DE10126370A1

DE10126370A1 - Kraftstoffinjektor mit Düsennadeldämpfung

Info

Publication number: DE10126370A1
Application number: DE10126370A
Authority: DE
Inventors: Hubert Greif
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-19
Also published as: WO2002097258A1; JP2004519622A; DE50202284D1; EP1395745B1; BR0205438A; EP1395745A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. Es ist ein Injektorkörper (20) mit einem Steuerraum (4) vorgesehen, in welchem ein Federelement (45) aufgenommen ist. Eine Düsennadel (6) ist von einem Düsenraum (25) umschlossen, der über eine Hochdruckleitung (21) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Im Kopfbereich (34, 38) der Düsennadel (6) sind Steuerkanten (28) ausgebildet, die bei Hubbewegung (29, 31) der Düsennadel (6) in den Steuerraum (4) einen Leckagespalt (33) bestimmen.

Description

Technisches Gebiet

Bei luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen kommen zunehmend Hochdruckein spritzsysteme zum Einsatz, die einen Hochdrucksammelraum (Common Rail) umfassen, über den die einzelnen Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff versorgt werden. Einspritzbeginn und Ein spritzmenge werden mit dem elektrisch ansteuerbaren Kraftstoffinjektor eingestellt. Die Injektoren lassen sich mit Hilfe von Spannpratzen im Zylinderkopfteil der Verbrennungs kraftmaschine befestigen und können entweder mit Sitzloch- oder Sacklocheinspritzdüsen ausgestattet sein. Mit den Kraftstoffinjektoren läßt sich der Einspritzverlauf formen und an den Verlauf der Verbrennung im Brennraum anpassen.

Stand der Technik

Die Anforderungen an die Schadstoffemissionen von Verbrennungskraftmaschinen werden stetig verschärft; die anstehende Novellierung der Abgasgesetzgebung ist in Gestalt der Abgasnorm EURO 4 zu erwarten. Dadurch werden die Anforderungen an moderne Ver brennungskraftmaschinen ständig erhöht, so daß deren Kraftstoffeinspritzsysteme höchst flexibel auszulegen sind.

Die Genauigkeit der Einspritzdauer und der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff menge wird u. a. durch die Düsennadelöffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit bestimmt. Einerseits müssen die Kraftstoffinjektoren noch bei relativ niedrigen Drücken von ca. 250 bar, im Vergleich zum Systemdruck von etwa 1300 bar, einspritzen, andererseits sollen mit den Kraftstoffinjektoren kleinste Voreinspritzmengen von ca. 0,5 bis 1,0 mm³/Hub bei höchsten Drücken von ca. 1600 bar darstellbar sein. Diese Anforderungen an die Kraft stoffinjektoren stellen die Bedingungen dar, unter denen die Düsennadel die Einspritzöff nung am Brennraum öffnet und verschließt. Bisher wird die Öffnungscharakteristik der Düsennadel des Kraftstoffinjektors und die Düsennadelgeschwindigkeit durch eine ent sprechende Auslegung von Zulauf und Ablaufdrosseln eingestellt.

Um den geschilderten Einspritzbedingungen hinsichtlich der Drosselauslegung Rechnung zu tragen, ergibt sich folgende Auslegungsproblematik:
Um geringste Öffnungsdrücke zu erreichen, ist die Ablaufdrossel möglichst groß zu wäh len, während die Ablaufdrossel zur Erzielung kleinster Voreinspritzmengen bei höchsten Drücken möglichst klein auszulegen ist. Ziel jeder Injektorauslegung ist es daher, daß den beiden geschilderten Anforderungen Rechnung getragen werden kann.

Aus DE 199 30 832 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt. Dieses wird insbesondere bei Dieselmotoren zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff einge setzt, wobei der Dieselkraftstoff durch einen Kraftstoffzulauf in das Kraftstoffeinspritz ventil gelangt. Dieses umfaßt ein in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers entgegen der Kraft einer Schließfeder axial verschiebbares Ventilglied, das beim Öffnungshub min destens ein Spritzloch in den Ventilkörper freigibt, durch das der Kraftstoff in den Brenn raum eingespritzt werden kann. Um ein Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, das die gleichen Vorteile wie ein 2-Feder-Halter liefert, welches trotzdem einfach und kostengün stig hergestellt werden kann, steht ein dem Dämpfungshub des Ventilgliedes entgegenwir kendes Dämpfungsvolumen über eine Drossel mit dem Kraftstoffzulauf in Verbindung.

Darstellung der Erfindung

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind vor allem darin zu erblic ken, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Düsennadeldämpfung ermög licht, die nur beim Öffnen der Düsennadel am Düsensitz wirksam ist und die im wesentli chen zwei Öffnungsgeschwindigkeiten der Düse zuläßt. Mit der erfindungsgemäß vorge schlagenen Lösung wird sichergestellt, daß die Düse zunächst mit hoher Öffnungsge schwindigkeit innerhalb eines Vorhubes öffnet, wobei der Hubweg, der innerhalb des Vor hubes zurückgelegt wird, voreinstellbar ist.

Beim weiteren Öffnen der Einspritzdüse aus ihrem Sitz entsteht durch die Überdeckung einer Steuerkante der Düsennadel oder des Düsennadelkopfes ein mit einem die Düsenna del umgebenden Gehäuseteil ein Leckagespalt, so daß in einem Federraum innerhalb des Injektorkörpers aufgenommenes Dämpfungsvolumen dämpfend auf die Öffnungsge schwindigkeit der Düsennadel einwirkt und deren Öffnungsgeschwindigkeit innerhalb ei nes Teilhubes des Gesamthubes dämpft, d. h. verringert. Von dieser Öffnungscharakteristik, die im wesentlichen durch zwei voneinander verschiedene Öffnungsgeschwindigkeiten der Düsennadel im Gehäuse des Kraftstoffinjektors geprägt ist, wird das Schließverhalten der Düsennadel jedoch nicht beeinflußt. Wegen der reduzierten Geschwindigkeit ist das Inte gral unter der Düsennadelkurve bei konstanter Länge des Ansteuersignals wesentlich ge ringer als ohne Düsennadeldämpfung. Es können somit deutlich geringere Einspritzmengen dargestellt werden, ohne die prinzipiellen Auslegungsgrößen wie minimaler Öffnungs druck und kleinste Voreinspritzmengen zu verletzten. Daraus ergibt sich, daß sowohl kleinste Öffnungsdrücke zu erreichen und außerdem bei hohen Drücken die Mengensteil heit erheblich verringert werden kann, so daß kleinste Voreinspritzmengen in die Brenn räume einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden können.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dämpfung der Düsennadel erlaubt eine unempfind liche Auslegung der Ablauf- bzw. der Zulaufdrosseln vom bzw. zum Steuerraum der Dü sennadel im Gehäuse des Kraftstoffinjektors. Die Ablaufdrossel kann im Vergleich zu be kannten Auslegungsvarianten wesentlich größer als bisher ausgelegt werden. Bestimmende Parameter für die Voreinspritzmenge sind vor allem die Größen Vorhub und Leckagespalt. Durch eine größer dimensionierte Ablaufdrossel ist ein unkritisches Öffnungsverhalten bei kleinem Druckniveau im Hochdrucksammelraum (Common Rail) möglich. Dies wiederum führt zu kleinen Exemplarsteuerungen bei der Serienproduktion von Hochdruckeinspritzsy stemen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das hydraulische Schaltbild eines erfindungsgemäß gestalteten Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff,

Fig. 2 einen Injektor im Längsschnitt,

Fig. 2.1 eine injektorseitige Düsennadellagerung,

Fig. 2.2 eine Darstellung eines Details gemäß Fig. 2.1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 2.3 den sich einstellenden Leckagespalt am oberen Düsennadellager,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante einer injektorseitigen Düsennadellagerung,

Fig. 3.1 den sich einstellenden Leckagespalt und

Fig. 4 den Verlauf der Düsennadelöffnungsgeschwindigkeit mit und ohne Dämpfung eines Ansteuerzyklus.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das hydraulische Schaltbild eines erfindungsgemäß ge stalteten Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungs kraftmaschine zu entnehmen.

Ausgehend von einem hier nicht näher dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) 1 erstreckt sich eine Hochdruckleitung in Richtung einer Einspritzdüse 2 des Injek tors zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. Abzweigend von der sich zwischen Hochdrucksammelraum 1 und der Einspritzdüse 2 er streckenden Hochdruckleitung ist eine Zulaufdrossel 3 vorgesehen, über welche ein Steuer raum 4 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Der Steuerraum 4 wird einerseits von einer Begrenzungswandung 5 des hier nicht dargestellten Injektorge häuses begrenzt; andererseits wird der mit hohem Druck stehende Kraftstoff beaufschlag bare Steuerraum 4 von einer Düsennadel 6, d. h. deren Stirnkegel 7 begrenzt. Eine Druck entlastung des Steuerraumes 4 erfolgt über eine hier schematisch angedeutete Steuerkante 8 und einem sich ergebenden, eine variable Größe annehmenden Leckölspalt und eine Ab laufdrossel 9, die der Steuerkante 8 mit sich ergebendem Leckölspalt im Injektorgehäuse nachgeordnet ist. Die Aufsteuerung des mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff be aufschlagten Steuerraums 4 erfolgt zum Beispiel über ein Magnetventil 10, welches eine Schließstellung 10.1 und eine Offenstellung 10.2 annehmen kann. Über das Magnetventil wird, falls dieses in seine Offenstellung 10.2 geschaltet ist, der mit unter hohem Druck stehende Kraftstoff beaufschlagte Steuerraum 4 mit einem Leckölablauf 11 verbunden, so daß das Steuervolumen zum Kraftstoffreservoir des Kraftstoffeinspritzsystems abfließen kann.

Neben der in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Ausführung mit Magnetventil 10 kann zur Druckentlastung des Steuerraums auch ein Piezoaktor oder ein magnetisch- hydraulischer Steller eingesetzt werden.

In Fig. 2 ist ein aus mehreren Baukomponenten bestehender Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine im Längsschnitt darge stellt.

Durch einen Injektorkörper 20 erstreckt sich eine Zulaufbohrung 21, die im Bereich der Düsennadel 6 des Injektors in einen die Düsennadel 6 im Bereich einer Druckstufe umge benden Düsenraum 25 mündet. Vom Düsenraum 25 erstreckt sich die Düsennadel 6 zur Düsennadelspitze 26, die je nach vertikaler Hubbewegung der Düsennadel 6 im Injektor gehäuse 20 eine Einspritzöffnung 27 im Bereich eines Einspritzkegels freigibt oder verschließt. Über die Einspritzöffnung 27 der Einspritzdüse 2 gelangt ein durch die Öff nungs- bzw. Schließbewegung der Düsennadel 6 bestimmtes Kraftstoffvolumen entspre chend des Verbrennungsfortschrittes in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Im der Düsennadelspitze 26 abgewandten Bereich der Düsennadel 6 ist ein Düsennadelzap fen 24 an der Düsennadel 6 ausgebildet, welcher von einem Federelement umgeben ist. Unterhalb des Düsennadelzapfens 24 der Düsennadel 6 erstreckt sich durch einen Teil des Injektorgehäuses eine Bohrung, die die Ablaufdrossel 9 aufnimmt und in den Leckölablauf 11 mündet.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht in vergrößertem Maßstab der Bereich des Düsen nadelkopfes des Injektors gemäß der Darstellung in Fig. 2 näher hervor.

Die die Einzelheit Z gemäß Fig. 2 wiedergebende Fig. 2.1 zeigt, daß der Injektorkörper 20 mehrteilig aufgebaut ist und in Richtung auf den in Fig. 2.1 nicht dargestellten Düsen raum 25 von einer Hochdruckbohrung 21 durchzogen ist. Über die Hochdruckbohrung 21 steht der Druckraum 4 im Inneren des Injektorkörpers 20 mit dem Steuerraum 4 in Verbin dung. Im Inneren des Steuerraums 4 ist ein Schließfederelement 45 aufgenommen, welches zum Beispiel als eine Spiralfeder ausgestaltet sein kann. Das Schließelement 45 stützt sich einerseits an einem Düsennadelkopf 34 der Düsennadel 6 und andererseits an einer im Steuerraum 4 aufgenommenen Ausgleichscheibe 23 ab. Das vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildete Schließelement 45 ist vom Düsennadelzapfen 24 der Düsennadel 6 durchsetzt; der Gesamthubweg, den die Düsennadel 6 bei entsprechender Druckentlastung des Steuer raums 4 ausführt, ist mit Bezugszeichen 29 bezeichnet.

Das im Steuerraum 4 des Injektorkörpers 20 aufgenommene Schließelement 45 stützt sich am Kopfbereich 34 der Düsennadel 6 ab. Der Kopfbereich 34 der Düsennadel 6 in der Aus führungsvariante gemäß der Darstellung in Fig. 2.1 ist in einen Düsennadelkopfdurch messer 36 ausgebildet, der den Durchmesser der Düsennadel 6 übersteigt. Am Umfang des Düsennadelkopfes 34 sind Freiflächen 35 ausgebildet, die in axiale Richtung auf die Dü sennadelspitze 26 sich hin erstreckend durch eine Steuerkante 28 begrenzt sind. Am Um fang des Düsennadelkopfes 34 können mehrere Freiflächen 35 ausgebildet sein, so zum Beispiel drei Freiflächen 35, die zueinander um 120° versetzt am Umfang des Düsennadel kopfes 34 ausgebildet sind.

In der Darstellung gemäß Fig. 2.1 ist die Düsennadel 6 so gestellt, daß die jeweiligen Steuerkanten 28 der Freiflächen 35 oberhalb einer gehäuseseitigen Steuerkante im Injek torgehäuse 20 stehen. Diese Position entspricht der Schließstellung der Düsennadel 6, de ren Düsennadelspitze 26 in den Düsensitz gestellt ist, so daß die Düsennadel noch den ge samten Hubweg 29 auffahren kann.

Fig. 2.2 gibt eine Darstellung eines Details gemäß Fig. 2.1 in vergrößertem Maßstab wieder. Im ersten Augenblick des Öffnens der Düsennadel 6 vollzieht die Düsennadel und der daran aufgenommene Düsennadelkopf 34 eine Hubbewegung in Richtung auf die im Steuerraum 4 vorgesehene Ausgleichsscheibe 23 zu, bis die Steuerkante 28 die gehäuse seitig im Injektorgehäuse 20 ausgebildete Kante überdeckt. Im ersten Augenblick des Öff nens der Düsennadel 6 ist daher der Leckagespalt zwischen der Düsennadel 6 und dem Injektorkörper 20 nicht im Einsatz und die Düsennadel 6 kann ungehindert öffnen. Erst nach Vollendung des Vorhubs 31 steht die Steuerkante 28 über dem gehäuseseitig am In jektorkörper 20 vorgesehenen Absatz. Bis zum Erreichen des Vorhubes 31 kann daher vom Steuerraum 4 entlang der Freiflächen 35 am Düsennadelkopf 34, der im Düsennadelkopf durchmesser 36 ausgebildet ist, ungehindert Kraftstoff entlang der Steuerkante 28 in die hier nicht näher dargestellte Ablaufdrossel 9 und damit zum Leckölablauf 11 gelangen.

Der Darstellung gemäß Fig. 2.3 ist der sich ausbildende Leckagespalt bei weiterer Düsen nadelhubbewegung dargestellt.

Bei der in Fig. 2.3 wiedergegebenen Darstellung hat sich die Düsennadel 6 mit im Dü sennadelkopfsdurchmesser 36 ausgebildeten Düsennadelkopf 34 in einen oberen Anschlag 32 bewegt. Der die Stirnseite des Düsennadelkopfes 34 beaufschlagende Kraftspeicher 45 ist entsprechend des Gesamthubes 29 - vergleiche Darstellung gemäß Fig. 2.1 - zusam mengedrückt. Die die Freifläche 35 am Düsennadelkopf 34 begrenzende Steuerkante 28 hat die korrespondierende, am Injektorkörper 20 ausgebildete Steuerkante in einer die Län ge eines Leckagespaltes 33 bestimmenden Länge überdeckt. Die Geschwindigkeit der Dü sennadel 6 in Öffnungsrichtung wird nun erheblich durch das im Steuerraum 4 vorhandene Volumen gebremst, wodurch der Düsennadel 6 bei weiterer Auffahrbewegung eine ver minderte Geschwindigkeit aufgeprägt wird, bis sie den oberen Anschlag erreicht hat. Auf grund der im zweiten Hubabschnitt des Gesamthubes 29 sich einstellenden geringeren Dü senöffnungsgeschwindigkeit ist das Integral unter der Düsennadelkurve bei konstanter Länge des Ansteuersignals wesentlich geringer als ohne Düsendämpfung. Damit lassen sich deutlich geringere Einspritzmengen darstellen, ohne die prinzipiellen Auslegungsgrö ßen wie minimalen Öffnungsdruck und kleinste Voreinspritzmengen zu mißachten.

Je nach Einsatzvariante können an der Düsennadel 6 im Bereich des Düsennadelkopfes 34 eine unterschiedliche Anzahl von Freiflächen 35 mit Abschluß durch eine Steuerkante 28 ausgebildet sein. In den Darstellungen gemäß der Fig. 2.1, 2.2 und 2.3 lassen sich zum Beispiel am Umfang des Düsennadelkopfes 34 der Düsennadel 6 drei um je 120° zueinan der versetzte Freiflächen 35 mit Abschluß durch eine Steuerkante 28 ausbilden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der injektorseitig vorgesehenen Düsenna deldämpfung.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß der Kopfbereich der Düsennadel 6 gemäß der Dar stellung in Fig. 3 als ein Kopfbereich 38 ausgebildet ist, welcher im zur Düsennadel 6 korrespondierenden Durchmesser 37 ausgebildet ist. Der integrierte Düsennadelkopf 38 der Düsennadel 6 gemäß der Darstellung in Fig. 3 bildet eine Anlagefläche für ein bevorzugt als Spiralfeder gestaltetes Schließelement 45, während die gegenüberliegende Stirnseite des Schließelementes 45 an einer im Steuerraum 4 des Injektorkörpers 20 eingelassene Ausgleichsscheibe 23 anliegt. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 3 ist der Steuerraum 4, in welchem das Schließelement 45 aufgenommen ist, durch eine Zulaufdrossel 3 über die Zulaufbohrung 21 mit Druck zu beaufschlagen, welche den Injektorkörper 20 im wesent lich parallel zur Düsennadel 6 durchzieht.

Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 2.1 sind an der Ausführungsvariante der Dü sennadel 6 gemäß der Darstellung in Fig. 3 am integrierten Kopfbereich 38 der Düsenna del Zuströmflächen 39 ausgebildet. Die Zuströmflächen 39 können beispielsweise zu 180° versetzt am Umfang des integrierten Kopfbereiches 38 der Düsennadel 6 vorgesehen sein. In Strömungsrichtung des Kraftstoffs vom Steuerraum 4 gesehen, sind hinter dem inte grierten Kopfbereich 38 der Düsennadel 6 am Umfang der Düsennadel Freiflächen 35 auf genommen, die jeweils von einer Steuerkante 28 begrenzt sind. Beispielsweise können in diesem Bereich an der Düsennadel 6 drei um 120° zueinander versetzt am Umfang aufge nommene Freiflächen 35 aufgenommen sein, welche jeweils von einer Steuerkante 28 an der Düsennadel 6 begrenzt sind. Über die Zuströmflächen 39 bzw. die Freiflächen 35 strömt beim Auffahren der Düsennadel 6 in den Steuerraum 4 Kraftstoff über die zur Ab laufdrossel 9 führende Bohrung in den Leckölablauf 1 l ab, so daß die Düsennadel 6 über ihren Gesamthubweg 29 in den druckentlasteten Steuerraum 4 einfahren kann.

Analog zur Darstellung gemäß Fig. 2.1 ist das Schließelement 45 - bevorzugt ausgestaltet als eine Spiralfeder - von der Begrenzungswand des Steuerraumes 4 außen und von einem an der Düsennadel 6 vorgesehenen Düsennadelzapfen 24 gestützt, so daß kein Knicken auftreten kann.

Fig. 3.1 zeigt die Ausbildung eines Leckagespaltes 33 während der Auffahrbewegung der Düsennadel 6 in einen druckentlasteten Steuerraum.

Bei einer Druckentlastung des Steuerraumes 4 über die Ablaufdrossel 9 erfolgt zunächst ein Auffahren der Düsennadel 6 in Richtung auf den Steuerraum 4 hinein. Dadurch bewe gen sich die Freiflächen 35 und die sie begrenzenden Steuerkanten 28 in Richtung auf eine gehäuseseitig vorgesehene Steuerkante im Injektorkörper 20 zu. Solange die Steuerkante 28 und die gehäuseseitig im Injektorkörper 20 vorgesehene Steuerkante nicht übereinan derliegen, kann ein ungehindertes Abströmen des Kraftstoffs über die Zuströmfläche 39 und die Freiflächen 35 über den ringförmigen Ablaufkanal 40 in Richtung auf die Ablauf drossel 9 und weiter von dieser in den Leckölablauf 11 (hier nicht dargestellt) erfolgen. Während dieser einem Vorhub 31 entsprechenden Öffnungsbewegung der Düsennadel 6 aus ihrem Sitz erfolgt das Öffnen der Düsennadel 6 mit einer ersten nicht gedämpften Öff nungsgeschwindigkeit. Bedecken bei weiterer Einfahrbewegung der Düsennadel 6 in den Steuerraum 4 die Steuerkanten 28 die am Injektorkörper 20 vorgesehene gehäuseseitige Steuerkante, so wird die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 erheblich durch das im Steuerraum 4 eingesperrte Steuervolumen gebremst, so daß sich die Düsennadel 6 bei weiterer Bewegung entsprechend ihres Gesamthubweges 29 mit verminderter Geschwin digkeit bis in ihren oberen Anschlag bewegt. Je nach Länge des sich einstellenden Lecka gespaltes 33 zwischen den Steuerkanten 28 der Freiflächen 35 am Umfang der Düsennadel 6 und der im Injektorgehäuse 20 vorgesehenen gehäuseseitigen Steuerkante, ergibt sich ein in unterschiedlicher Länge ausgebildeter Leckagespalt 33, der den Zulauf zum Ablaufkanal 40 und von dort zur Ablaufdrossel 9 drosselt.

Die Dämpfung der Öffnungsbewegung der Düsennadel 6 dahingehend, daß nur beim Öff nen der Düsennadel eine Dämpfung wirksam ist, so daß sich zwei Öffnungsgeschwindig keiten entsprechend des Gesamthubweges 29 der Düsen einstellen, erlaubt eine unemp findlichere Auslegung von Zulaufdrossel 3 zum Steuerraum 4 und von dessen Ablaufdros sel 9. Die Ablaufdrossel 9 kann gemäß der vorgeschlagenen Erfindung wesentlich größer als bisher ausgelegt werden, da die mit dem erfindungsgemäß konfigurierten Injektor dar stellbaren Voreinspritzmengen vor allem durch die Größen 2 bis 31 und den Leckagespalt 33 eingestellt werden. Durch eine größere dimensionierte Ablaufdrossel 9 ist ein unkriti scheres Öffnungsverhalten bei kleinen Drücken im Hochdrucksammelraum 1 möglich; insbesondere läßt sich dadurch eine kleinere Exemplarstreuung in der Großserie erzielen.

Aus der Darstellung der Fig. 4 sind die Verläufe der Düsennadelöffnungsgeschwindigkeit mit und ohne Dämpfung zu ersehen.

Gemäß des Diagramms in Fig. 4 ist der Hubverlauf 41 der Düsennadel 6 mit Bezugszei chen 41 bezeichnet, während die gesamte Dauer eines Ansteuerzyklus' mit Bezugszeichen 42 gekennzeichnet ist.

Öffnet die Düsennadel 6 in Richtung auf die im Steuerraum 4 aufgenommene Ausgleichs scheibe 3 entgegen der Wirkung des Schließfederelementes 45 und fährt sie entsprechend des Vorhubweges 31 auf, so läßt sich eine höhere Düsennadelöffnungsgeschwindigkeit erzielen. Erfolgt entgegen der Dämpfungswirkung des im Steuerraum 4 aufgenommenen Steuervolumens eine Bremsung, d. h. eine Dämpfung der Düsennadelöffnungsbewegung aus ihrem Düsensitz im Bereich der Düsennadelspitze 26 an der Düsenspannmutter 22, öffnet die Düsennadel 6 entsprechend des Verlaufs der Kurve 44. Demgegenüber ist eine Düsennadelöffnungscharakteristik ohne Dämpfung durch den Verlauf des Kurvenzuges 43 wiedergegeben. Deutlich ist der größere Hubweg abzulesen, den eine Düsennadel ohne Dämpfung durch ein eingesperrtes Steuervolumen einnehmen würde. Dadurch stellt sich ein wesentlich ungünstigeres, da ungenaueres Einspritzvolumen in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ein. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungs variante einer Düsennadelbewegungsdämpfung gemäß des Kurvenzuges 44 lassen sich deutlich geringere Einspritzmengen realisieren, so daß sowohl dem Erfordernis kleinster Voreinspritzmengen von ca. 0,5 bis 1,0 mm³/Hub der Düsennadel bei höchsten Drücken von ca. 1600 bar als auch Einspritzungen bei geringsten Drücken von ca. 250 bar Rech nung getragen werden kann.

Das Schließen der Düsennadel 6, sei sie mit in vergrößertem Durchmesser 36 ausgeführten Düsennadelkopf 34 oder mit einem integrierten Kopf 38 mit Zuströmflächen ausgebildet, so ist die Schließbewegung vor allem durch die Größe der Zulaufdrossel 3 zum Steuerraum 4 innerhalb des Injektorkörpers bestimmt und im wesentlichen unabhängig vom Leckage spalt 32 zwischen Düsennadel 6 und Injektorkörper 20. Angesichts der unempfindlicheren Auslegung von Zulaufdrossel 3 zum Steuerraum 4 und der diesem nachgeordneten Ablauf drossel 9 kann das Schließverhalten von dieser Auslegungscharakteristik völlig entkoppelt werden, so daß hinsichtlich der Öffnung der Düsennadel 6 kleinste Öffnungsdrücke er reicht und außerdem bei höchsten Drücken die Mengensteilheit der in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge erheblich verringert werden kann und sich insbesondere auf vorteilhafte Weise kleine Voreinspritzmengen realisieren lassen. In bezug auf die Formung des Verbrennungsverlaufes und hinsichtlich des sich ein stellenden Zündverzugs bei einem Ausbreiten der Flammenfront innerhalb des Zylinders, sind kleinste Voreinspritzmengen bei Einspritzphasen je nach Anwendung, sei es in Ver brennungskraftmaschinen zum Einsatz von Nutzfahrzeugen, Schienenfahrzeugen oder Per sonenkraftwagen von besonderer Bedeutung.

Bezugszeichenliste

1

Hochdrucksammelraum (Common Rail)

2

Einspritzdüse

3

Zulaufdrossel

4

Steuerraum

5

Begrenzungswand

6

Düsennadel

7

Stirnkegel

8

Steuerkante mit Leckagespalt

9

Ablaufdrossel

10

Magnetventil

10.1

Schließstellung

10.2

Offenstellung

11

Leckölablauf

20

Injektorkörper

21

Zulaufbohrung

22

Spannmutter

23

Ausgleichsscheibe

24

Düsennadelzapfen

25

Düsenraum

26

Düsennadelspitze

27

Einspritzöffnung

28

Steuerkante

29

Gesamthubweg

30

Düsennadel im Düsennadelsitz

31

Vorhub

32

Düse am oberen Anschlag

33

Leckagespalt

34

Düsennadelkopf

35

Strömungsfreifläche

36

Düsennadelkopfdurchmesser

37

Düsennadeldurchmesser

38

integrierter Düsennadelkopf

39

Zuströmfläche

40

Ablaufkanal

41

Hubverlauf

42

Ansteuerzyklus

43

Düsennadelbewegung ohne Dämpfung

44

Düsennadelbewegung mit Dämpfung

45

Schließfeder

Claims

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraft maschine mit einem Injektorgehäuse (20) und einem Steuerraum (4), in dem ein Fe derelement (45) aufgenommen ist und eine Düsennadel (6), die von einem über eine Hochdruckleitung beaufschlagten Düsenraum (25) umgeben von einem Spannelement (22) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopfbereich (34, 38) der Dü sennadel Steuerkanten (28) ausgeführt sind, die bei Hubbewegungen (29) der Düsen nadel (6) in den Steuerraum (4) einen Leckagespalt (33) bestimmen.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (4) über eine Zulaufdrossel (3) mit der Hochdruckleitung (21) verbunden und über eine Ablaufdros sel (9) mit dem Leckölablauf (11) verbunden ist.

3. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (6) auf der dem Steuerraum (4) zuweisenden Seite mit einem Düsennadelzapfen (24) versehen ist, er von einem Schließelement (45) umschlossen ist.

4. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfbereich (34) der Düsennadel. (6) in einem dem Durchmesser der Düsennadel (6) übersteigenden Durchmesser (36) ausgeführt ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kopfberei ches (34) der Düsennadel (6) mindestens zwei Strömungsfreiflächen (35) ausgebildet sind, die von der Steuerkante (28) begrenzt sind.

6. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopfbereich (34) der Düsennadel (6) drei am Umfang um 120° versetzte Teilflächen (35) ausgebildet sind.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (6) einen integrierten Kopfbereich (38) umfaßt, in welchen Zuströmungsfreiflächen (39) inte griert sind.

8. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsennadel (6) in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen den Zuströmfreiflächen (39) nachgeord net Freiflächen (35) nachgeschaltet sind, die von Steuerkanten (28) begrenzt sind.

9. Injektor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflächen (35) am Um fang der Düsennadel (6) um 120° zueinander versetzt ausgebildet sind.

10. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Leckagespalt (33) in einer vom Hubweg (29, 31) der Düsennadel (6) im Injektorgehäuse (20) abhängigen Länge einstellt.