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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 Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt werden, bei
denen der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann.
Die Öffnungsbewegung
einer Düsennadel
wird durch die Steuerventileinrichtung über den Druck in dem Steuerraum
gesteuert.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, das Schaltverhalten der Steuerventileinrichtung
in einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu verbessern.
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Die
Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das
einen Druckraum umfasst, aus dem mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung
mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die Steuerventileinrichtung
einen Steuerventilanker umfasst, der in einem Ankerraum angeordnet
ist, der mit einem Rücklauf
in Verbindung steht, der mit Niederdruck beaufschlagt ist, dadurch gelöst, dass
zwischen dem Ankerraum und dem Rücklauf
eine Druckhalteventileinrichtung vorgesehen ist. Durch die Druckhalteventileinrichtung
wird der Ankerraum von dem Rücklaufpfad
der Steuermenge entkoppelt. Als Steuermenge wird die Menge Kraftstoff
bezeichnet, die beim Öffnen
der Steuerventileinrichtung aus dem Steuerraum in den Rücklauf entweicht,
um einen Öffnungshub
einer Düsennadel in
dem Kraftstoffinjektor zu bewirken. Durch die Entkopplung des Ankerraums
von dem Rücklaufpfad
der Steuermenge wird die Schaltdynamik der Steuerventileinrichtung
des Kraftstoffinjektors unabhängig
von den Rücklaufbedingungen.
Insbesondere können Einflüsse von
Schwingungen im Niederdrucksystem auf das Schaltverhalten der Steuerventileinrichtung reduziert
werden. Dadurch können
insbesondere mehrere aufeinander folgende Einspritzungen genauer
dosiert werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung
ein Rückschlagventil umfasst,
das eine Verbindung vom Rücklauf
in den Ankerraum unterbricht. Vorzugsweise umfasst das Rückschlagventil
einen federvorgespannten Rückschlagventilkörper.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit
von dem Druck in einem Steuer raum mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der
Druck in dem Steuerraum mit Hilfe der Steuerventileinrichtung verändert wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum
direkt mit dem Rücklauf verbunden
ist, wenn die Steuerventileinrichtung geöffnet ist. Das hat den Vorteil,
dass die Steuermenge bei geöffneter
Steuerventileinrichtung direkt in den Rücklauf geleitet wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf einen
Rücklaufkanal
umfasst, der durch ein Ventilstück
verläuft,
das den Steuerraum begrenzt. Vorzugsweise ist in dem Ventilstück des Weiteren
ein Ablaufkanal vorgesehen, der den Ablauf der Steuermenge aus dem
Steuerraum ermöglicht.
Der Ablaufkanal ist vorzugsweise mit einer Ablaufdrossel ausgestattet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufkanal
durch ein Teil der Steuerventileinrichtung verschließbar ist.
Vorzugsweise ist der Rücklaufkanal
durch einen Steuerventilkolben der Steuerventileinrichtung verschließbar.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele des
Kraftstoffinjektors sind dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung
in einem Gehäusekörperteil
angeordnet ist, das den Ankerraum in a xialer oder radialer Richtung
begrenzt. Der Gehäusekörperteil
kann einstückig
mit dem Injektorgehäuse
verbunden sein. Das Gehäusekörperteil
kann aber auch als separates Teil des Injektorgehäuses ausgeführt sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor
mindestens einen Leckagepfad aufweist, über den Kraftstoff in den Ankerraum
gelangt. Der Leckagepfad stellt eine kontinuierliche Durchströmung oder
Durchspülung
des Ankerraums sicher. Außerdem
wird über
den Leckagepfad der mit der Druckhalteventileinrichtung eingestellte Ankerraumdruck
aufrechterhalten. Dadurch kann ein vom Rücklaufdruck völlig unbeeinflusstes
Schaltverhalten der Steuerventileinrichtung erreicht werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagepfad
zwischen einem Steuerventilkolben und einem Steuerventilkolbenführungskörper vorgesehen
ist. Die Führungsleckage
des Steuerventilkolbens befüllt
den Ankerraum, so dass sich in dem Ankerraum der gewünschte Druck
einstellt. Außerdem
wird durch die Führungsleckage eine
Durchspülung
des Ankerraums sichergestellt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagepfad
zwischen einer Düsennadel
und einem Düsennadelführungskörper vorgesehen
ist. Die Führungsleckage
der Düsennadel
befüllt den
Anker raum, so dass sich in dem Ankerraum der gewünschte Druck einstellt. Außerdem wird
durch die Führungsleckage
eine Durchspülung
des Ankerraums sichergestellt.
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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
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1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
und
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3 einen ähnlichen
Kraftstoffinjektor wie in den 1 und 2 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 und 2 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 1 schematisch
im Längsschnitt
dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 wird aus einem Hochdruckspeicherraum 2 mit
unter hohem Druck ste hendem Kraftstoff versorgt. Über eine
Zuleitung 3 ist der Kraftstoffinjektor 1 an den
Hochdruckspeicherraum 2 angeschlossen. Die Zuleitung 3 mündet im
Inneren des Kraftstoffinjektors 1 in einen Hochdruckverbindungsraum 4.
Der Hochdruckverbindungsraum 4 ist von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen.
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Das
Injektorgehäuse 6 umfasst
einen Injektorkörper 7 und
einen Düsenkörper 8,
der eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist.
In der Führungsbohrung 9 ist
eine Düsennadel 10 hin
und her bewegbar geführt.
Deshalb wird der Düsenkörper 8 auch
als Düsennadelführungskörper bezeichnet.
Die Düsennadel 10 weist
eine Spitze 11 auf, an der eine Dichtkante ausgebildet
ist, die an dem in den Brennraum ragenden Ende des Injektorgehäuses 6 einen
Dichtsitz bildet. Wenn der Dichtsitz an der Spitze 11 der Düsennadel 10 geschlossen
ist, dann sind mehrere Spritzlöcher
in dem Injektorgehäuse 6 verschlossen. Wenn
die Düsennadelspitze 11 von
ihrem Sitz abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff
durch die Spritzlöcher
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Öffnungsbewegung
der Düsennadel 10 wird
durch eine Steuerventileinrichtung 12 gesteuert.
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An
der Düsennadel 10 ist
eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in einem Druckraum 15 angeordnet
ist, der sich in den Düsenkörper 8 erstreckt.
Die Düsennadel 10 ist
durch eine Druckfeder 16 mit ihrer Spitze 11 in
ihre Schließstellung
vorgespannt. An der Düsennadel 10 sind
Abflachungen 17, 18 vorgesehen, die den Durchtritt
von Kraftstoff aus dem Hochdruckverbindungsraum 4 in den
Druckraum 15 ermöglichen.
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An
der Düsennadel 10 ist
ein Federteller 19 befestigt. Die Druckfeder 16 ist
zwischen dem Federteller 19 und einer Steuerraumbegrenzungshülse 20 eingespannt.
Die Steuerraumbegrenzungshülse 20 begrenzt
in radialer Richtung einen Steuerraum 22, der zum Brennraum
hin von dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 10 begrenzt
wird.
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Der
Steuerraum 22 steht über
einen Verbindungskanal 24, der mit einer Drossel ausgestattet
ist, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 in Verbindung.
Da der Steuerraum 22 über
den Verbindungskanal 24 aus dem Hochdruckverbindungsraum 4 mit Kraftstoff
gefüllt
wird, wird der Verbindungskanal 24 als Zulaufkanal bezeichnet.
Der Steuerraum 22 wird auf seiner dem Brennraum abgewandten
Seite durch ein erstes Ventilstück 26 begrenzt,
das den Hochdruckverbindungsraum 4 verschließt. Zwischen
dem ersten Ventilstück 26 und
einem Deckel 28 des Injektorgehäuses 6 ist ein zweites
Ventilstück 27 eingespannt.
Das zweite Ventilstück 27 begrenzt
an seinem brennraumfernen Ende einen Ankerraum 30.
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Der
Ankerraum 30 steht über
eine Führungsbohrung 31 mit
einem Verbindungsraum 32 in Verbindung. Der Verbindungsraum 32 wiederum
steht über einen
Verbindungskanal 34, der mit einer Drossel ausgestattet
ist, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 in Verbindung. Über einen
weiteren Verbindungskanal 35, der ebenfalls mit einer Drossel
ausgestattet ist, steht der Verbindungsraum 32 mit dem Steuerraum 22 in
Verbindung. Über
einen weiteren Verbindungskanal 36 steht der Verbindungsraum 32 mit
einem Niederdruckraum 38 in Verbindung, der wiederum an
einen Rücklauf 40 angeschlossen
ist. Der Rücklauf 40 ist
mit Niederdruck beaufschlagt.
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In
der Führungsbohrung 31 des
zweiten Ventilstücks 27 ist
ein Steuerventilkolben 42 hin und her bewegbar geführt. Daher
wird das zweite Ventilstück 27 auch
als Steuerventilkolbenführungskörper bezeichnet.
An dem Steuerventilkolben 42 ist ein Anker 44 befestigt,
der mit einer Magnetspule 45 zusammenwirkt. Zwischen dem
Anker 44 und dem Deckel 28 des Injektorgehäuses 6 ist
eine Druckfeder 46 eingespannt, so dass eine an dem brennraumnahen Ende
des Steuerventilkolbens 42 vorgesehene Dichtkante 48 an
dem ersten Ventilstück 26 in
Anlage gehalten wird. Die Dichtkante 48 an dem brennraumnahen
Ende des Steuerventilkolbens 42 verschließt den Verbindungskanal 36,
der auch als Rücklaufkanal
bezeichnet wird. Wenn die Magnetspule 45 bestromt wird,
dann zieht sie den Anker 44 an, so dass die Dichtkante 48 des
Steuerventilkolbens 42 von dem ersten Ventilstück 26 abhebt,
um eine Verbindung zwischen dem Verbindungsraum 32 über den
Verbindungskanal 36 und den Niederdruckraum 38 mit
dem Rücklauf
freizugeben.
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Der
Rücklauf 40 steht über eine
Rücklaufverbindungsleitung 50 mit
dem Ankerraum 30 in Verbindung. Zwischen der Rücklaufverbindungsleitung 50 und
dem Ankerraum 30 ist in dem Deckel 28 des Injektorgehäuses 6 ein
Druckhalteventil 52 angeordnet. Der Ankerraum 30 wird über einen
Leckagepfad 54 zwi schen dem Steuerventilkolben 42 und
der Führungsbohrung 31 befüllt. Über den
Leckagepfad 54 wird sichergestellt, dass sich im Ankerraum 30 der gewünschte Druck
einstellt. Darüber
hinaus wird der Ankerraum 30 durch die Führungsleckage
durchspült.
Die Steuermenge aus dem Steuerraum 22 wird bei geöffneter
Steuerventileinrichtung 12 über den Rücklaufkanal 36 direkt
in den Rücklauf 40 geleitet.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Druckhalteventil 56 durch
eine radial an dem zweiten Ventilstück 27 angebrachte
Kugel 57 mit einem Federelement 58 gebildet. Das
Federelement 58 kann ringförmig oder blättchenförmig ausgebildet
sein.
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In 3 ist
ein ähnlicher
Kraftstoffinjektor 1 wie in den 1 und 2 dargestellt.
Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen
verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene
Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.
Im Folgenden wird hauptsächlich
auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Bei
dem in 3 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 steht
der Druckraum 15 über
einen Hochdruckverbindungskanal 60 mit der Zuleitung 3 in
Verbindung. Darüber
hinaus ist die Düsennadel 10 an
ihrem brennraumfernen Ende durch ein Druckstück 63 verlängert. Das
brennraumferne Ende des Druckstücks 63 begrenzt
den Steuerraum 22. In radialer Richtung zwischen der Steuerraumbegrenzungshülse 20 und
den Injektorkörper 7 ist
eine Dichtung 65 angeordnet.
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Die
Dichtung 65 dichtet in dem Injektorkörper 7 einen Ringraum 66,
in den die Zuleitung 3 mündet, gegenüber einem Niederdruckraum 68 ab,
der in radialer Richtung zwischen dem Druckstück 63 und dem Injektorkörper 7 ausgebildet
ist. Der Niederdruckraum 68 steht über einen Niederdruckverbindungskanal 69 mit
einem Ankerraum 70 in Verbindung.
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Der
Steuerraum 22 wird auf seiner brennraumfernen Seite in
axialer Richtung von einem ersten Ventilstück 71 begrenzt. Ein
zweites Ventilstück 72 ist
zwischen dem ersten Ventilstück 71 und
einem dritten Ventilstück 73 eingespannt.
Eine Dichtung 74 dichtet den Ankerraum 70 gegenüber dem
mit Hochdruck beaufschlagten Ringraum 66 ab. Das erste Ventilstück 71 weist
einen zentralen Ablaufkanal 75 auf, der mit einer Drossel
ausgestattet ist und den Steuerraum 22 mit einem Verbindungsraum 85 verbindet.
Der Ablaufkanal 75 ist an seinem brennraumfernen Ende durch
eine Ventilkugel 76 verschlossen.
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Die
Ventilkugel 76 wird durch einen Steuerventilkolben 78 in
ihrer Schließstellung
gehalten. An dem Steuerventilkolben 78 ist ein Anker 79 befestigt, der
mit einer Magnetspule 80 zusammenwirkt. zwischen dem Anker 79 und
einem Deckel 84 des Injektorgehäuses 6 ist eine Druckfeder 81 eingespannt. Durch
die Vorspannkraft der Druckfeder 81 wird die Ventilkugel 76 im
Bereich der Mündung
des Ablaufkanals 75 in dichter Anlage an dem ersten Ventilstück 71 gehalten.
Wenn die Magnetspule 80 bestromt wird, dann wird der Anker 79 angezogen,
so dass die Ventilkugel 76 an dem ersten Ventilstück 71 abhebt, um
eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 22 und ei nem Rücklauf 86 über den
Ablaufkanal 75 und den Verbindungsraum 85 freizugeben.
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In
dem dritten Ventilstück 73 ist
zwischen dem Verbindungsraum 85 und dem Ankerraum 70 ein
Druckhalteventil 92 angeordnet. Da die Steuereinrichtung 82 mit
der Ventilkugel 76 leckagefrei ist, wird zur Durchspülung des
Ankerraums 70 die Führungsleckage 94 der
Düsennadel 10 und
die Führungsleckage 95 des
Druckstücks 63 verwendet. Durch
das Druckhalteventil 92 wird der Druck in dem Ankerraum 70 auf
einem definierten Druckwert gehalten.