochdruckkanals gegen den stromabwärtigen Teil desselben ab und stellt eine druckentlastende Verbindung zu dem Druckentlastungsraum her.

Der Steuerkolben des Steuerventils ist mit einer Ventildichtfläche versehen, die mit einem im Injektorgehäuse ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz des Steuerkolbens in dem Hochdruckkanal stromaufwärts bezüglich der Ventildichtfläche angeordnet ist, so dass der Steuerkolben durch den im stromaufwärtigen Teil des Hochdruckkanals anstehenden Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird.

Erfindungsgemäß ist der Kraftstoffinjektor so ausgebildet, dass der Steuerkolben des Steuerventils eine von dem im stromaufwärtigen Teil des Hochdruckkanals anstehenden Kraftstoffdruck in Schließrichtung des Steuerkolbens beaufschlagte Gegenfläche aufweist, welche die Beaufschlagung des Steuerkolbens durch den an der Ventildichtfläche in Öffnungsrichtung anstehenden Kraftstoffdruck zumindest teilweise ausgleicht. Im weiteren ist es vorgesehen, dass der Steuerkolben eine in Axialrichtung verlaufende zylindrische Bohrung aufweist, in welcher ein bezüglich des Injektorgehäuses ortsfest gelagerter zylindrischer Ausgleichsstift verschiebbar eingepasst ist, wobei ein von der zylindrischen Bohrung und von dem einspritzdüsenseitigen Ende des zylindrischen Ausgleichsstiftes begrenztes Volumen gebildet wird, das über eine Strömungsverbindung mit dem zu dem Einspritzventil führenden stromabwärtigen Teil des Hochdruckkanals in Verbindung steht. Der besondere Vorteil hiervon ist es, dass beim Öffnen des Steuerventils keine zusätzliche Kraft in Öffnungsrichtung an dem Steuerkolben erzeugt wird, so dass ein Kräftegleichgewicht unabhängig vom anstehenden Druck des Kraftstoffs besteht. Denn durch den Ausgleichsstift wird eine Kraft aufgenommen, die der in der Bohrung des zweiten zylindrischen Bereichs anstehenden Druckkraft nahezu gleich ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass der Steuerkolben des Steuerventils zwei in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors voneinander beabstandete in der Führungsbohrung geführte zylindrische Bereiche aufweist, von denen der erste zylindrische Bereich dem einspritzdüsenseitigen Ende und der zweite zylindrische Bereich dem entgegengesetzten Ende des Kraftstoffinjektors zugewandt ist, und die durch einen dritten Bereich des Steuerkolbens voneinander getrennt sind, wobei der dritte Bereich des Steuerkolbens einen gegenüber den ersten und zweiten zylindrischen Bereichen verringerten Querschnitt aufweist und einerseits durch die Ventildichtfläche in den zweiten zylindrischen Bereich und durch die Gegenfläche in den ersten zylindrischen Bereich übergeht, und wobei der stromaufwärtige Teil des Hochdruckkanals an dem dritten Bereich zwischen den ersten und zweiten zylindrischen Bereichen in die Führungsbohrung des Steuerkolbens mündet.

Die letztgenannte Ausführungsform ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der erste zylindrische Bereich des Steuerkolbens an seinem einspritzdüsenseitigen Ende und der zweite zylindrische Bereich des Steuerkolbens an seinem entgegengesetzten Ende jeweilige von unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagte erste und zweite Kolbenflächen zur Steuerung der Bewegung des Steuerkolbens zwischen der ersten und der zweiten Stellung aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Kolbenfläche eine größere wirksame Fläche als die erste Kolbenfläche aufweist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor einen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagten Steuerraum zur Steuerung des Einspritzvorgangs des Kraftstoffinjektors aufweist, der mittels eines Schließkörpers des Steuerventils im Sinne einer Freigabe des Einspritzvorgangs druckentlastbar ist, wobei der Steuerkolben des Steuerventils zur Steuerung der Bewegung zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung mit dem Steuerraum gekoppelt ist.

Bei der letztgenannten Ausführungsform ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Steuerraum an dem der Einspritzdüse entgegengesetzten Ende des Steuerkolbens als Fortsetzung der Führungsbohrung ausgebildet und durch den Steuerkolben einspritzdüsenseitig begrenzt ist, so dass eine Druckentlastung des Steuerraums eine Verschiebung des Steuerkolbens aus seiner den Hochdruckkanal gegen das Einspritzventil versperrenden zweiten Stellung in seine die Zuführung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu dem Einspritzventil freigebende erste Stellung bewirkt.

Hierbei ist vorzugsweise der Steuerraum einspritzdüsenseitig durch die den zweiten zylindrischen Bereich begrenzende zweite Kolbenfläche begrenzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die an die erste und zweite Kolbenfläche des Steuerkolbens angrenzenden Raumbereiche der Führungsbohrung durch einen Verbindungskanal miteinander kommunizieren.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass der Steuerraum mit einem Steuerdruckanschluss zur Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff als Steuerfluid getrennt von dem in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden an dem Hochdruckanschluss zugeführten Kraftstoff verbunden ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung ist vorgesehen, dass der zylindrische Ausgleichsstift an seinem der Einspritzdüse entgegengesetzten Ende an einem Gegenlager, insbesondere an einem quer in das Injektorgehäuse eingesetzten Lagerstift abgestützt ist.

Diese letztgenannte Ausführungsform ist vorzugsweise so weitergebildet, dass der zweite zylindrische Bereich des Steuerkolbens an dem Lagerstift in zwei Teile getrennt ist, von denen ein Teil eine Ausnehmung zur Aufnahme des quer eingesetzten Lagerstifts aufweist, und von denen der der Einspritzdüse abgewandte Teil die zweite Steuerkolbenfläche aufweist. Ein besonderer Vorteil hiervon ist es, dass durch die zweiteilige Ausbildung des zweiten zylindrischen Bereichs des Steuerkolbens die Montierbarkeit des Kraftstoffinjektors wesentlich erleichtert wird.

Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass der Ventilsitz und die Ventildichtfläche des Steuerkolbens als eine den im stromaufwärtigen Teil des Hochdruckkanals anstehenden Kraftstoffdruck gegen den stromabwärtigen Teil des Hochdruckkanals druckreduzierende Drosselstelle ausgebildet sind. Der besondere Vorteil hiervon ist es, dass die in Richtung eines Schließens des Steuerkolbens wirkende Strömungskraft durch die gebildete Drosselstelle klein gehalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der letztgenannten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Ventildichtfläche vom einspritzdüsenseitigen Ende her zunächst einen unter einem ersten spitzen Winkel zur Steuerkolbenachse verlaufenden ersten Teil, einen unter einem zweiten spitzen Winkel zur Steuerkolbenachse verlaufenden zweiten Teil und einen unter einem dritten spitzen Winkel zur Steuerkolbenachse verlaufenden dritten Teil aufweist, wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist und der zweite Winkel größer als der dritte Winkel ist, wobei die Ventildichtfläche den Ventilsitz im Übergang zwischen ihrem ersten Teil und ihrem zweiten Teil berührt. Hierdurch wird auf eine genau definierte Weise die Drosselstelle zwischen Ventilsitz und Ventildichtfläche des Steuerkolbens gebildet.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen weiteren Längsschnitt durch den Kraftstoffinjektor des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei dieser Längsschnitt um 90° gegenüber dem vorherigen gedreht ist; und

Fig. 2a), 2b), und 2c) jeweilige vergrößerte Ausschnitte aus Fig. 2 zur Hervorhebung und besseren Darstellung an Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneter Kraftstoffinjektor dargestellt, der ein Injektorgehäuse 101 umfasst, in welchem eine Düsennadel 103 mit ihrem Düsennadelschaft 104 in einer in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildeten Führungsbohrung 102 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 103 hat eine Düsennadelspitze 105, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 101 ausgebildeten Ventil sitzt 106 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, der zwischen der Nadelspitze 105 und dem Ventilsitz 106 vorgesehen ist und die zusammen ein Einspritzventil 140 bilden. Bei geöffnetem Einspritzventil 140 wird über einen Hochdruckkanal 107 unter hohem Druck zugeführter Kraftstoff durch eine Einspritzdüse 180 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dem genannten Hochdruckkanal 107 wird der einzuspritzende Kraftstoff über einen Druckanschluss 129 aus einem ölelastischen Druckspeicher (Common Rail) zugeführt, in welchen er mittels einer Hochdruckpumpe aus einem Kraftstoffvorrat gefördert und dort unter hohem Druck vorgehalten wird (in der Figur nicht gezeigt).

Am düsenseitigen Ende der Führungsbohrung 102 ist dem Düsennadelschaft 104 ein Düsenvorraum 108 vorgelagert, welchem der in dem Hochdruckkanal 107 befindliche Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird.

An dem der Einspritzdüse 180 entgegengesetzten Ende des Kraftstoffinjektors 100 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 110 versehenes Steuerventil vorgesehen, welches im wesentlichen einen Ventilkörper 112 und einen Schließkörper 113 sowie einen in einer Führungsbohrung 154 geführten Steuerkolben 150 umfasst. Der Schließkörper 113 des Steuerventils 110 ist mit einem Solenoid 126 funktionsmäßig gekoppelt, durch welches der Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors gesteuert wird. Zwischen dem Ventilkörper 112 des Steuerventils 110 und dem der Einspritzdüse 180 entgegengesetzten Ende des Steuerkolbens 150 ist ein Steuerraum 109 angeordnet, welcher über einen Steuerdruckkanal 137 mit einem Steuerdruckanschluss 135 gekoppelt ist und bei Öffnen des Steuerventils 110, d. h. bei Lösen des Schließkörpers 113 vom Ventilkörper 112 des Steuerventils 110 durch Erregung des Solenoids 126 druckentlastbar ist.

Der Hochdruckkanal 107 zur Zuführung des einzuspritzenden Kraftstoffs enthält einen stromaufwärtigen Teil 107a und einen stromabwärtigen Teil 107b, von denen ersterer mit dem Druckanschluss 129 verbunden ist und der letztere zu der dem Einspritzventil 140 vorgelagerten Düsenvorraum 108 führt. Zwischen dem stromaufwärtigen Teil 107a des Hochdruckkanals 107 und dem stromabwärtigen Teil 107b desselben ist der Steuerkolben 150 angeordnet, welcher allgemein Mittel zum Freigeben der Zufuhr des unter hohem Druck vorgehaltenen Kraftstoffs über den Hochdruckkanal 107 zu dem Düsenvorraum 108 und damit zu dem Einspritzventil 140 und zum Unterbrechen der Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil 140 und zur Druckentlastung desselben während der Einspritzpausen bildet. Dazu ist der Steuerkolben 150 in der Führungsbohrung 154 zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung längsverschieblich gelagert, zwischen welchen Stellungen er durch Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung des Steuerraums 109 verschiebbar ist. In der ersten Stellung gibt der Steuerkolben 150 den Hochdruckkanal 107 zur Zuführung des über den Hochdruckanschluss 129 zugeführten Kraftstoffs zu dem Einspritzventil 140 frei, während er in der zweiten Stellung den Hochdruckkanal 107, das heißt den stromaufwärtigen Teil 107a desselben gegen dessen stromabwärtigen Teil 107b und damit gegen das Einspritzventil 140 versperrt. Im einzelnen umfasst der Steuerkolben 150 eine Ventildichtfläche 157, die mit einem in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildeten Ventilsitz 156 zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz 156 in der Strömungsverbindung des Hochdruckkanals 107 stromaufwärts bezüglich der Ventildichtfläche 157 angeordnet ist, so dass der Steuerkolben 150 durch den im stromaufwärtigen Teil 107a des Hochdruckkanals 107 anstehenden Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird. Weiterhin umfasst der Steuerkolben 150 zwei in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors voneinander beabstandete erste und zweite zylindrische Bereiche 150a, 150b, die in der Führungsbohrung 154 in entsprechenden ersten und zweiten Führungsbohrungsbereichen 154a bzw. 154b geführt sind, von denen der erste zylindrische Bereich 150a dem einspritzdüsenseitigen Ende und der zweite zylindrische Bereich 150b dem entgegengesetzten Ende des Kraftstoffinjektors zugewandt ist, und die durch einen dritten Bereich 150c des Steuerkolbens 150 voneinander getrennt sind.

Wie insbesondere aus Fig. 2a) näher ersichtlich ist, weist der dritte Bereich 150c des Steuerkolbens 150 einen gegenüber den ersten und zweiten zylindrischen Bereichen 150a, 150b verringerten Querschnitt auf und geht an seinem der Einspritzdüse 180 abgewandten Ende durch die Ventildichtfläche 157 in den zweiten zylindrischen Bereich 150b über. An seinem einspritzdüsenseitigen Ende geht der dritte Bereich 150c des Steuerkolbens 150 über eine Gegenfläche 159 in den ersten zylindrischen Bereich 150a über, welche durch den in dem stromaufwärtigen Teil 107a des Hochdruckkanals 107 anstehenden Kraftstoffdruck in Schließrichtung des Steuerkolbens 150 beaufschlagbar ist, um die Beaufschlagung des Steuerkolbens 150 durch den an der Ventildichtfläche 157 in Öffnungsrichtung anstehenden Kraftstoffdruck zumindest teilweise auszugleichen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, mündet der stromaufwärtige Teil 107a des Hochdruckkanals 107 an dem dritten Bereich 150c des Steuerkolbens 150 zwischen dessen ersten und zweiten zylindrischen Bereichen 150a, 150b in der Führungsbohrung 154.

Wenn sich der Steuerkolben 150 durch Druckbeaufschlagung des Steuerraums 109 in seiner zweiten, den Hochdruckkanal 107 gegen das Einspritzventil 140 versperrenden Stellung, also die Ventildichtfläche 157 in Anlage an dem Ventilsitz 156 befindet, bildet der in der Führungsbohrung 154 geführte zweite zylindrische Bereich 150b eine Leckageverbindung zu einem Druckentlastungsraum 132, so dass eine druckentlastende Verbindung des stromabwärtigen Teils 107b des Hochdruckkanals 107 zu dem Druckentlastungsraum 132 gegeben ist.

Der erste zylindrische Bereich 150a des Steuerkolbens 150 bildet an seinem einspritzdüsenseitigen Ende eine erste Kolbenfläche 152a und der zweite zylindrische Bereich 150b des Steuerkolbens 150 bildet an seinem der Einspritzdüse 180 entgegengesetzten Ende eine zweite Kolbenfläche 152b, welche zur Steuerung der Bewegung des Steuerkolbens 150 zwischen der ersten und der zweiten Stellung dienen, wobei die zweite Kolbenfläche 152b eine größere wirksame Fläche aufweist als die erste Kolbenfläche 152a. Der Steuerraum 109, der als Fortsetzung der Führungsbohrung 154 des Steuerkolbens 150 bzw. des zweiten Führungsbohrungsbereichs 154b an dessen der Einspritzdüse 180 entgegengesetzten Ende ausgebildet ist, ist durch die an dem zweiten zylindrischen Bereich 150b des Steuerkolbens 150 vorgesehene zweite Kolbenfläche 152b einspritzdüsenseitig begrenzt. Daher führt eine Druckentlastung des Steuerraums 109 zu einer Verschiebung des Steuerkolbens 150 aus seiner den stromaufwärtigen Teil 107a des Hochdruckkanals 107 gegen dessen stromabwärtigen Teil 107b und damit gegen das Einspritzventil 140 versperrenden zweiten Stellung in die erste Stellung, welche die Zuführung des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil 140 über den Hochdruckkanal 107 freigibt.

Die an die erste und zweite Kolbenfläche 152a, 152b des Steuerkolbens 150 angrenzenden Raumbereiche der Führungsbohrung 154 sind durch einen Verbindungskanal 160 in kommunizierender Weise miteinander verbunden. Die Bewegung des Steuerkolbens 150 erfolgt aufgrund eines Flächenverhältnisses der beiden Kolbenflächen 152a, 152b, wobei die zweite Kolbenfläche 152b eine größere wirksame Fläche als die erste Kolbenfläche 152a aufweist.

Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, wird dem Steuerraum 109 über den Ventilkörper 112 des Steuerventils 110 über den Steuerdruckkanal 137 von dem Steuerdruckanschluss 135 unter Druck stehender Kraftstoff als Steuerfluid zugeführt, welcher von dem in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoff, der von dem Hochdruckanschluss 129 in den Hochdruckkanal 107 eingespeist wird, getrennt ist. Alternativ könnte der an dem Druckanschluss 129 zugeführte einzuspritzende Kraftstoff selbst als Steuerfluid verwendet werden.

Wie aus dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 2a) ersichtlich ist, ist in dem zweiten zylindrischen Bereich 150b des Steuerkolbens 150 eine in Axialrichtung verlaufende zylindrische Bohrung 162 vorgesehen, in welcher ein bezüglich des Injektorgehäuses 101 ortsfest gelagerter zylindrischer Ausgleichsstift 164 verschiebbar eingepasst ist. Von der zylindrischen Bohrung 162 und dem einspritzdüsenseitigen Ende des zylindrischen Ausgleichsstiftes 164 wird ein Volumen begrenzt, welches über eine Strömungsverbindung 168 mit dem zu dem Einspritzventil 140 führenden stromabwärtigen Teil 107b des Hochdruckkanals 107 in Verbindung steht. Hierdurch wird innerhalb des genannten begrenzten Volumens ein Kräftegleichgewicht hergestellt, durch das der Steuerkolben 150 von fehlerhaften Öffnungs- oder Schließkräften freigehalten wird. Wie Fig. 1 und Fig. 2a) näher zeigen, ist der zylindrische Ausgleichsstift 154 an seinem der Einspritzdüse 180 abgewandten Ende an einem Lagerstift 166 abgestützt, der quer in das Injektorgehäuse 101 eingesetzt ist.

Wie Fig. 2a) ebenfalls näher zeigt, ist der zweite zylindrische Bereich 150b des Steuerkolbens 150 an dem Lagerstift 166 in zwei Teile 150b1, 150b2 getrennt, von denen der eine Teil 150b2 eine Ausnehmung 153 zur Aufnahme des quer eingesetzten Lagerstifts 166 aufweist, und von denen der der Einspritzdüse 180 abgewandte Teil 150b2 die zweite Steuerkolbenfläche 152b aufweist, welche die einspritzdüsenseitige Begrenzung des Steuerraums 109 bildet.

Wie Fig. 2c) in vergrößerter Darstellung zeigt, ist bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel die Ventildichtfläche 157 in mehrere Abschnitte gegliedert, von denen vom einspritzdüsenseitigen Ende her zunächst ein unter einem ersten spitzen Winkel α1 zur Steuerkolbenachse verlaufender erster Teil 157a vorgesehen ist, auf welchen ein unter einem zweiten spitzen Winkel α2 zu der Steuerkolbenachse verlaufender zweiter Teil 157b und auf diesen wiederum ein unter einem dritten spitzen Winkel α3 zur Steuerkolbenachse verlaufender dritter Teil 157c folgen, wobei der erste Winkel α1 größer als der zweite Winkel α2 ist und der zweite Winkel α2 größer als der dritte Winkel α3 ist. Die Ventildichtfläche 157 berührt den Ventilsitz 156 im Übergang zwischen ihrem ersten Teil 157a und ihrem zweiten Teil 157b. Alternativ können jedoch auch andere Arten von Ausbildungen für die Drosselstelle zwischen der Ventildichtfläche 157 und ihrem Ventilsitz 156 gewählt werden.

Bezugszeichenliste

100

Kraftstoffinjektor

101

Injektorgehäuse

102

Führungsbohrung

103

Düsennadel

104

Düsennadelschaft

105

Düsennadelspitze

106

Ventilsitz

107

Hochdruckkanal

107

a stromaufwärtiger Teil des Hochdruckkanals

107

b stromabwärtiger Teil des Hochdruckkanals

108

Düsenvorraum

109

Steuerraum

110

Steuerventil

111

Steuerraumbohrung

112

Ventilkörper des Steuerventils

113

Schließkörper des Steuerventils

126

Solenoid

129

Druckanschluss

132

Leckagekanal; Druckentlastungsraum

135

Steuerdruckanschluss

137

Steuerdruckkanal

140

Einspritzventil

150

Steuerkolben

150

a erster Bereich des Steuerkolbens

150

b;

150

b1;

150

b2 zweiter Bereich des Steuerkolbens

150

c dritter Bereich des Steuerkolbens

152

a erste Kolbenfläche

152

b zweite Kolbenfläche

153

Ausnehmung

154

Führungsbohrung

154

a erster Bereich der Führungsbohrung

154

b zweiter Bereich der Führungsbohrung

156

Ventilsitz
157; 157a, b, c Ventildichtfläche

159

Gegenfläche

160

Verbindungskanal

162

zylindrische Bohrung

164

Ausgleichsstift

166

Lagerstift

168

Strömungsverbindung

180

Einspritzdüse

Claims (13)

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs, mit einem Injektorgehäuse (101), einer am vorderen Ende des Injektorgehäuses (101) angeordneten Einspritzdüse (180) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine, einer Düsennadel (103), die in dem Injektorgehäuse (101) längsverschieblich gelagert ist und zusammen mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses (101) ausgebildeten Ventilsitz (106) ein der Einspritzdüse (180) zugeordnetes Einspritzventil (140) zum Öffnen und Schließen eines Ventilöffnungsquerschnitts bildet, einem Hochdruckkanal (107) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff von einem Hochdruckanschluss (129) zu einem an dem Einspritzventil (140) angeordneten Düsenvorraum (108) und einem Steuerventil (110) zum Freigeben des Einspritzvorgangs während Einspritzintervallen und zum Unterbrechen des Einspritzvorgangs während Einspritzpausen, wobei das Steuerventil (110) Mittel zum Unterbrechen der Zufuhr des unter hohem Druck vorgehaltenen Kraftstoffs zum Einspritzventil (140) und zur Druckentlastung des Einspritzventils (140) zu einem Druckentlastungsraum (132) während der Einspritzpausen aufweist, wobei das Steuerventil (110) einen in einer Führungsbohrung (154) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung längsverschieblich gelagerten Steuerkolben (150) enthält, der in der ersten Stellung den Hochdruckkanal (107) zur Zuführung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu dem Einspritzventil (140) freigibt und in der zweiten Stellung den Hochdruckkanal (107) gegen das Einspritzventil (140) versperrt, wobei der Steuerkolben (150) des Steuerventils (110) in der Strömungsverbindung des Hochdruckkanals (107) zwischen dem Hochdruckanschluss (129) und dem Einspritzventil (140) angeordnet ist und in der zweiten Stellung den stromaufwärtigen Teil (107a) des Hochdruckkanals (107) gegen den stromabwärtigen Teil (107b) desselben absperrt, wobei der Steuerkolben (150) des Steuerventils (110) eine mit einem im Injektorgehäuse (101) ausgebildeten Ventilsitz (156) zusammenwirkende Ventildichtfläche (157) aufweist, wobei der Ventilsitz (156) des Steuerkolbens (150) in dem Hochdruckkanal (107) stromaufwärts bezüglich der Ventildichtfläche (157) angeordnet ist, so dass der Steuerkolben (150) durch den im stromaufwärtigen Teil (107a) des Hochdruckkanals (107) anstehenden Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (150) des Steuerventils (110) eine von dem im stromaufwärtigen Teil (107a) des Hochdruckkanals (107) anstehenden Kraftstoffdruck in Schließrichtung des Steuerkolben (150) beaufschlagte Gegenfläche (159) aufweist, welche die Beaufschlagung des Steuerkolbens (150) durch den an der Ventildichtfläche (157) in Öffnungsrichtung anstehenden Kraftstoffdruck zumindest teilweise ausgleicht, und dass der Steuerkolben (150) eine in Axialrichtung verlaufende zylindrische Bohrung (162) aufweist, in welcher ein bezüglich des Injektorgehäuses (101) ortsfest gelagerter zylindrischer Ausgleichsstift (164) verschiebbar eingepasst ist, wobei ein von der zylindrischen Bohrung (162) und von dem einspritzdüsenseitigen Ende des zylindrischen Ausgleichsstifts (164) begrenztes Volumen gebildet wird, das über eine Strömungsverbindung (168) mit dem zu dem Einspritzventil (140) führenden stromabwärtigen Teil (107b) des Hochdruckkanals (107) in Verbindung steht.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (150) des Steuerventils (110) zwei in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors voneinander beabstandete in der Führungsbohrung (154) geführte zylindrische Bereiche (150a, 150b) aufweist, von denen der erste zylindrische Bereich (150a) dem einspritzdüsenseitigen Ende und der zweite zylindrische Bereich (150b) dem entgegengesetzten Ende des Kraftstoffinjektors zugewandt ist, und die durch einen dritten Bereich (150c) des Steuerkolbens (150) voneinander getrennt sind, wobei der dritte Bereich (150c) des Steuerkolbens (150) einen gegenüber dem ersten und dem zweiten zylindrischen Bereich (150a, 150b) verringerten Querschnitt aufweist und einerseits durch die Ventildichtfläche (157) in den zweiten zylindrischen Bereich (150b) und durch die Gegenfläche (159) in den ersten zylindrischen Bereich (150a) übergeht, und wobei der stromaufwärtige Teil (107a) des Hochdruckkanals (107) an dem dritten Bereich (150c) zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Bereich (150a, 150b) in die Führungsbohrung (154) des Steuerkolbens (150) mündet.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste zylindrische Bereich (150a) des Steuerkolbens (150) an seinem einspritzdüsenseitigen Ende und der zweite zylindrische Bereich (150b) des Steuerkolbens (150) an seinem entgegengesetzten Ende jeweilige von unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagte erste und zweite Kolbenflächen (152a bzw. 152b) zur Steuerung der Bewegung des Steuerkolbens (150) zwischen der ersten und der zweiten Stellung aufweisen.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolbenfläche (152b) eine größere wirksame Fläche als die erste Kolbenfläche (152a) aufweist.

5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (100) einen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagten Steuerraum (109) zur Steuerung des Einspritzvorgangs des Einspritzinjektors aufweist, der mittels eines Schließkörpers (113) des Steuerventils (110) im Sinne einer Freigabe des Einspritzvorgangs druckentlastbar ist, wobei der Steuerkolben (150) des Steuerventils (110) zur Steuerung der Bewegung zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung mit dem Steuerraum (109) gekoppelt ist.

6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (109) an dem der Einspritzdüse (180) entgegengesetzten Ende des Steuerkolbens (150) als Fortsetzung der Führungsbohrung (154) ausgebildet und durch den Steuerkolben (150) einspritzdüsenseitig begrenzt ist, so dass eine Druckentlastung des Steuerraums (109) eine Verschiebung des Steuerkolbens (150) aus seiner den Hochdruckkanal (107) gegen das Einspritzventil (140) versperrenden zweiten Stellung in seine die Zuführung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu dem Einspritzventil (140) freigebende erste Stellung bewirkt.

7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (109) einspritzdüsenseitig durch die den zweiten zylindrischen Bereich (150b) begrenzende zweite Kolbenfläche (152b) begrenzt ist.

8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an die erste und zweite Kolbenfläche (152a, 152b) des Steuerkolbens (150) angrenzenden Raumbereiche der Führungsbohrung (154) durch einen Verbindungskanal (160) miteinander kommunizieren.

9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (109) mit einem Steuerdruckanschluss (135) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff als Steuerfluid getrennt von dem in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden an dem Hochdruckanschluss (129) zugeführten Kraftstoff verbunden ist.

10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Ausgleichsstift (164) an seinem der Einspritzdüse (180) entgegengesetzten Ende an einem Gegenlager, insbesondere an einem quer in das Injektorgehäuse (101) eingesetzten Lagerstift (166) abgestützt ist.

11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zylindrische Bereich (150b) des Steuerkolbens (150) an dem zylindrischen Ausgleichsstift (164) in zwei Teile (150b1, 150b2) getrennt ist, von denen ein Teil (150b2) eine Ausnehmung (153) zur Aufnahme des quer eingesetzten zylindrischen Ausgleichsstifts (164) aufweist, und von denen der der Einspritzdüse (180) abgewandte Teil (150b2) die zweite Steuerkolbenfläche (152b) aufweist.

12. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (156) und die Ventildichtfläche (157) des Steuerkolbens (150) als eine den im stromaufwärtigen Teil (107a) des Hochdruckkanals (107) anstehenden Kraftstoffdruck gegen den stromabwärtigen Teil (107b) des Hochdruckkanals (107) druckreduzierende Drosselstelle ausgebildet ist.

13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventildichtfläche (157) vom einspritzdüsenseitigen Ende her zunächst einen unter einem ersten spitzen Winkel (α1) zur Steuerkolbenachse verlaufenden ersten Teil (157a), einen unter einem zweiten spitzen Winkel (α2) zu der Steuerkolbenachse verlaufenden zweiten Teil (157b) und einen unter einem dritten spitzen Winkel (α3) zur Steuerkolbenachse verlaufenden dritten Teil (157c) aufweist, wobei der erste Winkel (α1) größer als der zweite Winkel (α2) ist und der zweite Winkel (α2) größer als der dritte Winkel (α3) ist, wobei die Ventildichtfläche (157) den Ventilsitz (156) im Übergang zwischen ihrem ersten Teil (157a) und ihrem zweiten Teil (157b) berührt.