DE10120804A1 - Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff mit sequentiellem Aufbau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungsmaschinen. Der Injektor umfaßt Betätigungsvorrichtungen (39, 58), einen Haltekörper (20) sowie einen weiteren Haltekörper (26), welche mittels Spannelementen (47, 53) miteinander verbunden sind. Ein Düsenraum (23), der eine Düsennadel (24) umgibt, ist über eine Zulaufbohrung (46) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. An den Haltekörpern (20, 26) sind Zulaufstutzen (40), elektrische Anschlußelemente (43, 44), die Betätigungsvorrichtungen (39, 58) ein in einen der Haltekörper (20, 26) integriertes kraftstoffzumessendes 3/2-Wegeventil (28, 50), ein ein Schließelement (32) enthaltender Federraum (31) sowie eine Düsennadel (24) sequentiell hintereinanderliegend angeordnet.

Description

Technisches Gebiet

Bei heute eingesetzten System zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Ver­ brennungskraftmaschinen kommen Düsenhalterkombinationen (Düse und Düsenhalter) sowie Kraftstoffinjektoren zum Einsatz. Mittels dieser Komponenten wird der Einspritzbe­ ginn und die in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge eingestellt. Bei luftverdich­ tenden Verbrennungskraftmaschinen werden Systeme zum Einspritzen von Kraftstoff ein­ gesetzt, die mit einem Hochdrucksammelraum (Common Rail) ausgestattet sind, um den Einspritzdruck abhängig von Druckschwankungen im Einspritzsystem auf einem hohen Niveau halten zu können.

Stand der Technik

DE 197 01 879 A1 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftma­ schinen. Diese umfaßt einen von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllbaren ge­ meinsamen Hochdrucksammelraum (Common Rail), der über Einspritzleitungen mit in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen ver­ bunden ist. Die Öffnungs- und Schließbewegungen der Einspritzventile werden jeweils von einem elektrisch angesteuerten Steuerventil gesteuert, wobei das Steuerventil als 3/2- Wege-Ventil ausgebildet sein kann, das einen an einer Einspritzöffnung des Einspritzven­ tils mündenden Hochdruckkanal mit der Einspritzleitung oder einer Entlastungsleitung verbindet. Dabei ist am Steuerventilglied des Steuerventils ein mit Kraftstoffhochdruck befüllbarer hydraulischer Arbeitsraum vorgesehen, der zur Verstellung der Einstellposition des Steuerventilgliedes des Steuerventils in einen Entlastungskanal aufsteuerbar ist.

DE 198 35 494 A1 betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit. Diese dient der Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit. Dort wird ein Einspritzdruck aufgebaut, der zum Einspritzen des Kraft­ stoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum dient; ferner ist eine Steuereinheit mit einem Steuerventil vorgesehen, welches als nach außen öffnendes A-Ventil ausgebildet ist. Eine Ventilbetätigungseinheit dient zur Steuerung des Druckaufbaus in der Pum­ peneinheit. Um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuereinheit zu schaffen, die einerseits einen einfachen Aufbau hat, andererseits kleinbauend ist und die insbesondere eine kurze Ansprechzeit aufweist, wird vorgeschlagen, die Ventilbetätigungseinheit als einen piezo­ elektrischen Aktor auszubilden.

Bei der Lösung gemäß DE 37 28 817 C2 handelt es sich um eine Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine. Gemäß dieser Lösung ist eine piezoelektrische Stelleinheit seitlich am Düsenkörper der Einspritzpumpe vorgesehen.

Den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen haftet der Nachteil an, daß einerseits Ventile zur Zumessung des Kraftstoffs unmittelbar am Hochdrucksammelraum oder sehr nahe an diesem plaziert sind. Durch die zur Düsenhalterkombination oder dem Injektor führenden Zulaufleitungen ist die Kraftstoffmengenbilanz am Injektor höchst unbefriedi­ gend und höchst schwierig zu ermitteln. Seitlich mit Anbauten versehene Injektoren oder Düsenhalterkörper sind nur mit erheblichem Änderungsaufwand an ausgelieferten Ver­ brennungskraftmaschinen anzubringen, an welchen zuvor Kraftstoffinjektoren ohne seitli­ che Anbauten aufgenommen waren; zudem können Nachteile dadurch auftreten, daß der Kraftstoffzulauf vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) nicht konzentrisch zur Dü­ sennadel verläuft.

Darstellung und Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind vor allem darin zu erblicken, daß durch die Integration eines Zumeßventils in den Injektor eine erhebliche Verbesserung der Kraft­ stoffmengenbilanz zu erwarten steht. Die erforderlichen Einbauverhältnisse im Zylinder­ kopfbereich von Verbrennungskraftmaschinen hinsichtlich Durchmesser und Spannhöhe können so gehalten werden, daß diese denjenigen konventioneller Düsenhalterkombinatio­ nen weitestgehend entsprechen und im ungünstigsten Falle lediglich Anpassungen hin­ sichtlich der Modifikationen der Einbaulänge, d. h. hinsichtlich der Konfiguration der Spannpratzen vorzunehmen sind.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt darin, daß ein weitestgehend konzentrisch erfolgender Kraftstoffzulauf vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) zum erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor erfolgt. Ein kon­ zentrischer Kraftstoffzulauf minimiert Druckverluste im Zulaufbereich, ferner kann die kürzestmögliche Zulaufleitungslänge vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) zum jeweiligen Kraftstoffinjektor realisiert werden, was einerseits kostengünstig ist und ande­ rerseits dem Auftreten von Druckpulsationen in der Zulaufleitung vom Hochdrucksammel­ raum (Common Rail) entgegenwirkt. Ein weiterer Vorteil eines sequentiell aufgebauten Injektors bzw. einer Düsenhalterkombination zum Einspritzen von Kraftstoff liegt in der Verwendung einzeln prüfbarer Fertigungskomponenten sowie im geringst möglichen Ein­ stellaufwand, wodurch die Montage solcher Baugruppen erheblich vereinfacht werden kann.

Die Integration eines Steuerkolbens unter Verzicht auf ein zusätzliches Bauteil wie zum Beispiel einen Buchseneinsatz in den Haltekörper, bietet bestmögliche Voraussetzungen zur Hochdruckdichtigkeit desselben, bei den auftretenden Betriebsdrücken im Bereich von etwa 1500 bar, mit dem Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff an luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen in der Regel betrieben werden. Ferner bietet der Verzicht auf einen Buchseneinsatz für den Steuerkolben den Vorteil, daß die Wandstärken des Halte­ körpers so beschaffen bleiben, daß sich eine hohe Druckschwellfestigkeit des Haltekörpers einstellt, was die Standzeit erheblich verlängert und Materialermüdungen nach einer kriti­ schen Anzahl von Lastspielen ausschließt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Injektors oder der Düsenhalterkombination zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen erlaubt die Einleitung der Spannkraft über die Stirnfläche einer Spannschraube, so daß eine Schwä­ chung des Werkstoffes am Düsenhalter an seiner auf den Durchmesser bezogen schwäch­ sten Stelle und damit eine unzulässige Herabsetzung seiner mechanischen Beanspruchbar­ keit vermieden werden kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein dem Hochdrucksammelraum (Common Rail) zugeordnetes Zumeßventil mit erster Zuleitungslänge,

Fig. 2 ein einer Düsenhalterkombination zugeordnetes Zumeßventil, welches eine verkürzte Leitungslänge zum Düsenraum des Düsenhalters aufweist,

Fig. 3 einen 1. Längsschnitt durch den Injektor mit sequentiellem Aufbau und inte­ griertem Steuerventil,

Fig. 4 einen 2. Längsschnitt durch den Injektor mit sequentiellem Aufbau und inte­ griertem Steuerventil,

Fig. 5 einen 3. Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor mit Kabelver­ bindung zu einem Aktuator,

Fig. 6 einen 4. Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor und

Fig. 7 eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen, im wesentlichen sequentiell aufgebauten Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt ein dem Hochdrucksammelraum (Common Rail) eines Kraftstoffeinspritzsy­ stem zugeordnetes Zumeßventil mit einer 1. Leitungslänge.

Ein Kraftstoffsystem, mit welchem eine luftverdichtende Verbrennungskraftmaschine mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt werden kann, umfaßt eine hier schema­ tisch wiedergegebenen Hochdrucksammelraum 1 (Common Rail), welcher über eine Zu­ laufleitung 2 von einer hier nicht dargestellten Hochdruckpumpe mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Dem Hochdrucksammelraum (Common Rail) zuge­ ordnet ist ein Zumeßventil 3, welches eine Druckbeaufschlagungsposition 3.1 sowie eine Druckentlastungsposition 3.2 einnehmen kann. Gemäß der in Fig. 1 schematisch wieder­ gegebenen Darstellung ist das Zumeßventil 3 als Magnetventil ausgeführt. Vom Magnet­ ventil 3 aus erstreckt sich eine Zuleitung 6 zu einer Düsenhalterkombination 4. Die Düsen­ halterkombination 4 umfaßt eine Düsennadel 9, welche im Gehäuse des Düsenhalters in vertikaler Richtung auf und ab bewegbar ist. Über die sich vom Zumeßventil 3 zum Düsen­ raum 8 der Düsenhalterkombination 4 erstreckende Zuleitung 6 wird der Düsenraum 8 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, welcher über Einspritzöffnungen 10 an der Spitze der Düsennadel 9 als Kraftstoffnebel 11 in den Brennraum einer Verbren­ nungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Bedingt durch die Länge 7 der Zuleitung 6 zwischen Zumeßventil 3 und Düsenraum 8 der Düsenhalterkombination 4 ist die Kraft­ stoffmengenbilanz an einer solchen Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzsystems für luftverdichtende Verbrennungskraftmaschinen schwierig. Das in der Zuleitung 6 zwischen Zumeßventil 3 und Düsenraum 8 der Düsenhalterkombination 4 aufgenommene Kraft­ stoffvolumen neigt zudem zu Druckpulsationen, welche die dem Brennraum einer Ver­ brennungskraftmaschine zuzudosierende Kraftstoffmenge verfälscht und das Einhalten exakter Nadelschließ- bzw. Nadelöffnungszeitpunkte erschwert.

Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein einer Düsenhalterkombination zugeordnetes Zumeß­ ventil zu entnehmen, welches eine verkürzte Leitungslänge zum Düsenraum der Düsen­ halterkombination aufweist.

Die in Fig. 2 wiedergegebene schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems ist im wesentlichen mit der Konfiguration des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß Fig. 1 identisch; bis auf den Unterschied, daß das Zumeßventil 3 näher zur Düsenhalterkombina­ tion 4 positioniert ist. Das Zumeßventil 3, welches die in Fig. 1 bereits erwähnten Stel­ lungen 3.1 bzw. 3.2 einnehmen kann, ist über einen 1. Zuleitungsabschnitt 12 mit dem Hochdrucksammelraum 1 und über einen 2. Zuleitungsabschnitt 13 mit dem Düsenraum 8 der Düsenhalterkombination 4 verbunden. Zwar ist die Leitungslänge des 2. Zuleitungsab­ schnitts 13 zwischen dem Zumeßventil 3 und dem Düsenraum der Düsenhalterkombination 4, verglichen mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsvariante erheblich verkürzt, allein das Zumeßventil steht über eine Leitung mit der Düsenhalterkombination 4 in Verbindung und ist nicht in diese integriert.

Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ein 1. Längsschnitt durch einen Injektor mit sequentiel­ lem Aufbau und integriertem Zumeßventil gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.

Ein Haltekörper 20 ist mit einem weiteren Haltekörper 26 mittels einer eine Spannschulter 62 aufweisenden Überwurfmutter 47 verschraubt. Im weiteren Haltekörper 26 ist neben einem Leckölanschluß 41 ein Aktuator 39 aufgenommen. Zwischen den einander zuwei­ senden Stirnseiten des Haltekörpers 20 und des weiteren Halterkörpers 26 ist eine Drossel­ platte 25 integriert. Im verschraubten Zustand des Haltekörpers 20 und des weiteren Halte­ körpers 26 ist die Drosselplatte 25 von der Überwurfmutter 47 umschlossen, welche die beiden Haltekörper 20 bzw. 26 gegeneinander verspannt.

Im Haltekörper 20 ist ein 3/2-Wegeventil 28 aufgenommen, welches einen Ventilkörper 29 umfaßt, der seinerseits einen Steuerkolben 30 umschließt. Der Steuerkolben 30 ist mit ei­ nem Kegelventilteil sowie mit einem Schieberteil versehen. Die zwischen Ventilkörper 30 und Steuerkolben 29 ausgebildete Zumeßkammer steht mit einem Dämpfungssystem 42 in Verbindung. Das Dämpfungssystem 42 besteht aus einer den Zumeßraum parallel zur Zu­ laufdrossel beaufschlagenden Dämpfungsdrossel 38, die ihrerseits in einen Zulauf 42 zum in Fig. 3 nicht dargestellten Düsenraum im Düsenkörper 22 führt. Im Haltekörper 20 ist des weiteren, einen Druckbolzen umschließend in einem Federraum 31 ein Schließfe­ derelement 32 aufgenommen. Das Schließfederelement 32 ist im Federraum 31 zwischen zwei scheibenförmigen Elementen aufgenommen. Zwischen dem Haltekörper 20 auf seiner düsenkörperseitigen Seite und dem Düsenkörper 22 ist eine Zwischenscheibe 21 aufge­ nommen. Die Zwischenscheibe 21 zwischen Haltekörper 20 und Düsenkörper 22 wird von einer Düsenspannmutter 27 umschlossen, mit welcher der Düsenkörper 22, der eine in Vertikalrichtung bewegbare Düsennadel 24 umschließt, mit dem Haltekörper 20 verbunden ist. Die Düsennadel 24, die sich im wesentlichen zur Symmetrieachse vom weiteren Halte­ körper 26 und Haltekörper 20 erstreckt, ist von einem druckbeaufschlagten Düsenraum 23 umschlossen.

Der Darstellung gemäß Fig. 4 ist ein 2. Längsschnitt durch einen Injektor mit sequentiel­ lem Aufbau gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit inte­ griertem Steuerventil zu entnehmen.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß der im weiteren Haltekörper 26 aufgenommene Aktuator 39 über eine komponentenfeste Anordnung 44 mit einer Strom- bzw. Spannungs­ versorgung in Verbindung steht. Bei einem Aktuator 39, der in den weiteren Haltekörper 26 integriert ist, kann es sich zum Beispiel um ein Magnetventil oder auch um einen Piezo­ aktor handeln, über welchen die in der Drosselplatte 25 eingebaute Ablaufdrossel 37 steu­ erbar ist.

Im weiteren Haltekörper 26 ist neben einem komponentenfesten Netzanschluß 44 auch ein Leckanschluß 41 aufgenommen, über welchen abfließendes Lecköl bzw. die Aufsteuer­ menge dem Kraftstoffreservoir wieder zugeführt wird.

Der Darstellung gemäß Fig. 4 ist darüber hinaus zu entnehmen, daß der Zumeßraum des 3/2-Wegeventils 28, welcher zwischen dem Steuerkolben 30 und dem diesen umgebenden Ventilkörper 29 gebildet ist, mittels einer Dämpfungsdrossel 38 des Dämpfungssystems 42 (vgl. Fig. 3) beaufschlagt ist. Die im Federraum 31 im Haltekörper 20 aufgenommene Schließfeder 32 stützt sich an zwei an den Stirnseiten im Federraum 31 aufgenommenen scheibenförmigen Elementen ab.

Fig. 5 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß konfigurierten In­ jektor gemäß des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Der im weiteren Haltekörper 26 aufgenommene Aktuator 39 steht über eine Steckerverbin­ dung 43, die mit einer korrespondieren Steckerverbindung verbunden werden kann, mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle in Verbindung. Durch den Aktuator 39, der als elek­ trisch ansteuerbarer Piezoaktor ausgebildet sein kann, kann ein Schließkörper zur Steue­ rung einer Ablaufdrossel 37 betätigt werden. Die Ablaufdrossel 37 ist konzentrisch zum Durchmesser der Drosselplatte 25 aufgenommen, die zwischen den einander zuweisenden Stirnseiten des weiteren Haltekörpers 26 sowie des Halterkörpers 20 angeordnet ist. Die Haltekörper 20 bzw. 26 und die zwischen diesen aufgenommene Drosselplatte 25 werden durch die in Fig. 5 nicht dargestellte Überwurfmutter 47 mit Spannschulter 62 miteinan­ der verbunden. Die im Federraum 31 im Haltekörper 20 das spiralfederförmig ausgebildete Schließfederelement 32 abstützenden Scheiben sind mit den Bezugszeichen 34 bzw. 35 gekennzeichnet. Mit Bezugszeichen 46 ist die Zulaufbohrung in den Düsenraum 23 be­ zeichnet, der die Düsennadel 24 im Düsenkörper 22 an einer an der Düsennadel 24 ausge­ bildeten Druckstufe umgibt. Die Zulaufbohrung 46 ihrerseits steht mit dem Zulauf 45 der Zumeßkammer im 3/2-Wegeventil 28 im Haltekörper 20 in Verbindung. Der Darstellung gemäß Fig. 6 ist ein weiterer Längsschnitt durch einen in seiner Umfangslage gedreht dargestellten erfindungsgemäßen Injektor in sequentieller Anordnung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6, die im Vergleich zu den Darstellungen gemäß der Fig. 3, 4 und 5 einen leicht verdrehten Längsschnitt durch einen Injektor wiedergibt, ist die sequentielle Anordnung von Aktuator 39, dem 3/2-Wegeventil 28 vorgeschalteten Drossel­ platte 25 mit Ablaufdrossel 37, sowie die Anordnung des Druckbolzens 33, der den Feder­ raum 31 durchzieht, zu entnehmen. Zu dieser sequentiellen Abfolge von in separaten Ferti­ gungsschritten zu fertigenden und jeweils für sich zu prüfenden Baukomponenten des In­ jektors gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls der Düsenkörper 22 zu zählen, der mittels einer Düsenspannmutter 27 mit dem Haltekörper 20 verschraubt ist. Zwischen Haltekörper 20 und Düsenkörper 22 ist an den Stirnseiten dieser einander zuweisenden Körper eine Zwischenscheibe 21 eingelassen.

Die Komponenten, die in einer sequentiellen Anordnung gemäß der Darstellung der Fig. 3 bis 6 an einem schlankbauenden Injektor im wesentlichen hintereinanderliegend auf­ genommen sind, stellen jeweils separat zu fertigende Bauteile dar, die im Hinblick auf Planlaufeigenschaften und Oberflächenrauhigkeiten zur Erzielung einer optimalen Dicht­ wirkung gefertigt werden können. Jede der einzelnen Komponenten kann in separaten Prüfschritten auf die Fertigungsqualität hin überprüft werden; das als Zumeßventil fungie­ rende 3/2-Wegeventil 28 kann im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen eines Düsenhaltekörpers 4 in die Haltekörper 20 bzw. 26 eines erfindungsge­ mäß konfigurierten Injektors integriert werden, so daß Zuleitungsabschnitte, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, komplett entfallen können. Damit ist eine erhebliche Verbesse­ rung der Kraftstoffmengenbilanz erzielbar. Da die Integration des als Zumeßventil fungie­ renden 3/2-Wegeventils 28 je nach Bauraumausnutzung die Baulänge des Injektors gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung (Fig. 3 bis 6) verlängern kann, ist diesem Umstand dadurch Rechnung zu tragen, daß die Spannpratzen, die zum Fixieren des Injektors gemäß der Darstellung in Fig. 3 bis 6 am Zylinderkopf der Ver­ brennungskraftmaschine so modifiziert werden, daß deren Spannelemente die Spannschul­ ter 62 der Überwurfmutter 47, mit welcher der Haltekörper 20 und der weitere Haltekörper 26 miteinander verbunden sind, ausreichend sicher umgreifen.

Der Darstellung gemäß Fig. 7 ist eine zweite Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjek­ tors gemäß der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist ein Düsenkör­ per 22, der von einer Düsennadel 24 durchsetzt ist, mittels der Düsenspannmutter 27 mit dem Haltekörper 20 verschraubt. Die Düsennadel 24 ist im Bereich des Düsenraumes 23 mit einer Druckstufe versehen; der Düsenraum 23 wird durch eine Zulaufbohrung 46 vom Zumeßraum des 3/2-Wegeventils 50 mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff­ volumen zur Einspritzung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine beauf­ schlagt. Zwischen den Stirnseiten des Haltekörpers 20 und des Düsenkörpers 22 ist eine Zwischenscheibe 21 eingelassen, die an ihrem Umfang von der Düsenspannmutter 27 um­ schlossen ist. Im Inneren des Haltekörpers 20 ist der Federraum 31 ausgebildet, der von einem als Spiralfeder ausgebildeten Federelement 32 durchsetzt ist. Das Federelement 32 stützt sich einerseits an einer tellerförmig konfigurierten Anschlagfläche ab, die ihrerseits auf der Düsennadel 24 sitzt; das gegenüberliegende Ende des als Spiralfeder ausgebildeten Federelementes 32 stützt sich an einer Einstellscheibe 35 ab.

Der Federraum 31 steht über eine Rücklaufbohrung 63, die in der Darstellung gemäß Fig. 7 im Haltekörper 20 lediglich teilweise dargestellt ist, über eine Druckregelventil 56 mit einem Rücklauf 57 in Verbindung. Über den Rücklauf 57 kann Kraftstoff in den hier nicht dargestellten Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges zurückfließen.

Im Haltekörper 20 ist oberhalb des Federraumes ein 3/2-Wegeventil 50 aufgenommen, welches einen Steuerkolben 30 mit Kegelventilteil 54 und mit Schieberteil sich zum Feder­ raum 31 erstreckend umfaßt. Am Kegelventilteil 54 des Steuerkolbens 30 ist eine Zulauf­ drossel 36 vorgesehen. Über den Zulauf vom Dämpfungssystem 42 mit integrierter Dämp­ fungsdrossel 38 und über den Zulauf 45 im Haltekörper 20 steht die Zumeßkammer des 3/2-Wegeventils 28 mit dem Zulauf 61 vom hier nicht dargestellten Hochdrucksammel­ raum (Common Rail) in Verbindung. Je nach Druckentlastung des Steuerkolbens 30 des 3/2-Wegeventils 50 an der Ablaufdrossel 37 fährt der Steuerkolben 30 im Haltekörper 20 nach oben auf, so daß durch Öffnen des Kegelsitzes 54 des 3/2-Wegeventils 28 entlang der Zulaufdrossel 36 ein zugemessenes Kraftstoffvolumen in die Zulaufbohrung 46 zum Dü­ senraum 23 abströmen kann. Beim Schließen des Steuerkolbens 30 im Haltekörper 20 wird die Zulaufbohrung 46 zum Düsenraum 23 durch Einfahren des Schieberteils des Steuerkol­ bens 30 in den Federraum 31 druckentlastet. Abströmender Kraftstoff tritt im Federraum 31 ein und strömt über die Rücklaufbohrung 63 in Richtung des Rücklaufes 57 zum Kraft­ stoffreservoir ab.

Oberhalb des Haltekörpers 20 ist eine Drosselscheibe 25 vorgesehen, die neben zwei hy­ draulischen Bohrungen zum Anschluß der Leitungsabschnitte des Dämpfungssystems 42 und des Zulaufs 45 dienen, welche die Ablaufdrossel 37 enthält. Die hydraulischen Boh­ rungen innerhalb der Drosselplatte 25 stehen über zwei Zuläufe, in welche auswechselbare stabförmig konfigurierte Filterelemente 51 eingelassen sind, mit dem konzentrisch zum Durchmesser des weiteren Haltekörpers 26 angeordneten Zulauf 61 im Zulaufstutzen 40 in Verbindung. Der weitere Haltekörper 26 ist mittels des Haltekörpers 20 über eine Spann­ mutter 53 verbunden. An der Spannmutter 53 ist eine ringförmig verlaufende Schulter 62 ausgebildet, mit welcher sich der Kraftstoffinjektor gemäß des in Fig. 7 wiedergegebenen zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im Zylinderkopfbe­ reich einer Verbrennungskraftmaschine befestigen läßt. Die Stirnseite des weiteren Halte­ körpers 26 sowie die Oberseite der Drosselplatte 25 sowie die Unterseite der Drosselplatte 25 und die obere Stirnseite mit eingelassenem Steuerkolben 30 des Haltekörpers 20 werden von der axialen Länge der Spannmutter 53 überdeckt, so daß Undichtigkeiten ausgeschlos­ sen sind.

Der Ablaufdrossel 37 in der Drosselplatte 25 nachgeordnet, ist ein koaxial zu dieser ange­ ordneter stangenförmiger Füllstab 52 vorgesehen. Mittels dieses durch Reibschluß in seiner Bohrung fixierten Füllstabs 52 läßt sich das Schadvolumen des bei Druckentlastung durch die Ablaufdrossel 37 abgesteuerten Kraftstoffvolumens in das Druckregelventil 56 begren­ zen.

Im oberen Bereich des Injektors gemäß der Darstellung in Fig. 7 ist ein quer zur Längs­ achse des Injektors verlaufender Ventilkörper 59 dargestellt. In den Ventilkörper 59 ist eine Ventilnadel 55 eingeschliffen. Die Hochdruckabdichtung wird mittels eines Kegelventils und kleinstmöglichem Führungsspiel zwischen Ventilkörper 59 und Ventilnadel 55 darge­ stellt. Zur Betätigung der Ventilnadel 55 ist koaxial zu einem Druckregelventil 56 eine Magnetgruppe 60 integriert, die als Aktuator der Ventilnadel 55 dient. Mittels einer als Spannmutter ausgebildeten Befestigung läßt sich die Magnetgruppe 60 am Injektor auf­ nehmen. In der Darstellung gemäß Fig. 7 ist dem Aktuator 58 eine komponentenfeste Steckerbuchse 44 zugeordnet. Abweichende, applikationsbedingte Winkelausrichtungen und Positionen oder Kabel-Steckerlösungen sind ebenfalls ausführbar. Zwischen dem Druckregelventil 56 mit Anschluß 57 für den Kraftstoffrücklauf zum Kraftstofftank und dem Ventilkörper 49 besteht eine Schraubverbindung, so daß sich das Druckregelventil 46 koaxial zum Aktuator 58 quer zur Längsachse des Injektors aufnehmen läßt. In eine Auf­ nahmebohrung im Ventilkörper 59 mündet der Kraftstoffrücklauf, d. h. die Rücklaufboh­ rung 63, deren Verlauf in der Darstellung gemäß Fig. 7 nicht vollständig wiedergegeben ist.

Der Anschlußstutzen 40 für den Zulauf 61 vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) ist konzentrisch zum Injektordurchmesser (d. h. zum Durchmesser des Haltekörpers 20 und des weiteren Haltekörpers 26) angeordnet und bildet einen festen Bestandteil des Ventil­ körpers 59 im oberen Bereich des Kraftstoffinjektors gemäß des zweiten bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Mit den in den Fig. 3 bis 7 wiedergegebenen Ausführungsvarianten eines erfindungs­ gemäß konfigurierten Kraftstoffinjektors können erforderlichen Einbauverhältnissen be­ züglich Durchmesser und Spannhöhe an Zylinderköpfen von Verbrennungskraftmaschinen den Vorgaben durch bisher eingesetzte konventionelle Düsenhaltekörper 4 hinsichtlich der Geometrie Rechnung getragen werden. Im ungünstigsten Fall sind lediglich Anpassungen in bezug auf die Spannpratzen und deren Anlage an der Ringschulter 62 der Überwurf­ muttern 47 und 53 vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlage­ nen Ausführungsvarianten liegt darin, daß nunmehr ein konzentrischer Kraftstoffzulauf vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) gegeben ist. Der modulare Aufbau des In­ jektors aus sequentiell hintereinanderliegend angeordneten Baukomponenten aus einzeln prüfbaren Bauteilen und die Integration des als Zumeßventil dienenden 3/2-Wegeventils 28 bzw. 50 in das Innere des Haltekörpers 20, erlaubt geringstmöglichen Einstellaufwand un­ ter vollständigem Verzicht auf Druckpulsationen bedingende Leitungsabschnitte innerhalb des Injektors.

Gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels (Fig. 7) der vorliegenden Erfindung ist die In­ tegration des Steuerkolbens 30 in den Haltekörper 20 ohne zusätzliches Bauteil wie zum Beispiel einen Buchseneinsatz möglich. Damit sind bestmögliche Voraussetzungen für günstige Fertigung, eine ausreichende Hochdruckdichtheit sowie ausreichende Druck­ schwellfestigkeit im Hinblick auf die Standzeit des erfindungsgemäß konfigurierten Injek­ tors erfüllt. Der Verzicht auf ein separat einzubauendes Buchsenelement, sei es aus Bronze, sei es aus Messing oder sei es aus einem anderen Werkstoff, erlaubt die Beibehaltung für die Druckschwellfestigkeit günstiger Wandstärken. Die Spannkrafteinleitung über die Stirnfläche, d. h. die Spannschulter 62 der Überwurf bzw. Spannschraube 47, 53 minimiert die Querschnittsschwächung am weiteren Haltekörper 26, so daß die mechanische Bean­ spruchbarkeit dieses Bauteils des Kraftstoffinjektors nicht beeinträchtigt wird. In vorteil­ hafter Weise ist gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im weiteren Haltekörper 26 des Kraftstoffinjektors eine Füllstange 52 konzentrisch und koa­ xial zur Lage der Ablaufdrossel 37 in der Drosselplatte 25 eingelassen. Damit kann das abgesteuerte Volumen zum Kraftstoffrücklauf 57 minimiert werden.

Bezugszeichenliste

1

Hochdrucksammelraum (Common Rail)

2

Zulauf von HD-Pumpe

3

Zumeßventil

3.1

Druckbeaufschlagungsposition

3.2

Druckentlastungsposition

4

Düsenhalterkörper

5

Federelement

6

Zuleitung

7

Zuleitungslänge

8

Düsenraum

9

Düsennadel

10

Einspritzöffnung

11

Kraftstoffnebel

12

1

. Zuleitungselement

13

2

. Zuleitungselement

20

Haltekörper

21

Zwischenscheibe

22

Düsenkörper

23

Düsenraum

24

Düsennadel

25

Drosselplatte

26

weiterer Haltekörper

27

Düsenspannmutter

28

3/2-Wegeventil

29

Ventilkörper

30

Steuerkolben

31

Federraum

32

Schließelement

33

Druckbolzen (ANC-Funktion)

34

Einstellscheibe

35

Einstellscheibe

36

Zulaufdrossel

37

Ablaufdrossel

38

Dämpfungsdrossel

39

Aktuator

40

Zulaufstutzen

41

Leckanschluß

42

Dämpfungssystem

43

Steckeranschluß

44

komponentenfeste Anordnung

45

Zulauf

46

Zulaufbohrung zum Düsenraum

47

Spannmutter

50

3/2-Wegeventil

51

Filterelement

52

Füllstange

53

Spannmutter

54

Kegelventil

55

Ventilnadel

56

Druckregelventil

57

Kraftstoffrücklauf

58

Aktuator

59

Ventilkörper

60

Magnetgruppe

61

Zulauf Hochdrucksammelraum

62

Spannschulter

63

Rücklaufbohrung

Claims (17)

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungskraftma­ schinen mit einer Betätigungsvorrichtung (39, 58) mit einem Haltekörper (20) und ei­ nem weiteren Haltekörper (26), die mittels eines Spannelementes (47, 53) miteinander verbunden sind und einen eine Düsennadel (24) umgebenden Düsenraum (23), der über eine Zulaufbohrung (46) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beauf­ schlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Haltekörpern (20, 26) Zulaufstutzen (40), elektrische Anschlußelemente (43, 44), die Betätigungsvorrichtungen (39, 58) ein in einen der Haltekörper (20, 26) integriertes kraftstoffzumessendes 3/2-Wegeventil (28, 50), ein Schließelement (32) aufnehmender Federraum (31) sowie die Düsennadel (24) sequentiell hintereinanderliegend angeordnet sind.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Betätigungs­ vorrichtung (39) und dem in einem der Haltekörper (20, 26) integrierten, zumessenden 3/2-Wegeventil (28, 50) eine Drosselplatte (25) mit integrierter Ablaufdrossel (37) an­ geordnet ist.

3. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem 3/2-Wegeventil (28) eine Zulaufdrossel (36) und eine Dämpfungsdrossel (38) eines Zulauf-Dämpfungs- Systems (42) zugeordnet sind.

4. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (28) einen Ventilkörper (29) und einen darin beweglichen Steuerkolben (30) umfaßt und als Kegel-/Schieberventil ausgebildet ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekörper (20, 26) mittels einer Spannmutter (47, 53) gegeneinander verspannt sind und zwischen den einander zuweisenden Stirnseiten der Haltekörper (20, 26) die Drosselplatte (25) auf­ genommen ist.

6. Injektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spannmutter (47, 53) eine Spannschulter (62) zur Aufnahme einer Befestigungsvorrichtung für den Kraft­ stoffinjektor ausgebildet ist.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Haltekörper (20) auf­ genommenen Betätigungsvorrichtung (39) ein als Kabelleitung ausgebildeter Anschluß (43) oder ein als komponentenfeste Ausführung (44) beschaffener Anschluß zu einer Spannungs/Stromversorgung zugeordnet ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumeßkammer des 3/2- Wegeventils (28, 50) von einem unter Hochdruck stehenden Dämpfungssystem (42) und einem unter Hochdruck stehenden Zulauf (45) gemeinsam beaufschlagt ist.

9. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselplatte (25) mit Ablaufdrossel (37) im weiteren Haltekörper (26) Filterelemente (51) vorgeschaltet sind.

10. Injektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (51) als auswechselbare Stabfilterelemente ausgestaltet sind.

11. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (28, 50) einen Steuerkolben (30) umfaßt, der ein Kegelventilteil (54) und ein dem Federraum (31) zuweisendes Schieberteil mit Zulaufdrossel (36) umfaßt.

12. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem weiteren Haltekörper (26) konzentrisch zur Ablaufdrossel (37) der Drosselplatte (25) ein Füllelement (52) eingelassen ist.

13. Injektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllelement (52) stab­ förmig oder profiliert ausgebildet ist und im weiteren Haltekörper (26) durch örtlichen Reibschluß fixiert ist.

14. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (40) für den Zulauf (61) vom Hochdrucksammelraum (1) (Common Rail) konzentrisch zum Durchmesser der Haltekörper (20, 26) als fester Bestandteil in einem der Haltekörper (20, 26) integriert ist.

15. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des zumes­ senden 3/2-Wegeventils (28, 50) eine als Aktuator (58) dienende angeflanschte Ma­ gnetgruppe (60) vorgesehen ist.

16. Injektor gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Aktuator (58) ein mit einer Rücklaufbohrung (63) des Haltekörpers (20) verbundenes, einen Kraft­ stoffrücklauf (57) freigebendes Druckregelventil (56) aufgenommen ist.

17. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktua­ tor/Betätigungsvorrichtung (39, 58) als Elektromagnet, als Piezoaktor oder als mecha­ nischhydraulischer Übersetzer beschaffen sein kann.