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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Stand der Technik
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Zur
Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren
können
hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren eingesetzt werden, bei denen
der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Zur
Steuerung des Drucks in dem Steuerraum können Magnetventile oder Piezoventile
verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar
ist.
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Die
Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das
einen Druckraum umfasst, aus dem in Abhängigkeit von dem Druck in einem
Steuerraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in dem Steuerraum
mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung so weit abgesenkt wird,
dass eine Düsennadel öffnet, dadurch
gelöst,
dass der Druckraum an seinem brennraumfernen Ende durch ein Ventilstück abgeschlossen
ist, das eine dem Brennraum abgewandte Dichtfläche oder Dichtkante aufweist,
die mit Dichtwirkung an dem Injektorgehäuse anliegt, um einen Dichtsitz
zu bilden. Die erfindungsgemäße Anordnung
des Ventilstücks
liefert den Vorteil, dass der in dem Druckraum herrschende Hydraulikdruck
dazu verwendet werden kann, das Ventilstück unter Dichtwirkung in Anlage
an dem Injektorgehäuse
zu halten.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück einen
Druckraumabschnitt aufweist, der in dem Druckraum angeordnet ist.
Der Druckraumabschnitt des Ventilstücks ist mit dem in dem Druckraum
herrschenden Hydraulikdruck beaufschlagt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkolben
der Steuerventileinrichtung in dem Ventilstück geführt ist. Der Ventilkolben ist vorzugsweise
druckausgeglichen ausgeführt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben
mit seinem brennraumnahen Ende an einem Steuerstück anliegt, das wiederum an
dem Ventilstück
anliegt. Vorzugsweise weist der Ventilkolben eine Dichtkante auf,
die als Flachsitz an dem Steuerstück anliegt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumferne
Ende der Düsennadel in
dem Steuerstück
geführt
ist und den Steuerraum in dem Steuerstück begrenzt. Vorzugsweise wird
das Steuerstück
durch die Federkraft einer Federeinrichtung und/oder durch den in
dem Druckraum herrschenden Hydraulikdruck in Anlage an dem Ventilstück gehalten.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben
eine Druckentlastungsverbindung aufweist. Vorzugsweise weist der
Ventilkolben ein zentrales Durchgangsloch auf, das innerhalb des
Dichtsitzes an dem brennraumnahen Ende des Ventilkolbens mündet und
mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung steht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem
brennraumfernen Ende des Ventilstücks ein Ventilsitz der Steuerventileinrichtung
ausgebildet ist. Der Ventilsitz ist zum Beispiel als Kugelsitz,
Kegelsitz oder Flachsitz ausgeführt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumferne
Ende der Düsennadel in
dem Ventilstück
geführt
ist und den Steuerraum begrenzt. Dadurch werden der Aufbau und die
Montage des Kraftstoffinjektors vereinfacht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel
zwei Teilstücke
umfasst, die miteinander gekoppelt sind. Die Teilstücke können mechanisch
oder hydraulisch miteinander gekoppelt sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück und/oder
das Steuerstück mindestens
eine Verbindung aufweist, die den Druckraum mit einer Druckkammer
oder den Druckraum beziehungsweise die Druckkammer mit dem Steuerraum
verbindet. Vorzugsweise ist die Verbindung mit einer Drossel ausgestattet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Längsschnitt
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 einen ähnlichen
Kraftstoffinjektor wie in 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel und
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3 einen
Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Kraftstoffinjektor 1 schematisch im Längsschnitt
dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 wird aus einem Hochdruckspeicherraum 2 mit unter
hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Über eine Zuleitung 3 ist
der Kraftstoffinjektor 1 an den Hochdruckspeicher 2 angeschlossen.
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Der
Kraftstoffinjektor 1 umfasst ein Injektorgehäuse 6 mit
einem Injektorkörper 7 und
einem Düsenkörper 8,
der eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist.
In der Führungsbohrung 9 ist
eine Düsennadel 10 hin
und her bewegbar geführt.
Die Düsennadel 10 weist
eine Spitze 11 auf, an der eine Dichtfläche ausgebildet ist, die an
dem in den Brennraum ragenden Ende des Düsenkörpers 8 einen Dichtsitz bildet.
Wenn der Düsennadelsitz
an der Spitze 11 der Düsennadel 10 geschlossen
ist, dann sind mehrere Spritzlöcher
in dem Düsenkörper 8 verschlossen. Wenn
die Düsennadelspitze 11 von
ihrem sitz abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff
durch die Spritzlöcher
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Die Öffnungsbewegung
der Düsennadel 10 wird
durch ein Steuerventil 12 gesteuert, das auch als Zumessventil
bezeichnet wird.
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An
der Düsennadel 10 ist
eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in einem Druckraum 15 angeordnet
ist, der sich in dem Düsenkörper 8 und
dem Injektorkörper 7 erstreckt.
Die Düsennadel 10 ist
durch eine Druckfeder 16 mit ihrer Spitze 11 gegen
den Düsenkörper 8 vorgespannt.
An der Düsennadel 10 sind Abflachungen 17, 18 ausgebildet,
die den Durchtritt von Kraftstoff aus dem Teil des Druckraums 15,
der in dem Injektorkörper 7 vorgesehen
ist, in den Teil des Druckraums 15 ermöglichen, in dem die Druckschulter 14 angeordnet
ist.
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An
der Düsennadel 10 ist
ein Federteller 19 oder Bund 19 angebracht. Die
Druckfeder 16 ist zwischen dem Federteller 19 und
einem Steuerstück 20 eingespannt,
das eine Führungsbohrung 21 für das brennraumferne
Ende der Düsennadel 10 aufweist. Die
brennraumferne Stirnfläche
der Düsennadel 10 begrenzt
in dem Steuerstück 20 einen
Steuerraum 22. Der Steuerraum 22 steht über einen
Verbindungskanal 24, der eine Drossel aufweist, mit dem Druckraum 15 in
Verbindung. Das brennraumferne Ende des Steuerstücks 20 liegt unter
Ausbildung eines Dichtsitzes an dem brennraumnahen Ende eines Ventilstücks 30 an.
Das Ventilstück 30 wiederum
liegt unter Ausbildung eines Dichtsitzes 31 an dem Injektorkörper 7 an.
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In
der brennraumnahen Stirnfläche
des Ventilstücks 30 ist
eine Druckkammer 32 ausgespart, die über einen Verbindungskanal 34,
der in dem Ventilstück 20 vorgesehen
und mit einer Drossel ausgestattet ist, mit dem Steuerraum 22 in
Verbindung steht. Die Druckkammer 32 steht über einen
weiteren Verbindungskanal 35, der in dem Ventilstück 30 vorgesehen
und mit einer Drossel ausgestattet ist, mit dem Druckraum 15 in
Verbindung.
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In
einem axialen Durchgangsloch des Ventilstücks 30 ist ein Ventilkolben 38 hin
und her bewegbar geführt.
Das brennraumnahe Ende des Ventilkolbens 38 liegt unter
Ausbildung eines Dichtsitzes 39 an der brennraumfernen
Stirnfläche
des Steuerstücks 20 an.
Innerhalb des Dichtsitzes 39 mündet ein zentrales Durchgangsloch 40,
das in dem Ventilkolben 38 vorgesehen ist. Das zentrale
Durchgangsloch 40 mündet
an seinem brennraumfernen Ende in einen Druckentlastungsraum 41,
der, wie durch einen Pfeil 42 angedeutet ist, mit einem
(nicht dargestellten Kraftstoffsammelbehälter) in Verbindung steht.
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Der
Ventilkolben 38 ist durch eine Feder 43 zum Brennraum
hin vorgespannt, so dass der an dem brennraumnahen Ende des Ventilkolbens 38 vorgesehene
Dichtsitz 39 geschlossen ist. An dem brennraumfernen Ende
des Ventilkolbens 38 ist ein Magnetanker 44 befestigt,
der mit einem Elektromagneten 45 zusammenwirkt. Wenn der
Elektromagnet 45 bestromt wird, dann wird der Magnetanker 44 zu dem
Elektromagneten 45 hingezogen, so dass der Dichtsitz 39 am
brennraumnahen Ende des Ventilkolbens 38 öffnet. Wenn
der Dichtsitz 39 öffnet,
dann wird die Druck kammer 32 und über den Verbindungskanal 34 ebenfalls
der Steuerraum 22 druckentlastet. Durch diese Druckentlastung
am brennraumfernen Ende der Düsennadel 10 hebt
die Düsennadelspitze 11 von
ihrem Sitz am Düsenkörper 8 ab,
so dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.
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Die
Düsennadel 10 des
in 1 dargestellten Kraftstoffinjektors 1 umfasst
einen brennraumnahen Düsenabschnitt 51,
der stoffschlüssig
mit einem brennraumfernen Düsennadelabschnitt 52 verbunden
ist. Um Verspannungen der Düsennadel 10 durch
Fertigungsungenauigkeiten zu vermeiden, sind in dem Düsennadelabschnitt 52 dünne Ausgleichsstege 53 bis 56 vorgesehen,
die wie ein Kardan-Gelenk wirken. Alternativ zu einer langen Düsennadel 10 kann
eine zweiteilige Düsennnadel/Steuerstange-Kombination
verwendet werden, wobei die Düsennadel
und die Steuerstange entweder mechanisch oder hydraulisch miteinander
verbunden sind.
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Der
Verbindungskanal 24 stellt einen Zulaufkanal für den Steuerraum 22 dar.
Die zugehörige Drossel
wird auch als Zulaufdrossel bezeichnet. Der Verbindungskanal 34 stellt
einen Ablaufkanal dar. Die zugehörige
Drossel wird auch als Ablaufdrossel bezeichnet. Der Verbindungskanal 35 mit
der zugehörigen
Drossel ist optional und ermöglicht
beim Schließen
der Düsennadel 10 eine
Befüllung
des Steuerraums 22 auch über die Ablaufdrossel in dem
Ablaufkanal 34. Dadurch kann die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 10 erhöht werden.
Es können
weitere Feder- beziehungsweise Halteelemente vorge sehen sein, um
das Ventilstück 30 in
seiner Ruhelage zu fixieren.
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In 2 ist
ein Kraftstoffinjektor 61 schematisch im Längsschnitt
dargestellt, der dem Kraftstoffinjektor 1 aus 1 ähnelt. Zur
Bezeichnung gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung
der 1 verwiesen. Im Folgenden wird hauptsächlich auf
die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Bei
dem in 2 dargestellten Kraftstoffinjektor 61 steht
der Teil des Druckraums 15, in dem die Druckschulter 14 angeordnet
ist, über
einen Druckverbindungskanal 62 mit dem Teil des Druckraums 15 in
Verbindung, der in dem Injektorkörper 7 angeordnet
ist. Die Düsennadel 10 ist
mit einer Düsennadelverlängerung 62 ausgestattet,
die mit Hilfe eines hydraulischen Kopplers 64 mit der Düsennadel 10 gekoppelt
ist. Der hydraulische Koppler 64 umfasst eine Kopplerhülse 65,
in der das brennraumnahe Ende der Düsennadelverlängerung 63 geführt ist.
Die Kopplerhülse 65 ist
mit Hilfe einer Feder 66, die sich an einem Bund 67 der
Düsennadelverlängerung 63 abstützt, gegen
den Düsenkörper 8 vorgespannt.
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Der
in 2 dargestellte Kraftstoffinjektor 61 umfasst
ein Steuerventil 12 mit einem Ventilstück 70. Das Ventilstück 70 weist
einen brennraumnahen Führungsabschnitt 71 und
einen brennraumfernen Dichtabschnitt 72 auf. In dem Führungsabschnitt 71 weist
das Ventilstück 70 eine
Führungsbohrung 74 auf,
in der das brennraumferne Ende der Düsennadel 10 beziehungsweise
der Düsennadelverlängerung 63 geführt ist.
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Die
brennraumferne Stirnfläche
der Düsennadel 10 beziehungsweise
der Düsennadelverlängerung 63 begrenzt
in dem Ventilstück 70 einen
Steuerraum 75. Der Steuerraum 75 steht über einen
Verbindungskanal 76, der mit einer Drossel ausgestattet
ist, mit dem Druckraum 15 in Verbindung. Der Steuerraum 75 steht über einen
weiteren Verbindungskanal 77, der ebenfalls mit einer Drossel
ausgestattet ist, mit einer Druckkammer 78 in Verbindung,
welche die Gestalt eines Sacklochs aufweist, von dem sich ein weiterer
Verbindungskanal 79, der ebenfalls mit einer Drossel ausgestattet
ist, in den Druckraum 15 erstreckt.
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Das
die Druckkammer 78 bildende Sackloch ist an seinem brennraumfernen
Ende durch eine Ventilkugel 80 verschlossen. Die Ventilkugel 80 wird durch
die Vorspannkraft einer Feder 81 in Anlage an der brennraumfernen Öffnung der
Druckkammer 78 gehalten. Zwischen der Feder 81 und
der Ventilkugel 80 ist ein Magnetanker 82 angeordnet,
an dem die Ventilkugel 80 befestigt ist. Der Magnetanker 82 wirkt mit
einem Elektromagneten 83 zusammen und ist in einem Druckentlastungsraum 85 angeordnet.
Der Druckentlastungsraum 85 steht, wie durch einen Pfeil 86 angedeutet
ist, mit einem Kraftstoffsammelbehälter in Verbindung.
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Im
Ruhezustand ist das als Kugelventil ausgebildete Steuerventil 12 geschlossen.
Wenn der Elektromagnet 83 bestromt wird, dann wird der
Magnetanker 82 mit der Ventilkugel 80 zu dem Elektromagneten 83 hingezogen,
so dass die Ventilkugel 80 von ihrem zugehörigen Ventilsitz
am brennraumfernen Ende der Druckkammer 78 abhebt. Daraufhin wird
die Druckkammer 78 und über
den Verbindungskanal 77 der Steuerraum 75 entlastet,
so dass die Düsennadel 10 mit
ihrer Spitze 11 von dem zugehörigen Ventilsitz abhebt.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel im
Schnitt dargestellt. Eine Düsennadel 90 ist
in einem Injektorgehäuse 91 angeordnet,
das über
eine Zuleitung 92 mit Kraftstoff versorgt wird, der in
einen Druckraum 94 im Inneren des Injektorgehäuses 91 gelangt.
Das Öffnen
und Schließen
der Düsennadel 90 wird
durch eine Ventileinrichtung 95 gesteuert, die ein Ventilstück 100 umfasst.
Das Ventilstück 100 ist von
dem brennraumseitigen Ende in das Injektorgehäuse 91 eingesetzt
und dichtet über
einen flachen Dichtsitz 102 zu dem Injektorgehäuse hin
ab. Der Dichtsitz 102 wird durch eine Feder 103 geschlossen gehalten.
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In
dem Ventilstück 100 ist
ein Steuerraum 101 ausgebildet, der von dem brennraumfernen Ende
der Düsennadel 90 begrenzt
wird. Der Steuerraum 101 steht über einen Verbindungskanal 104, der
eine Drossel aufweist, mit dem Druckraum 94 in Verbindung.
Des Weiteren steht der Steuerraum 101 über einen weiteren Verbindungskanal 105,
der ebenfalls mit einer Drossel ausgestattet ist, mit einem Raum
in Verbindung, der innerhalb eines Dichtsitzes 106 von
einem Magnetanker 108 begrenzt ist. Der Magnetanker 108 ist
durch eine Feder 109 gegen das Ventilstück 100 vorgespannt,
so dass der Dichtsitz 106 geschlossen ist. Wenn der Magnetanker 108 durch
einen Elektromagneten 110 betätigt wird, dann wird der Dichtsitz 106 geöffnet. In
dem Magnetanker 108 ist ein Ausgleichskolben 112 aufgenommen. Wenn
der Dichtsitz 106 geöffnet
wird, dann wird eine Verbindung von dem Steuerraum 101 über den
Verbindungskanal 105 in einen Druckentlastungsraum 115 freigegeben.