DE10110845A1 - Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff mit nachgeschaltetem Drucksteuerungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. In einem Injektorgehäuse (2) ist ein Steuerteilkörper (4) bewegbar aufgenommen. Dessen Öffnungs- bzw. Schließbewegung erfolgt über Druckentlastung eines Steuerraums (10). Die Druckentlastung des Steuerraums (10) wird über einen fremdbetätigbaren Aktor (16) gesteuert. Am Steuerteilkörper (4) ist ein den Ventilraum (6) abdichtender Dichtsitzdurchmesser (18) vorgesehen, der den Zulauf (7) von einem Hochdrucksammelraum verschließt bzw. freigibt. Dem Dichtsitzdurchmesser (18) vom Steuerteilkörper (4) ist ein Ringdrosselelement (21) mit variablem Querschnitt (25, 26) nachgeschaltet. Dem Dichtsitzdurchmesser (18) des Steuerteilkörpers (4) ist ein Ringdrosselelement (21) mit variablem Querschnitt (25, 26) oder ein Drosselschieber (35) mit Drossel (37) nachgeschaltet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen. Einspritzsysteme für direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen müssen heute steigenden Anforderungen gerecht werden. So wird gefordert, daß Einspritzdruck und Einspritzmenge für jeden Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine unabhängig voneinander festgelegt werden können, so daß sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Gemischbildung einstellt. Die Einspritzmenge soll zu Beginn der Einspritzung möglichst gering sein, um dem sich zwischen Beginn der Einspritzung und Beginn der Verbrennung einstellenden Zündverzug Rechnung zu tragen. Diese Anforderungen werden heute in Speichereinspritzsystemen (common rail) mit Vor- und Haupteinspritzphase realisiert.

Stand der Technik

DE 198 35 494 A1 bezieht sich auf eine Pumpe-Düse-Einheit. Diese dient zur Kraftstoffzufuhr in den Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen. Es wird eine Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdruckes und zum Einspritzen des Kraftstoffes über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum bereitgestellt. Diese ist mit einer Steuereinheit samt Steuerventil, welches als nach außen öffnendes A-Ventil ausgebildet ist und einer Ventilbetätigungseinheit versehen. Mit der Ventilbetätigungseinheit wird die Steuerung des Druckaufbaus in der Pumpeneinheit gesteuert. Um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuereinheit zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat, kleinbauend ist und die insbesondere eine kurze Ansprechzeit hat, ist die Ventilbetätigungseinheit als piezoelektrischer Aktor ausgebildet.

Aus DE 37 28 817 C2 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe enthält ein Steuerventilglied aus einem eine Führungshülse bildenden und in einem Kanal gleitenden Ventilschaft und einem mit diesem verbundenen, der Betätigungseinrichtung zugewandten Ventilkopf. Die Dichtfläche des Ventilkopfs ist mit der den Ventilsitz bildenden Fläche der Steuerbohrung zusammenwirkend ausgebildet. Der Ventilschaft weist an seinem Umfang eine Ausnehmung auf, deren axiale Erstreckung von der Einmündung der Kraftstoffzufuhrleitung bis zum Beginn der mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dichtfläche am Ventilkopf reicht. In der Ausnehmung ist eine dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzte Fläche ausgebildet, die gleich einer im geschlossenen Zustand des Steuerventils dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzten Fläche des Ventilkopfes ist. Dadurch ergibt sich im geschlossenen Zustand des Ventils ein druckausgeglichener Zustand. In der Führungshülse ist eine das Steuerventil zu seiner Offenstellung hin belastende Feder aufgenommen.

Darstellung der Erfindung

Während bei bisher eingesetzten Einspritzsystemen der anzustrebende dreieckförmige Hubverlauf oft sehr füllig ausfällt, da bei aufgesteuertem Steuerventil das Ventil aufspringt, kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eines Steuerteiles in einem Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff der sich einstellende Einspritzdruckverlauf besser an die Verbrennung angepaßt werden.

Durch Nachschaltung eines als Ringdrossel ausgebildeten flächigen Elements läßt sich bei Öffnung des Steuerteils die passierende Durchflußmenge genauestens vorgeben. Enthält die Ringdrossel eine Kegelfläche und einen zylindrischen Teil, können über die Vorgabe des Kegelwinkels am Kegelstumpf und die Länge des als Kegelstumpf ausgebildeten Absatzes am Steuerteil eine Einstellung des Druckverlaufes über den Hub des Steuerteiles erfolgen.

Der zylindrische Abschnitt des Ringdrosselelements ist fertigungstechnisch an einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Bauteil recht einfach zu fertigen. Der zylindrische Teil der Ringspaltdrossel kann bis auf eine Steuerkante minimiert werden, an deren Unterseite - in Abströmrichtung gesehen - sich der Kegelstumpf der Ringdrossel anschließt. Eine Minimierung des zylindrischen Teils des Ringdrosselelements auf eine Steuerkante würde zu einer weiteren Verkürzung und damit Baulängeneinsparung am Injektor und am Injektorgehäuse führen. Dem Injektor wird die vertikale Auf- und Abbewegung zum Öffnen bzw. schließen des Ventilraums über eine separat betätigbare Ventilsteuereinheit aufgeprägt, durch deren Aufsteuerung ein das Steuerteil beaufschlagender Steuerraum druckentlastet wird.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung des Drosselelements mit Kegelstumpf läßt sich der Druckverlauf während der Einspritzung dem Verbrennungsverlauf anpassen. Einspritzbeginn, Einspritzverlauf und Zerstäubung des Kraftstoffes beeinflussen den Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine und damit die Schadstoffemission erheblich. Eine späte Einspritzung vermindert die NO_x-Emission in Folge niedriger Prozeßtemperaturen. Zu späte Einspritzung erhöht die HC-Emission und den Kraftstoffverbrauch, so wie bei höherer Last auch den Rußausstoß. Eine Abweichung des Einspritzbeginns vom Sollwert um nur 1° Kurbelwinkel kann die NO_x-Emission um bis zu 5% erhöhen. Ein 2° Kurbelwinkel zu früher Spritzbeginn kann zu einer Erhöhung des Zylinderspitzendruckes um 10 bar führen, eine Spätverschiebung um 2° Kurbelwinkel die Abgastemperatur um 20°C erhöhen. Diese hohe Empfindlichkeit verlangt einen genau eingestellten Einspritzbeginn und eine Einhaltung des voraus berechneten Einspritzverlaufs. Der Einspritzverlauf ist definiert durch die während eines Einspritzzyklus (Einspritzbeginn bis Einspritzende) variierende Kraftstoffmenge. Der Einspritzverlauf bestimmt die während des Zündverzuges (zwischen Einspritzbeginn und Brennbeginn) geförderte Kraftstoffmasse. Darüber hinaus beeinflußt er auch die Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum und damit die Luftausnutzung. Der Einspritzverlauf muß langsam ansteigen, damit im Zündverzug wenig Kraftstoff eingespritzt wird. Mit dem Verbrennungsbeginn verbrennt dieser Kraftstoff heftig (vorgemischte Verbrennung), was sich ungünstig auf die Geräusch und die NO_x-Emission auswirkt. Am Ende muß der Einspritzverlauf scharf abfallen, um zu verhindern, daß schlecht zerstäubter Kraftstoff in der Endphase zu hohen Kohlenwasserstoff und Rußemissionen und zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch führt.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektor mit einem dem Sitzdurchmesser des Steuerteils nachgeschalteten Ringdrosselelement läßt sich der Kraftstoffmassenstrom durch die Düse dem durch den Verbrennungsverlauf vorgegebenen Kraftstoffmassenstrom zur Erzielung einer möglichst homogenen Verbrennung genauer anpassen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektor samt Ringdrosselelement und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ringdrosselelements bestehend aus einer Ringspaltfläche mit sich abströmseitig erstreckendem Kegelstumpf.

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsvariante eines Steuerteilkörpers mit Schieberabschnitt, der von einer Drosselbohrung durchzogen ist und

Fig. 4 ein Durchflußdiagramm, die durchgesetzte Kraftstoffmenge über dem Steuerteilhubweg darstellend.

Ausführungsvarianten

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektor mit Ringdrosselelement näher hervor.

Der Injektor 1 besteht im wesentlichen aus einem in einem Injektorgehäuse 2 auf und abbewegbaren Steuerteilkörper 4. Der Steuerteilkörper 4 ist als rotationssymmetrisches Bauelement ausgebildet und symmetrisch zu seiner Symmetrielinie 3. Den Kopfbereich 5 des Steuerteilkörpers 4 im Injektorgehäuse 2 umgebend ist ein ringförmig sich erstreckender Ventilraum 6 ausgebildet. In den Ventilraum 6 im Injektorgehäuse 2 mündet ein Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum (common rail). Vom Ventilraum 6 abzweigend und über diesen mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, ist eine Zulaufdrossel 8 ausgebildet, welche in einen im Injektorgehäuse 2 ausgebildeten Steuerraum 10 mündet. Der Steuerraum 10 ist einerseits von der oberen Stirnfläche 9 des Kopfbereichs 5 des Steuerteilkörpers 4 begrenzt und andererseits von einer in Injektorgehäuse 2 ausgebildeten Steuerraumbegrenzungswand 11 umschlossen.

Das kontinuierlich über die Zulaufdrossel 8 vom Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum in den Steuerraum 10 eintretende Steuervolumen kann über eine Ablaufdrossel 12 bei Öffnung eines Schließelements 13 druckentlastet werden. Dazu wird das Schließelement mittels eines hier nicht näher dargestellten Aktors in vertikale Richtung (Doppelpfeil 16) betätigt. Der hier nicht näher dargestellte Aktor kann ein Piezoaktor, ein Elektromagnet oder ein hydraulisch/mechanischer Steller sein. Bei Druckentlastung des Steuerraums 10 über die Ablaufdrossel 12 wird das Schließelement 13 - hier ausgebildet als kugelförmiges Schließelement - aus seinem Dichtsitz 15 bewegt. Dadurch wird ein Hohlraum 14, der ablaufseitig mit der Ablaufdrossel 12 in Verbindung steht, freigegeben, so daß das im Steuerraum 10 eingeschlossene Steuervolumen über die Ablaufdrossel 12 ablaufen kann. Dadurch stellt sich eine Druckentlastung im Steuerraum 10 ein, welche eine Aufwärtsbewegung des Steuerteils 4 in vertikale Richtung zuläßt.

Im unteren Bereich des Kopfbereichs 5 des Steuerteilkörpers 4 ist ein Sitzdurchmesser 18 ausgebildet. Der Sitzdurchmesser 18 bildet den Dichtsitz 17, über welchen bei Grobbeaufschlagung des Steuerraums 10 über die Zulaufdrossel 8, die auch direkt in den Steuerraum 10 münden kann. Der Ventilraum 6 gegenüber dem Düsenzulauf 27 abgedichtet ist. Unterhalb des Dichtsitzdurchmessers 18 erstreckt sich am Steuerteilkörper 4 eine Einschnürung 19. Die Einschnürung 19 läuft in einer Steuerkante 20.1 des Steuerteilkörpers 4 aus. An diese schließt sich am Steuerteilkörper 4 ein Ringdrosselelement 21 an, welches in der Darstellung gemäß Fig. 1 einen zylinderflächenförmigen Abschnitt 21.1 und einen sich daran anschließenden kegelstumpfförmigen Drosselbereich 21.2 aufweist, die in der Darstellung gemäß Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eingehender gezeigt sind.

Unterhalb des Ringdrosselelements 21 ist im Injektorgehäuse 2 der Düsenzulauf 27 ausgebildet. Unterhalb des Düsenzulaufs 27 befindet sich im Injektorgehäuse 2 des Injektors 1 ein ringförmig verlaufender Leckölraum 28. Dessen obere Begrenzung bildet die Leckölsteuerkante 29 im Gehäuse 2 aus, die mit einer am Leckölschieber 31 ausgebildeten leckölschieberseitigen Steuerkante 30 zusammenarbeitet. Am Leckölschieber 31 sind Ablaufflächen 32 vorgesehen, über welche der bei der Druckentlastung der Düse ablaufende Kraftstoff in den unter dem Leckölschieber 31 befindlichen Leckölraum 33 und von dort in den Leckölablauf 34 eintreten kann.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht in vergrößertem Maßstab die Geometrie der Einschnürung 19 unterhalb des Dichtsitzes am Steuerteilkörper 4 sowie die Geometrie des Ringdrosselelements näher hervor.

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 näher beschrieben, ist der Ventilraum 6 innerhalb des Injektorgehäuses 2 bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums 10 an seinem Dichtsitz 17 durch den Steuerteilkörper 4 verschlossen. Am Dichtsitz 17 weist der Steuerteilkörper 4 im unteren Bereich des Kopfbereichs 5 den Sitzdurchmesser 18 auf. An diesen schließt sich die Einschnürung 19 an, die ihrerseits in der Steuerkante 20.2 ausläuft. Diesem gegenüberliegend ist gehäuseseitig eine Steuerkante 20.1 ausgebildet, zwischen denen sich ein Ringspalt 25 einstellt. In der Darstellung gemäß Fig. 2 enthält das Ringdrosselelement 21 einen Zylinderbereich 21.1, der in axialer Richtung die Hubhöhe h₁ (Bezugszeichen 22) hat. An diesen schließt sich abströmseitig ein kegelstumpfförmiger Bereich des Drosselelements 21 an. Die Mantelfläche des Kegelstumpfes ist unter einem Winkel α (24) bezogen auf die Bohrung im Injektorgehäuse 2 ausgebildet. Der Winkel α kann im Bereich zwischen 30° und 60° liegen und definiert dadurch einen Öffnungsverlauf 26 am kegelstumpfseitigen Bereich des Drosselelements, welcher einen variablen Durchsatz des Kraftstoffmassenstromes in den Düsenzulauf 27 (vergl. Darstellung gemäß Fig. 1) ermöglicht. Der kegelstumpfförmig verlaufende Bereich 21.2 des Drosselelements 21 hat in axialer Richtung gesehen eine Kegelstumpflänge 23. Das in Fig. 2 näher dargestellte Ringdrosselelement 21 erstreckt sich in axialer Richtung gesehen über die Längen 22 und 23. Anstelle zweier Drosselbereiche, bestehend aus zylinderförmig verlaufender Drosselfläche 21.1 und kegelstumpfförmigem Drosselbereich 21.2 könnte in einer Ausführungsvariante der zylinderförmige Ringdrosselbereich 21.1 auch lediglich auf die Steuerkante 20.2 beschränkt werden, so daß in Bezug auf die axiale Erstreckung des Steuerteilkörpers 4 die Hubhöhe 22 eingespart werden könnte. Der Ringspalt 25 würde sich damit auf eine ringförmig erstreckende Öffnung reduzieren und unmittelbar in den Bereich mit variablem Querschnitt 26 des kegelstumpfförmig konfigurierten Drosselbereichs 21.2 münden.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektors stellt sich wie folgt dar:
Bei Aufsteuerung des Steuerraums 10 durch Betätigung des hier kugelförmig ausgebildeten Schließelements 13 aus seinem Dichtsitz 15 hinaus, wird der Steuerraum 10 druckentlastet, d. h. das Steuervolumen läuft über die Ablaufdrossel 12 ab und ermöglicht eine vertikale Auffahrbewegung des Kopfbereichs 5 des Steuerteilkörpers 4. Dadurch wird der Ventilraum 6 geöffnet, unter hohem Druck stehender Kraftstoff vom Zulauf 7, der seinerseits mit dem Hochdrucksammelraum (common rail) verbunden ist, tritt in den Bereich der Bohrung im Injektorgehäuse 2 ein, in welchen der Düsenzulauf 27 mündet. Dadurch wird der Düsenzulauf mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, der dann an der Einspritzdüse ansteht. Gleichzeitig fahren die Steuerkanten 30 und 29 am Leckölschieber 31 übereinander und dichten somit den Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum gegen den Leckölraum 33 ab.

Beim Auffahren des Steuerteilkörpers 4 in vertikale Richtung nach oben in den Steuerraum 10 hinein bewirkt das Ringdrosselelement 21 ein kontrolliertes Einströmen des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs in den Düsenzulauf 27, da der Ringspalt 25 als Drossel wirkt und der Kraftstoffmassenstrom gemäß des bei der Verbrennung auftretenden Zündverzugs entsprechend des Verbrennungsverlaufs in den Brennraum einer direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Während sich die Flammenfront im Brennraum zunächst langsam ausbildet, ist der über den Ringspalt 25 eintretende Kraftstoffmassenstrom begrenzt. Dieser erhöht sich erst, wenn der Steuerteilkörper 4 des Injektors 1 bei weiterer Druckentlastung des Steuerraums 10 weiter nach oben auffährt und der Kraftstoff über den sich an den Ringspalt anschließenden variablen Querschnitt 26 mit einem höheren Massenstrom in den Düsenzulauf 27 eintritt. Dadurch wird der Brennraum bei sich ausbreitender Flammenfront mit einem höheren Kraftstoffmassenstrom versorgt, so daß eine dem Verbrennungsverlauf entsprechende Kraftstoffmenge zur Verbrennung zur Verfügung steht.

Wird der Aktor 16 in Aktorwirkrichtung betätigt, wird das kugelförmig ausgebildete Schließelement 13 in seinen Sitz 15 gepreßt. Durch den kontinuierlich über den Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum über die Zulaufdrossel 8 in den Steuerraum 10 eintretenden Kraftstoff baut sich dort ein Steuervolumen 10 auf, der Druck steigt an. Dadurch wird die Stirnfläche 9 des Kopfbereichs 5 des Steuerteilkörpers 4 nach unten bewegt. Demzufolge bewegt sich der Sitzdurchmesser 18 in seinen Dichtsitz 17, so daß der Ventilraum 6 abgedichtet ist. Gleichzeitig haben sich die Steuerkanten 29 bzw. 30 am Leckölschieber 31 aus ihrer Überdeckung bewegt und entlasten den Düsenzulauf 27. Abströmender Kraftstoff strömt über den Ringraum 28 und die Ablaufflächen 32 in den Leckölraum 33 ein und von dort über den Leckölablauf 34 in den Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges zurück.

Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform dar, bei der der Steuerteilkörper mit einem Schieberabschnitt versehen ist und dieser von einer Drossel­ bohrung durchzogen wird.

Bei dieser Ausführungsvariante eines Steuerteilkörpers 4 eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff wird die Drosselfunktion durch einen Drosselschieber 35 und einer diesen Drosselschieber im Steuerteilkörper 4 durchziehenden Bohrung 37 erreicht.

Der Injektor 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3 umfaßt einen in einem Injektorgehäuse 2 verschiebbar aufgenommenen Steuerteilkörper 4, dessen Vertikalbewegung im Injektor­ gehäuse 2 durch eine Druckentlastung 10 des Steuerraums 10 erzielt wird. Dem Steuerraum 10 ist eine Ablaufdrossel 12 zugeordnet, die über ein kugelförmiges Schließelement 13, welches über einen Piezosteller betätigbar ist, verschließbar oder freigebbar ist. Mittels des Piezostellers wird das kugelförmig ausgestaltete Schließelement 13 in seinen Schließsitz 15 oberhalb eines Hohlraums 14 gedrückt. Die Ablaufdrossel 12 mündet in einer am Injektorgehäuse 2 vorgesehenen Steuerraumbegrenzungswand 11. Der Steuerraum 10 wird über eine im Kopfbereich 5 des Steuerkörpers 4 vorgesehene Zulaufdrossel 8 kontinuierlich über den Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum (Common rail) mit Kraftstoff beaufschlagt. Der der Zulaufdrossel 8 zugeordnete Kanal mündet im Ventilraum 6, welcher den Kopfbereich 5 des Steuerteilkörpers 4 ringförmig umschließt. Steuerraumseitig mündet die Zulaufdrossel 8 in der Stirnfläche 9 des Kopfbereiches 5 des Steuerteilkörpers 4.

Im in Fig. 3 dargestellten Zustand ist der Steuerraum 10 des Injektors 1 mit einem Kraftstoffvolumen beaufschlagt; die Ablaufdrossel 12 ist durch das Schließelement 13 geschlossen. Durch das im Steuerraum 10 enthaltene, unter Druck stehende Kraftstoffvolumen wird die Stirnfläche 9 mittels des Kopfbereiches 5 des Steuerteilkörpers 4 in ihren Dichtsitz 17 im Injektorgehäuse 2 gedrückt. Im Dichtsitz 17 liegt der Sitzdurchmesser 18 des Steuerteilkörpers 4 an und verschließt den Ventilraum 6 und damit den Zulauf 7 von Hochdrucksammelraum.

Am Steuerteilkörper 4 schließt sich an den Sitzdurchmesser 18 eine Einschnürstelle 19 an, die am Steuerteilkörper 4 in einen Drosselschieber 35 übergeht. Der Drosselschieber 35 ist mit einer Drosselschieberüberdeckung 36 (h₂) versehen. Der Drosselschieber 35 ist am Steuerteilkörper 4 von einer Drosselbohrung 37 durchzogen. Über die Drosselbohrung 37 stehen ein Ringraum 38, der den Steuerteilkörper 4 gehäuseseitig umgibt und ein zwischen Einschnürstelle 19 und Injektorgehäuse 2 gebildeter Hohlraum in Verbindung, der bei Druckentlastung des Steuerraums 10 vom einschießenden, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff ausgeführt wird.

Vom sich an den Drosselschieber 35 anschließenden Ringraum 38 zweigt ein Düsenzulauf 27 zum Düsenraum im Injektor 1 ab, welcher eine hier nicht dargestellte Düsennadel mit Druckstufe umgibt.

Am Steuerteilkörper 4 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 3 ist ferner ein Leckölschieber 31 ausgebildet, der einen im Injektorgehäuse 2 vorgesehenen Leckölraum 28 mit seiner Leckölsteuerkante 30 relativ zur gehäuseseitig vorgesehenen Leckölsteuerkante 29 freigibt oder verschließt. Der Leckölschieberhub 41 (h₁) ist kleiner bemessen als die Drosselschiebeüberdeckung 36 (h₂). Unterhalb des Leckölschiebers 31 ist ein Leckölraum 33 vorgesehen, der mit einem Leckölablauf 34 in Verbindung steht, über welchen das Lecköl am Injektor in ein Kraftstoffreservoir zurückströmen kann.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 geht ein Durchflußdiagramm hervor, welches die durchgesetzte Kraftstoffmenge über dem Steuerteilhubweg darstellt.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß aufgrund der unterschiedlichen Überdeckungen 36 bzw. 41 vom Leckölschieber 31 bzw. Drosselschieber 35 über die den Steuerteilkörper 4 durchsetzenden Drosselbohrung 37 eine Bootphase während einer Kraftstoffeinspritzung erzeugt werden kann. Bei Druckentlastung des Steuerraumes 10 durch Ansteuerung des das Schließelement 13 beaufschlagenden Aktors fährt die Stirnfläche 9 des Steuerteilkörpers 4 in den Steuerraum 10 ein. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff schießt vom Zulauf 7 vom Hochdrucksammelraum (Common rail) in den Ventilraum 6 ein, entlang des geöffneten Sitzes 17 bzw. 18 und von dort durch die an der Einschnürstelle 19 mündende Drosselbohrung 37 in den Ringraum 38, der dem Drosselschieber 35 am Steuerteilkörper nachgeschaltet ist. Die Überdeckung 36 des Drosselschiebers 35 sorgt dafür, daß Kraftstoff lediglich durch die Drosselbohrung 37 in den den Steuerteilkörper 4 umgebenden Ringraum 38 einschießt, von dem der Düsenzulauf 27 im Düsenraum einer Einspritzdüse abzweigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Leckölschieber 31 entsprechend seiner Überdeckung 41 (h₁) so aufgefahren, daß der Leckölraum 28 den Ringraum 38 leckölseitig verschließt. Während des Einströmens des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs über die Drosselbohrung 37 in den Ringraum 38 und damit in den Düsenzulauf 27, bleibt der Druck annähernd konstant, bis eine weitere Druckentlastung des Steuerraumes 10 ein weiteres Auffahren des Kopfbereiches 5 des Steuerteilkörpers 4 mit seiner Standfläche 9 in den Steuerraum 10 herbeigeführt hat, welches die Drosselschieberüberdeckung 36 (h₂) übersteigt. Damit wird das Zuströmen des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu verfügende Strömungsquerschnitt in der Bohrung im Injektorgehäuse 2 vollständig freigegeben, so daß eine größere Menge von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff über den Ringraum 38 in den Düsenzulauf 27 einschießen kann. Leckölseitig ist der Leckölraum 28 durch die Überdeckung der gehäuseseitigen Steuerkante 29 mit der leckölschieberseitigen Steuerkante 30 des Leckölschiebers 31 verschlossen.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme gemäß der Darstellung in Fig. 3 kann eine Bootphase während der Einspritzphase herbeigeführt werden, welche insbesondere Vorteile hinsichtlich der Abgasentwicklung und der Geräuschemission bei der Verbrennung in direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen nach sich zieht. Die Präzision und die Dauer der Bootphase läßt sich durch die Genauigkeit der Fertigung der Drosselbohrung 37 einstellen, wobei insbesondere das sich einstellende Schieberspiel zwischen Drosselschieber 35 und der Bohrung im Injektorgehäuse 2 von Bedeutung ist.

Bezugszeichenliste

1

Injektor

2

Injektorgehäuse

3

Symmetrielinie

4

Steuerteilkörper

5

Kopfbereich

6

Ventilraum

7

Zulauf common rail

8

Zulaufdrossel

9

Stirnfläche

10

Steuerraum

11

Steuerraumbegrenzungswand

12

Ablaufdrossel

13

Schließelement

14

Hohlraum

15

Schließsitz

16

Aktorwirkrichtung

17

Dichtsitz

18

Sitzdurchmesser

19

Ventilraumeinschnürung

20.1

Steuerkante Gehäuse

20.2

Steuerkante Ventilkörper

21

Ringdrosselelement

21.1

Zylinderfläche

21.2

Kegelstumpffläche

22

Hubhöhe h₁

23

Kegelstumpflänge

24

Winkel α

25

Ringspalt

26

Öffnungsverlauf

27

Düsenzulauf

28

Leckölraum

29

Leckölsteuerkante Gehäuse

30

Leckölsteuerkante Leckölschieber

31

Leckölschieber

32

Ablauffläche

33

Leckölraum

34

Leckölablauf

35

Drosselschieber

36

Drosselschieberüberdeckung (h₂

)

37

Drosselbohrung

38

Ringraum

39

Durchflußmenge

40

Gesamthubweg Steuerteilkörper

4

41

Leckölschieberüberdeckung (h₁

)

Claims (13)

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem in einem Injektorgehäuse (2) bewegbaren Steuerteilkörper (4), dessen Öffnungs- bzw. Schließbewegung über Druckentlastung eines Steuerraums (10) erfolgt, die von einem fremdbetätigbaren Aktor (16) gesteuert wird, wobei am Steuerteilkörper (4) ein einen Ventilraum (6) abdichtender Dichtsitzdurchmesser (18) ausgebildet ist, der den Zulauf (7) vom Hochdrucksammelraum verschließt bzw. freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dichtsitzdurchmesser (18) am Steuerteilkörper (4) ein Ringdrossel­ element (21) mit variablem Querschnitt (25, 26) oder ein Drosselschieber (35) mit Drossel (37) nachgeschaltet ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringdrosselelement (21) aus kaskadenförmig hintereinander geschalteten Drosselabschnitten (21.1, 21.2) besteht.

3. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drosselabschnitt (21.1) eine Steuerkante (20.2) umfaßt, die mit dem Injektorgehäuse (2) einen Ringspalt (25) begrenzt.

4. Injektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Drosselabschnitt (21.1) zylinderförmig über eine Länge (22) am Steuerteilkörper (4) erstreckt.

5. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (21) einen kegelförmig konfigurierten Abschnitt (21.2) umfaßt.

6. Injektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (24) des kegelförmigen Drosselabschnitts (21.2) zwischen 30° und 60° liegt.

7. Injektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Drosselabschnitts (21.2) und dem Injektorgehäuse (2) über die Kegelstumpflänge (23) eine Querschnittsaufweitung (26) ausgebildet ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dichtsitz (17) des Steuerteilkörpers (4) im Injektorgehäuse (2) und dem Drosselelement (21) am Steuerteilkörper (4) eine Einschnürung (19) ausgebildet ist.

9. Injektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des kegelförmigen Drosselabschnitts (21.2) mit einer Konturierung zur Steuerung des Einspritzdruckverlaufs versehen ist.

10. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselschieber (35) in einer Überdeckung (36) ausgeführt ist, die eine Überdeckung (41) eines Leckölschiebers (31) übersteigt.

11. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (37) unterhalb des Dichtsitzes (17, 18) des Steuerteilkörpers (4) und in einem mit dem Düsenzulauf (27) in Verbindung stehenden Ringraum (38) mündet.

12. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (37) als an den Steuerteilkörper (4) durchziehende Bohrung mit konstantem Querschnitt beschaffen ist.

13. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (37) als den Steuerteilkörper (4) durchziehende Bohrung mit sich änderndem Querschnitt beschaffen ist.