DE102007005574A1

DE102007005574A1 - Injector for injecting fuel into combustion chambers of fuel engines

Info

Publication number: DE102007005574A1
Application number: DE200710005574
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2008095743A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (5) zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume (7) von Brennkraftmaschinen (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem mit einer Steuerkammer (25) mit variierbarem Steuerdruck wirkverbundenen Ventilelement (16), das zwischen einer den Kraftstofffluss freigebenden Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist, wobei zur Variation des Steuerdrucks ein Steuerventil (28) vorgesehen ist, das in seiner Öffnungsposition die Steuerkammer (28) hydraulisch mit einem Niederdruckbereich (9) verbindet, und mit einem Kraftstoffraum (31), dem eine Durchmesserstufe des Ventilelementes zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kraftstoffraum (31) über einen Drosselkanal (38) mit der Steuerkammer (25) verbunden ist.The invention relates to an injector (5) for injecting fuel into combustion chambers (7) of internal combustion engines (1), in particular common rail injector, with a valve element (16) operatively connected to a control chamber (25) with variable control pressure the fuel flow releasing open position and a closed position is adjustable, wherein for varying the control pressure, a control valve (28) is provided which connects the control chamber (28) hydraulically in its open position with a low pressure region (9), and with a fuel chamber (31) a diameter step of the valve element is associated. According to the invention, it is provided that the fuel chamber (31) is connected to the control chamber (25) via a throttle channel (38).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an injector according to the preamble of claim 1.

Die DE 102 07 227 A1 beschreibt einen Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen. Der bekannte Injektor weist ein zweiteiliges, aus einer Steuerstange und einer Düsennadel bestehendes Ventilelement auf, wobei die Steuerstange mit einer stirnseitigen Steuerfläche eine Steuerkammer begrenzt, deren Steuerdruck mit Hilfe eines Steuerventils varrierbar ist. Mittels des Steuerventils kann hierzu ein Kraftstoff-Abflussweg (Ablaufdrossel) aus der Steuerkammer mit einem Niederdruck- bzw. Rücklaufbereich des Injektors für Kraftstoff verbunden werden. Bei geöffnetem Steuerventil sinkt der Steuerdruck in der Steuerkammer, so dass das Ventilelement von seiner in einem Düsenraum befindlichen Sitzfläche abgehoben wird und so den Kraftstofffluss aus dem Düsenraum durch eine Düsenlochanordnung hindurch in den Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Die Steuerstange und die Düsennadel sind nicht fest miteinander verbunden, sondern liegen in einem als Koppelraum ausgebildeten Kraftstoffraum, der dauerhaft mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist, aneinander an. Innerhalb des Kraftstoffraums ist das Ventilelement mit einer Durchmesserstufe versehen, welche bei dem bekannten Injektor dadurch reali siert ist, dass der Führungsdurchmesser der Steuerstange größer ist als der Führungsdurchmesser der Düsennadel. Hierdurch wirkt wegen des dauerhaften Anschlusses des Kraftstoffraums an den Niederdruckbereich eine geringere Druckkraft in Öffnungsrichtung auf die Steuerstange als in Schließrichtung, so dass bei geschlossenem Steuerventil dauerhaft eine Schließkraft über die Steuerstange auf die Düsennadel aufgebracht wird. Diese hydraulische Schließkraft ermöglicht ein schnelles Schließen des Ventilelements. Nachteilig bei dem bekannten Injektor ist, dass aufgrund der großen Druckdifferenz von etwa 1800 bis etwa 2000 bar zwischen dem den Kraftstoffraum (Niederdruckraum) umgebenden Druckraum und dem Kraftstoffraum ständig Kraftstoff über die Führungsspalte in letzterem einströmt und von dort aus dem Kraftstoffrücklauf als Leckagemenge zugeleitet wird. Eine der Leckagemenge entsprechende Kraftstoffmenge muss von einer Hochdruckpumpe ständig zusätzlich gefördert werden, wodurch die hierauf entfallende Pumpenleistung nicht zur Erzeugung höherer Einspritzdrücke genutzt werden kann.The DE 102 07 227 A1 describes a common rail injector for injecting fuel into combustion chambers of internal combustion engines. The known injector has a two-part, consisting of a control rod and a nozzle needle valve element, wherein the control rod with a front-side control surface defines a control chamber whose control pressure by means of a control valve is variable. By means of the control valve for this purpose, a fuel outflow path (outlet throttle) can be connected from the control chamber to a low-pressure or return region of the injector for fuel. When the control valve is open, the control pressure in the control chamber decreases, so that the valve element is lifted off its seating surface located in a nozzle chamber and thus releases the fuel flow from the nozzle chamber through a nozzle hole arrangement into the combustion chamber of an internal combustion engine. The control rod and the nozzle needle are not firmly connected to each other, but lie in a trained as a coupling space fuel chamber, which is permanently connected to the low pressure region of the injector to each other. Within the fuel chamber, the valve element is provided with a diameter step, which is reali Siert in the known injector characterized in that the guide diameter of the control rod is greater than the guide diameter of the nozzle needle. As a result, because of the permanent connection of the fuel chamber to the low-pressure region, a lower pressure force in the opening direction acts on the control rod than in the closing direction, so that a closing force is permanently applied to the nozzle needle via the control rod when the control valve is closed. This hydraulic closing force allows a quick closing of the valve element. A disadvantage of the known injector that due to the large pressure difference of about 1800 to about 2000 bar between the fuel space (low pressure space) surrounding the pressure chamber and the fuel chamber constantly fuel flows through the guide gaps in the latter and is fed from there from the fuel return as a leakage amount. An amount of fuel corresponding to the amount of leakage must constantly be additionally conveyed by a high-pressure pump, as a result of which the pump power attributable to this can not be used to generate higher injection pressures.

Neben den zuvor beschriebenen Injektoren mit dauerhafter Niederdruckstufe werden Injektoren eingesetzt, bei denen kein Kraftstoffraum vorgesehen ist, der dauerhaft mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist. Der Vorteil einer derartigen „leckagefreien" Konstruktion besteht in dem fehlenden Kraftstoff-Leckagefluss in den Niederdruckbereich des Injektors. Es fließt lediglich die Steuermenge aus der Steuerkammer in den Niederdruckbereich des Injektors ab, was dazu führt, dass ein größerer Leistungsanteil der Hochdruckpumpe zur Erzeugung höherer Einspritzdrücke genutzt werden kann. Nachteilig bei derartigen Injektoren ist jedoch, dass durch das Fehlen eines als Niederdruckstu fe ausgebildeten Kraftstoffraums mit zugeordneter Durchmesserstufe des Ventilelements nur geringe Düsennadelschließkräfte zur Verfügung stehen.Next the previously described injectors with permanent low-pressure stage Injectors are used in which no fuel space provided is permanently connected to the low pressure area of the injector is. The advantage of such a "leak-free" construction consists in the lack of fuel leakage flow in the low pressure area of the injector. It only flows out the tax amount the control chamber in the low pressure area of the injector from what This leads to a greater share of performance the high pressure pump for generating higher injection pressures can be used. The disadvantage of such injectors, however, is that by the absence of a designed as Niederdruckstu fe fuel space with associated diameter stage of the valve element only small nozzle needle closing forces be available.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Injektor mit einem Kraftstoffraum vorzuschlagen, der nicht dauerhaft mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist und bei dem trotzdem hohe hydraulische Schließkräfte auf das Ventilelement realisierbar sind.Of the Invention is therefore based on an injector with a task To propose fuel chamber, which is not permanently with the low pressure range the injector is connected and still high hydraulic Closing forces on the valve element realized are.

Technische LöschungTechnical deletion

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.These The object is achieved with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are in the dependent claims specified. In addition, fall within the scope of the invention, all combinations at least two of the in the description, the claims and / or features disclosed in the figures.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine auf das Ventilelement wirkende hydraulische Schließkraft dadurch zu erzeugen, dass der Kraftstoffraum über einen Drosselkanal mit der Steuerkammer verbunden ist. Auf diese Weise kann zwischen der Steuerkammer, welche über eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird und die bei geöffnetem Steuerventil über eine Ablaufdrossel mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist, und dem Kraftstoffraum, dem eine Durchmesserstufe des Ventilelementes zugeordnet ist, eine (temporäre) Druckdifferenz erzeugt werden, die dafür sorgt, dass auf die Durchmesserstufe im Kraftstoffraum in Öffnungsrichtung ein geringerer Druck wirkt als in Schließrichtung auf die Stirnseite des Ventilelementes im Steuerraum. Hieraus resultiert eine hydraulische Schließkraft auf das Ventil, aufgrund derer schnelle Schaltzeiten des Injektors realisiert werden können. Die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffraum und der Steuerkammer beruht darauf, dass, während das Steuerventil geöffnet ist, Kraftstoff aus der Steuerkammer in Richtung des Niederdruckbereichs des Injektors abfließt. Aufgrund der Anbindung des Kraftstoffraumes an die Steuerkammer mittels des Drosselkanals strömt auch Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum über die Steuerkammer in Richtung des Niederdruckbereichs, was eine Druckabsenkung im Kraftstoffraum zur Folge hat. Bei geschlossenem Steuerventil steigt der Druck in der Steuerkammer aufgrund des durch die Zulaufdrossel zuströmenden Kraftstoffes (schlagartig) wieder an. Aufgrund der Anbindung des Kraftstoffraumes an die Steuerkammer über einen Drosselkanal mit einem geringen Durchflussquerschnitt wird gewährleistet, dass der Druck im Kraftstoffraum durch aus der Steuerkammer über den Drosselkanal in den Kraftstoffraum strömenden Kraftstoff vergleichsweise langsam ansteigt und somit der Druck in der Steuerkammer schneller ansteigt als in dem Kraftstoffraum. Entgegen bekannten „leckagefreien" Lösungen ist der Kraftstoffraum bei dem erfindungsgemäßen Injektor lediglich bei geöffnetem Steuerventil an dem Niederdruckbereich des Injektors angebunden und nicht dauerhaft, wodurch die Leckagemenge des Injektors im Vergleich zu Injektoren mit dauerhafter Niederdruckstufe minimiert ist.The invention is based on the idea to produce a force acting on the valve element hydraulic closing force, characterized in that the fuel chamber is connected via a throttle channel with the control chamber. In this way, between the control chamber, which is supplied via an inlet throttle with fuel under high pressure and which is connected with an open control valve via an outlet throttle to the low pressure region of the injector, and the fuel chamber, which is associated with a diameter stage of the valve element, a (temporary ) Pressure difference are generated, which ensures that acts on the diameter stage in the fuel chamber in the opening direction, a lower pressure than in the closing direction on the end face of the valve element in the control chamber. This results in a hydraulic closing force on the valve, due to which fast switching times of the injector can be realized. The pressure difference between the fuel chamber and the control chamber is based on that, while the control valve is open, fuel flows from the control chamber in the direction of the low pressure region of the injector. Due to the connection of the fuel chamber to the control chamber by means of the throttle channel also flows force material from the fuel chamber via the control chamber in the direction of the low pressure region, which has a pressure reduction in the fuel chamber result. When the control valve is closed, the pressure in the control chamber rises again (abruptly) due to the fuel flowing in through the inlet throttle. Due to the connection of the fuel chamber to the control chamber via a throttle channel with a small flow cross-section ensures that the pressure in the fuel chamber by the control chamber via the throttle channel flowing into the fuel chamber fuel increases comparatively slowly and thus the pressure in the control chamber increases faster than in the fuel space. Contrary to known "leak-free" solutions of the fuel chamber is connected to the injector according to the invention only with the control valve open at the low pressure region of the injector and not permanently, whereby the leakage amount of the injector is minimized compared to injectors with permanent low pressure stage.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Drosselkanal, insbesondere in Bezug auf das Kraftstoffraumvolumen und/oder den Durchflussquerschnitt der Zu laufdrossel der Steuerkammer und/oder das Steuerkammervolumen derart ausgelegt ist, dass der im Kraftstoffraum vorherrschende Druck bei Beginn der Schließbewegung des Ventilelements (noch) niedriger ist als der Steuerdruck in der Steuerkammer zu diesem Zeitpunkt. Hierzu muss die Durchflussquerschnittsfläche des Drosselkanals entsprechend klein gewählt werden, um ein zu schnelles Nachströmen von Kraftstoff in den Kraftstoffraum aus der Steuerkammer bei geschlossenem Steuerventil zu vermeiden.In Development of the invention is provided with advantage that the Throttling channel, in particular with respect to the fuel chamber volume and / or the flow area of the flow restrictor of the control chamber and / or the control chamber volume is designed such that the prevailing pressure in the fuel chamber at the beginning of the closing movement the valve element is (still) lower than the control pressure in the Control chamber at this time. For this, the flow cross-sectional area must of the throttle channel can be selected correspondingly small too fast a flow of fuel into the fuel chamber to avoid from the control chamber with the control valve closed.

Es ist denkbar, dass der Drosselkanal (ausschließlich) von einem Führungsspalt des den Kraftstoffraum durchsetzenden Ventilelements gebildet wird. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der ein als Drosselbohrung ausgebildeter Drosselkanal vorgesehen ist, welcher bevorzugt in das Ventilelement eingebracht ist und somit die Steuerkammer hydraulisch mit dem Kraftstoffraum verbindet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine exakte Dimensionierung des Drosselkanals mit minimalen Toleranzen im Hinblick auf das Druckanstiegsverhalten des Kraftstoffraums bei geschlossenem Steuerventil.It is conceivable that the throttle channel (exclusively) of a guide gap of the fuel chamber passing through Valve element is formed. However, an embodiment is preferred provided in a designed as a throttle bore throttle channel is, which is preferably introduced into the valve element and thus hydraulically connecting the control chamber to the fuel chamber. This embodiment allows exact dimensioning the throttle channel with minimal tolerances in terms of pressure rise behavior of the fuel chamber with the control valve closed.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Kraftstoffraum axial unmittelbar benachbart zu der Steuerkammer angeordnet ist. Dies bedeutet, dass bevorzugt zwischen der Steuerkammer und dem Kraftstoffraum kein weiterer mit Kraftstoff gefüllter Raum vorgesehen ist. Hierdurch kann der Drosselkanal mit einer minimalen Länge ausgebildet werden.In Development of the invention is provided with advantage that the Fuel chamber axially immediately adjacent to the control chamber is arranged. This means that preferably between the control chamber and the fuel room no further filled with fuel Space is provided. This allows the throttle channel with a minimum Length are formed.

Eine konstruktiv bevorzugte Lösung wird erhalten, wenn der Kraftstoffraum radial außen von einer das Ventilelement umschließenden ersten Hülse begrenzt ist, die innerhalb eines Druckraums, in dem zumindest näherungsweise Rail-Druck anliegt, aufgenommen ist. Die Hülse weist bevorzugt eine in Schließrichtung wirkende erste Druckangriffsfläche auf, die es ermöglicht, dass die erste Hülse, wenn der Druck im Kraftstoffraum bei der Schließbewegung des Ventilelementes aufgrund der Druckstufe des Ventilelementes zu stark ansteigt, von ihrer Anlageposition an einem Injektorbauteil abheben kann, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum in den die Hülse umgebenden Druckraum entweichen kann. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Schließbewegung des Ventilelementes nicht durch einen übermäßigen Druckanstieg im Kraftstoffraum gebremst wird. Von Vorteil ist es, wenn die erste Hülse mit einem als Druckangriffsfläche wirkenden Hülsenboden versehen ist.A structurally preferred solution is obtained when the fuel chamber radially outside of a valve element enclosing limited first sleeve, which within a pressure chamber, in which at least approximately rail pressure is applied is. The sleeve preferably has a closing direction acting first pressure application surface, which makes it possible that the first sleeve when the pressure in the fuel chamber in the closing movement of the valve element due to Pressure level of the valve element increases too much, from their investment position can lift off on an injector component, so that fuel from the Fuel space in the surrounding the sleeve pressure chamber escape can. This ensures that the closing movement of the Valve element not by an excessive pressure increase is braked in the fuel chamber. It is advantageous if the first Sleeve with a force acting as a pressure application surface Sleeve bottom is provided.

Bevorzugt wird die erste Hülse von einer Feder in Richtung des Steuerraums gegen ein Injektorbauteil des Injektors federkraftbelastet. Hierdurch wird sichergestellt, dass die erste Hülse nach dem Abheben von dem Injektorbauteil zur Herstellung eines Druckausgleichs wieder an das Bauteil zurückgestellt wird, so dass bereits zu Beginn der Öffnungsbewegung Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum (und nicht aus dem Druckraum) über den Drosselkanal in die Steuerkammer und von dort aus in den Niederdruckbereich des Injektors zum Aufbau eines niedrigen Druckniveaus in den Kraftstoffraum strömen kann.Prefers is the first sleeve of a spring in the direction of the control room spring-loaded against an injector component of the injector. This will Ensure that the first sleeve after lifting off the injector component to produce a pressure equalization again is returned to the component, so that already too Beginning of the opening movement of fuel from the fuel chamber (and not from the pressure chamber) via the throttle channel in the Control chamber and from there into the low pressure area of the injector to build up a low pressure level in the fuel space can flow.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, das Ventilelement mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig auszubilden. Neben fertigungstechnischen Gründen sprechen für eine mehrteilige Ausbildung des Ventilelementes die unterschiedlichen Anforderungen an das Ventilelement im Bereich der Steuerkammer sowie im Bereich des Ventilsitzes. Bevorzugt ist die das freie Ende des Ventilelementes bildende Düsennadel aus einem härteren Werkstoff ausgebildet, als die darüber angeordnete Steuerstange, um den Verschleiß des Ventilelementes im Bereich des Ventilsitzes zu minimieren.Out For manufacturing reasons, it is advantageous, the valve element multipart, preferably in two parts form. In addition to production engineering Reasons speak for a multi-part education the valve element, the different requirements for the valve element in the area of the control chamber and in the area of the valve seat. Is preferred the nozzle end forming the free end of the valve element made of a harder material than the one above arranged control rod to the wear of the valve element to minimize in the region of the valve seat.

Die Ventilelementteile (Steuerstange und Düsennadel) sind bevorzugt in einem Kopplerraum hydraulisch miteinander gekoppelt, wobei der Kopplerraum bevorzugt radial außen von einer zweiten Hülse begrenzt ist, die mittels einer Feder, beispielsweise in Schließrichtung des Ventilelementes auf ein Injektorbauteil federkraftbelastet ist.The Valve member parts (control rod and nozzle needle) are preferred hydraulically coupled together in a coupler space, wherein the Coupler space preferably radially outward of a second sleeve is limited, by means of a spring, for example in the closing direction the valve element is spring-loaded on an injector component.

Bevorzugt weisen die Steuerstange und die Düsennadel im Bereich des Kopplerraums unterschiedliche Führungsdurchmesser auf, was jedoch dazu führt, dass es zu einem (ungewollten), die Schließbewegung des Ventilelementes bremsenden Druckanstieg im Kopplerraum kommt. Damit der im Kopplerraum komprimierte Kraftstoff schnell entweichen kann, ist die zweite Hülse in Weiterbildung der Erfindung mit einer zweiten Druckangriffsfläche versehen, die es ermöglicht, dass die zweite Hülse entgegen der Kraft der auf sie wirkenden Feder von dem Injektorbauteil, insbesondere in Öffnungsrichtung des Ventilelements abhebt und somit das Kopplerraumvolumen mit einem die zweite Hülse umgebenden Druckraum hydraulisch verbindet.The control rod and the nozzle needle preferably have different guide diameters in the area of the coupler space, which, however, leads to an (unwanted) braking of the closing movement of the valve element Pressure increase in the coupler room comes. Thus, the fuel compressed in the coupler space can escape quickly, the second sleeve is provided in a further development of the invention with a second pressure application surface, which allows the second sleeve against the force of the spring acting on it from the injector component, especially in the opening direction of the valve element lifts and thus hydraulically connects the coupler volume with a pressure chamber surrounding the second sleeve.

Fertigungstechnisch von Vorteil ist es, die zweite Druckangriffsfläche als, insbesondere schräge, Ringfläche, insbesondere an einer Stirnseite der zweiten Hülse auszubilden.manufacturing technology it is advantageous to use the second pressure application surface as, in particular oblique, annular surface, in particular form on an end face of the second sleeve.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of the preferred embodiment as well as from the drawings; these show in:

1: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Injektor und 1 : A schematic representation of an internal combustion engine with a common rail injector and

2: eine schematisierte, geschnittene Teilansicht eines Injektors. 2 : A schematic, sectional partial view of an injector.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of invention

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In The figures are the same components and components with the same Function marked with the same reference numerals.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 zum Antrieb eines nicht gezeigten Kraftfahrzeuges dargestellt. Eine Hochdruckfördereinrichtung 2 fördert Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 sind mehrere Injektoren 5 über jeweils eine Versorgungsleitung 6 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 7 einspritzen. Die Injektoren 5 sind jeweils über eine Rückflussleitung 8 an den Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 angeschlossen, wobei die Rückflussleitung 8 mit einem Niederdruckbereich der Injektoren 5 verbunden ist, so dass über die Rückflussleitung 8 eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von den Injektoren 5 zu dem Kraftstoffbehälter 3 abfließen kann.In 1 is an internal combustion engine 1 shown for driving a motor vehicle, not shown. A high pressure conveyor 2 Promotes fuel from a fuel storage tank 3 in a high-pressure fuel storage 4 (Rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored. At the high-pressure fuel storage 4 are several injectors 5 via one supply line each 6 connected, the fuel directly into them associated combustion chambers 7 inject. The injectors 5 are each via a return line 8th to the fuel storage tank 3 connected, the return line 8th with a low pressure area of the injectors 5 connected so that via the return line 8th a later to be explained control amount of fuel from the injectors 5 to the fuel tank 3 can drain away.

In 2 ist bei einem Injektor 5 schematisch die Rückflussleitung 8 gezeigt, die den Niederdruckbereich 9 des Injektors 5 mit dem in 1 gezeigten Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 verbindet. Weiterhin ist die Versorgungsleitung 6 gezeigt, die einen Druckraum 10 mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 hydraulisch verbindet.In 2 is at an injector 5 schematically the return line 8th shown the low pressure area 9 of the injector 5 with the in 1 shown fuel storage tank 3 combines. Furthermore, the supply line 6 shown a pressure room 10 with the high-pressure fuel storage 4 connects hydraulically.

Der Injektor 5 weist einen Injektorkörper 11, einen Düsenkörper 12 und eine zwischen Injektorkörper 11 und Düsenkörper 12 eingespannte Zwischenplatte 13 auf. Eine Düsenspannmutter 14, die von dem Düsenkörper 12 in axialer Richtung durchsetzt wird, ist mit dem Injektorkörper 11 verschraubt und verspannt somit den Düsenkörper 12 und die Zwischenplatte 13 gegen den Injektorkörper 11. Radial innerhalb des Druckraums 10 sowie radial innerhalb eines von dem Düsenkörper 12 begrenzten Düsenraums 15 ist ein zweiteiliges Ventilelement 16 angeordnet, das in axialer Richtung längsverschieblich geführt ist. Das Ventilelement 16 besteht aus einer endseitigen Düsennadel 17 und einer axial benachbarten (oberen) Steuerstange 18. An einer Nadelspitze 19 weist die Düsennadel 17 eine Schließfläche 20 auf, mit welcher sie in dichte Anlage an einen innerhalb des von dem Düsenkörper 12 begrenzten Düsenraum 15 angeordneten Ventilsitz 21 bringbar ist.The injector 5 has an injector body 11 , a nozzle body 12 and one between injector body 11 and nozzle body 12 clamped intermediate plate 13 on. A nozzle retaining nut 14 coming from the nozzle body 12 is penetrated in the axial direction, is with the injector body 11 screwed and thus clamped the nozzle body 12 and the intermediate plate 13 against the injector body 11 , Radial inside the pressure chamber 10 and radially within one of the nozzle body 12 limited nozzle space 15 is a two-piece valve element 16 arranged, which is guided longitudinally displaceable in the axial direction. The valve element 16 consists of an end nozzle needle 17 and an axially adjacent (upper) control rod 18 , At a needlepoint 19 has the nozzle needle 17 a closing area 20 on, with which they are in close contact with one inside of the nozzle body 12 limited nozzle space 15 arranged valve seat 21 can be brought.

Wenn die Düsennadel 17 am Ventilsitz 21 anliegt, das heißt sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 22 gesperrt. Ist sie dagegen vom Ventilsitz 21 angehoben, kann Kraftstoff aus dem Düsenraum 15 an dem Ventilsitz 21 vorbei zur Düsenlochanordnung 22 strömen und dort in den in 1 schematisch dargestellten Brennraum 7 gespritzt werden. Der Düsenraum 15 ist über als Drosseln ausgeführte Axialkanäle 23, die den Düsenkörper 12 sowie die Zwischenplatte 13 durchsetzen, mit dem Druckraum 10 verbunden, so dass bei geöffnetem Ventilelement 16 ausreichend Kraftstoff in den Düsenraum 15 nachströmen kann. Der Druckraum 10 wiederum wird über die Versorgungsleitung 6 mit Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (vgl. 1) versorgt.If the nozzle needle 17 at the valve seat 21 is applied, that is, is in a closed position, the fuel outlet from a nozzle hole arrangement 22 blocked. Is she, however, from the valve seat 21 lifted, can fuel from the nozzle chamber 15 at the valve seat 21 over to the nozzle hole arrangement 22 flow and there in the in 1 schematically illustrated combustion chamber 7 be sprayed. The nozzle room 15 is via axial channels designed as throttles 23 that the nozzle body 12 as well as the intermediate plate 13 prevail, with the pressure chamber 10 connected so that when the valve element is open 16 enough fuel into the nozzle chamber 15 can flow. The pressure room 10 turn over the supply line 6 with fuel from the high-pressure fuel storage 4 (see. 1 ) provided.

Von einem unteren hülsenförmigen Abschnitt eines Plattenbauteils 24 des Injektors 5 wird radial außen sowie oben eine Steuerkammer 25 begrenzt. Diese wird über eine Zulaufdrossel 26 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 10 versorgt. Weiterhin ist die Steuerkammer 25 über eine in das Plattenbauteil 24 eingebrachte Ablaufdrossel 27 mit dem Niederdruckbereich 9 des Injektors 5 verbunden, welcher wiederum über die Rückflussleitung 8 an den in 1 dargestellten Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 angebunden ist. Die Steuerkammer 25 wird in ihrem unteren Bereich von der Stirnseite 36 der Steuerstange 18 begrenzt.From a lower sleeve-shaped portion of a plate member 24 of the injector 5 is radially outside and above a control chamber 25 limited. This is via an inlet throttle 26 with high-pressure fuel from the pressure chamber 10 provided. Furthermore, the control chamber 25 about one in the plate component 24 introduced outlet throttle 27 with the low pressure area 9 of the injector 5 connected, which in turn via the return line 8th to the in 1 illustrated fuel storage tank 3 is connected. The control chamber 25 is in its lower area from the front 36 the control rod 18 limited.

Am in der Zeichnungsebene oberen Ende der Ablaufdrossel 27 (Kraftstoff-Ablaufkanal) ist ein Steuerventil 28 mit einem kugelförmigen Ventilkörper 29 angeordnet. Das Steuerventil 28 ist mit einem nicht dargestellten, piezo-elektrischen oder elektromagnetischen Aktuator wirkverbunden. Mittels des Aktuators kann der Ventilkörper 29 von seinem Ventilsitz 30 abgehoben werden, so dass Kraftstoff aus der Steuerkammer 25 in den Niederdruckbereich 9 und damit über die Rückflussleitung 8 abströmen kann. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 26 und der Ablaufdrossel 27 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Zufluss durch die Zulaufdrossel 26 größer als der Abfluss durch die Ablaufdrossel 27 ist und demnach bei geöffnetem Steuerventil 28 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 25 resultiert. Der daraus folgende Druckabfall in der Steuerkammer 25 bewirkt, dass der Betrag der auf das Ventilelement 16 wirkenden Schließkraft unter den Betrag der Öffnungskraft sinkt und somit das Ventilelement 16, insbesondere die Düsennadel 17 vom Ventilsitz 21 abhebt. Das Steuerventil 25 kann alternativ auch als druckausgeglichenes Ventil ausgebildet werden.Am in the drawing level upper end of the outlet throttle 27 (Fuel drain passage) is a control valve 28 with a spherical valve body 29 arranged. The control valve 28 is with a piezoelectric or electric, not shown magnetic actuator operatively connected. By means of the actuator, the valve body 29 from his valve seat 30 be lifted off, leaving fuel from the control chamber 25 in the low pressure area 9 and thus via the return line 8th can flow out. The flow cross sections of the inlet throttle 26 and the outlet throttle 27 are coordinated so that the inflow through the inlet throttle 26 greater than the outflow through the outlet throttle 27 is and therefore with the control valve open 28 a net outflow of fuel from the control chamber 25 results. The consequent pressure drop in the control chamber 25 causes the amount of on the valve element 16 acting closing force below the amount of the opening force decreases and thus the valve element 16 , in particular the nozzle needle 17 from the valve seat 21 takes off. The control valve 25 Alternatively, it can be designed as a pressure balanced valve.

Damit eine ausreichende hydraulische Schießkraft auf das Ventilelement 16 bei geschlossenem Steuerventil 26 wirkt, muss die in Schließrichtung mit Kraftstoff-Hochdruck beaufschlagte Fläche des Ventilelementes 16 größer sein als die in Öffnungsrichtung mit kraftstoff-hochdruckbeaufschlagte Fläche. Anders ausgedrückt muss ein in Öffnungsrichtung wirkender Flächenabschnitt mit einem reduzierten Kraftstoffdruck beaufschlagt werden. Aus diesem Grund ist ein Kraftstoffraum 31 vorgesehen. Der Kraftstoffraum 31 ist radial innerhalb des Druckraums 10 und benachbart zu der Steuerkammer 25 angeordnet und wird radial außen von einer ersten Hülse 32 begrenzt, die von einer Druckfeder 33, welche sich an einem Umfangsbund 34 der Steuerstange 18 abstützt, in axialer Richtung gegen die Stirnseite des hülsenförmigen Abschnitts des Plattenbauteils 24 gedrückt wird. Dabei dient die Druckfeder 33 gleichzeitig als (einzige) Schließfeder des Injektors 5, mit der das Ventilelement 16 in Schließrichtung federkraftbeaufschlagt wird. Die Druckfeder 33 hat also unter anderem die Aufgabe die Düsenlochanordnung 22 bei abgestelltem Fahrzeug dicht zu halten.So that a sufficient hydraulic shooting force on the valve element 16 with closed control valve 26 acts, the acted upon in the closing direction with high pressure fuel surface of the valve element 16 be larger than the area in the opening direction with fuel-pressurized area. In other words, a surface portion acting in the opening direction must be subjected to a reduced fuel pressure. Because of this, there is a fuel room 31 intended. The fuel room 31 is radially inside the pressure space 10 and adjacent to the control chamber 25 arranged and is radially outward from a first sleeve 32 limited by a compression spring 33 , which are connected to a perimeter 34 the control rod 18 supported, in the axial direction against the end face of the sleeve-shaped portion of the plate member 24 is pressed. Here, the compression spring is used 33 at the same time as (only) closing spring of the injector 5 with which the valve element 16 Federkraftbeaufschlagt in the closing direction. The compression spring 33 So among other things has the task of the nozzle hole arrangement 22 keep tight when the vehicle is parked.

Der Kraftstoffraum 31 erstreckt sich in axialer Richtung in das Plattenbauteil 24 hinein. Dem Kraftstoffraum 31 ist eine Durchmesserstufe 35 des Injektors zugeordnet. Diese befindet sich zwischen einem oberen Teil 18a der Steuerstange mit einem Durchmesser D1 und einem unteren Teil 18b der Steuerstange 18 mit einem geringeren Durchmesser D2. Von dem oberen Teil 18b der Steuerstange 18 bzw. von dessen Stirnseite 36 wird die Steuerkammer 25 in einem unteren Bereich begrenzt, so dass die Steuerstange 18 mit der Steuerkammer 25 wirkverbunden ist.The fuel room 31 extends in the axial direction in the plate member 24 into it. The fuel room 31 is a diameter step 35 associated with the injector. This is located between an upper part 18a the control rod with a diameter D1 and a lower part 18b the control rod 18 with a smaller diameter D2. From the upper part 18b the control rod 18 or from its front side 36 becomes the control chamber 25 bounded in a lower area, leaving the control rod 18 with the control chamber 25 is actively connected.

Durch die Durchmesserstufe 35 wird an der unteren Stirnseite des oberen Teils 18a der Steuerstange 18 eine ringförmige Druckangriffsfläche 37 begrenzt, die von in dem Kraftstoffraum 31 befindlichem Kraftstoff in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagt wird.Through the diameter step 35 is at the lower end of the upper part 18a the control rod 18 an annular pressure application surface 37 limited in the fuel compartment 31 befindlichem fuel is pressurized in the opening direction.

Damit nun eine hydraulische Schließkraft auf das Ventilelement 16 wirkt, muss der Druck innerhalb des Kraftraums 31 (temporär) geringer sein als der Druck in der Steuerkammer 25. Hierzu ist der Kraftstoffraum 31 über einen als Drosselbohrung ausgebildeten, in den oberen Teil 18a der Steuerstange 18 eingebrachten Drosselkanal 38 mit der Steuerkammer 25 verbunden.So now a hydraulic closing force on the valve element 16 the pressure must be within the weight room 31 (temporarily) lower than the pressure in the control chamber 25 , This is the fuel chamber 31 over a trained as a throttle bore, in the upper part 18a the control rod 18 introduced throttle channel 38 with the control chamber 25 connected.

Befindet sich das Ventilelement 16 in der gezeigten Schließstellung und wird das Steuerventil 31 geöffnet, sinkt schlagartig der Steuerdruck in der Steuerkammer 25, wodurch die Steuerstange 18 in der Zeichnungsebene nach oben beschleunigt wird. Die Düsennadel 18, die über einen Kopplerraum 39 hydraulisch mit der Steuerstange 18 verbunden bzw. gekoppelt ist, hebt folglich durch den erzeugten Sog von ihrem Ventilsitz 21 ab. Gleichzeitig strömt Kraft stoff aus dem Kraftstoffraum 31 über den Drosselkanal 38 in die Steuerkammer 25 und von dort aus über die Ablaufdrossel 27 in den Niederdruckbereich 9 des Injektors, wodurch in der Folge wiederum der Druck innerhalb des Kraftstoffraumes 31 absinkt.Is the valve element 16 in the closed position shown and is the control valve 31 opened, abruptly decreases the control pressure in the control chamber 25 , causing the control rod 18 is accelerated upwards in the drawing plane. The nozzle needle 18 that have a coupler room 39 hydraulically with the control rod 18 is thus lifted by the generated suction from its valve seat 21 from. At the same time, fuel flows out of the fuel chamber 31 over the throttle channel 38 in the control chamber 25 and from there via the outlet throttle 27 in the low pressure area 9 of the injector, which in turn results in the pressure within the fuel space 31 decreases.

Wird nun das Steuerventil 28 geschlossen, so steigt der Druck in der Steuerkammer 25 aufgrund des durch die Zulaufdrossel 26 nachströmenden Kraftstoffs schlagartig an und liegt somit höher als im Kraftstoffraum 31, was zu einer Druckdifferenz zwischen der Steuerkammer 25 und dem Kraftstoffraum 31 führt. Dies wiederum hat eine in Schließrichtung auf die Steuerstange 18 wirkende hydraulische Schließkraft zur Folge, die die Steuerstange 18 und damit die Düsennadel 17 in Schließrichtung beschleunigt. Über den Drosselkanal 38 strömt zwar Kraftstoff aus der Steuerkammer 25 in den Kraftstoffraum 31 nach, was einen Druckanstieg in der Steuerkammer 31 zur Folge hat. Der Durchflussquerschnitt des Drosselkanals 38 ist jedoch so gewählt, dass der Druckanstieg in dem Kraftstoffraum 31 gegenüber dem Druckanstieg in der Steuerkammer 25 verzögert ist, so dass der erläuterte temporäre Druckunterschied zwischen der Steuerkammer 25 und dem Kraftstoffraum 31 zu Beginn der Schließphase resultiert. Durch den Druckunterschied können minimale Schließzeiten erzielt werden. Über das Durchmesserverhältnis D1/D2 kann das Schließverhalten des Injektors variiert werden. Je kleiner der Verhältniswert ist, desto stärker wird das Ventilelement 16 in Richtung des Ventilsitzes 21 beschleunigt.Will now be the control valve 28 closed, the pressure in the control chamber increases 25 due to the feed throttle 26 nachströmenden fuel abruptly and is thus higher than in the fuel chamber 31 , causing a pressure difference between the control chamber 25 and the fuel room 31 leads. This in turn has a closing direction on the control rod 18 acting hydraulic closing force resulting in the control rod 18 and thus the nozzle needle 17 accelerated in the closing direction. About the throttle channel 38 Although fuel flows from the control chamber 25 in the fuel room 31 after, causing a pressure increase in the control chamber 31 entails. The flow cross-section of the throttle channel 38 However, it is chosen so that the pressure increase in the fuel chamber 31 against the pressure increase in the control chamber 25 is delayed, so that the explained temporary pressure difference between the control chamber 25 and the fuel room 31 at the beginning of the closing phase results. Due to the pressure difference minimum closing times can be achieved. Via the diameter ratio D1 / D2, the closing behavior of the injector can be varied. The smaller the ratio, the stronger the valve element becomes 16 in the direction of the valve seat 21 accelerated.

Während der Schließbewegung der Steuerstange 18 steigt der Druck im Kraftstoffraum aufgrund der Durchmesserstufe 35 an. Um diesen für eine schnelle Schließbewegung negativen Effekt zu minimieren ist die erste Hülse 32 mit einer von einem Hülsenboden gebildeten Druckangriffsfläche 14 versehen. Übersteigt der Druck im Kraftstoffraum 31 ein bestimmtes Maß, hebt die erste Hülse entgegen der Federkraft der Druckfeder 33 von dem Plattenbauteil 24 in Schließrichtung ab, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum 10 und dem Kraftstoffraum 31 hergestellt wird. Nach hergestelltem Druckausgleich nimmt die erste Hülse 32 wieder ihre Anlageposition am Plattenbauteil 24 ein.During the closing movement of the control rod 18 the pressure in the fuel chamber increases due to the diameter step 35 at. To minimize this for a fast closing movement negative effect is the first sleeve 32 with one of one Sleeve bottom formed pressure application area 14 Mistake. Exceeds the pressure in the fuel chamber 31 a certain amount, lifts the first sleeve against the spring force of the compression spring 33 from the plate component 24 in the closing direction, whereby a pressure equalization between the pressure chamber 10 and the fuel room 31 will be produced. After established pressure equalization takes the first sleeve 32 again their investment position on the plate component 24 one.

Der bereits erwähnte Kopplerraum 39 ist radial innerhalb eines unteren Teils des Druckraums 10 angeordnet und wird radial außen von einer zweiten Hülse 41 begrenzt, die von einem sich an einem radial nach innen erstreckenden ringförmigen Fortsatz 42 des Injektorkörpers 11 abstützenden Druckfeder 43 in Richtung auf die Zwischenplatte 13 federkraftbeauschlagt wird, an der die zweite Hülse 41 dichtend anliegt. Der Führungsdurchmesser D2 der Steuerstange 18 in der zweiten Hülse 41 der dem Führungsdurchmesser D2 der Steuerstange 18 in der ersten Hülse 32 entspricht ist größer als der Führungsdurchmesser D3 eines oberen Führungszapfens 44 der Düsennadel 15 radial innerhalb der Zwischenplatte 13. Hierdurch steigt der Druck innerhalb des Kopplerraums 39 bei einer Schließbewegung des Ventilelementes 16. Um diesen Effekt zu minimieren ist die zweite Hülse 41 mit einer schrägen, stirnseitigen Druckangriffsfläche 45 versehen, die bewirkt, dass die zweite Hülse 41 bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckniveaus von der Zwischenplatte 13 in Öffnungsrichtung des Ventilelementes 16 entgegen der Kraft der Druckfeder 43 abhebt, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum 10 und dem Kopplerraum 39 bzw. dem Kopplerraumvolumen hergestellt wird. Bevorzugt liegt das Durchmesserverhältnis D2/D3 nahe 1.The already mentioned coupler room 39 is radially within a lower part of the pressure space 10 arranged and radially outward from a second sleeve 41 bounded by a radially inwardly extending annular extension 42 of the injector body 11 supporting compression spring 43 towards the intermediate plate 13 is spring forcebeauschlagt, at the second sleeve 41 sealingly rests. The guide diameter D2 of the control rod 18 in the second sleeve 41 the guide diameter D2 of the control rod 18 in the first sleeve 32 is greater than the guide diameter D3 of an upper guide pin 44 the nozzle needle 15 radially inside the intermediate plate 13 , This increases the pressure within the coupler space 39 at a closing movement of the valve element 16 , To minimize this effect is the second sleeve 41 with an oblique, frontal pressure application surface 45 provided that causes the second sleeve 41 when a predetermined pressure level is exceeded by the intermediate plate 13 in the opening direction of the valve element 16 against the force of the compression spring 43 lifts, creating a pressure balance between the pressure chamber 10 and the coupler room 39 or the Kopplerraumvolumen is produced. The diameter ratio D2 / D3 is preferably close to 1.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10207227 A1 [0002]

Claims

Injector for injecting fuel into combustion chambers ( 7 ) of internal combustion engines ( 1 ), in particular common-rail injector, with a valve element operatively connected to a control chamber with variable control pressure ( 16 ), which is adjustable between a fuel flow releasing open position and a closed position, wherein for the variation of the control pressure, a control valve is provided which in its open position, the control chamber hydraulically with a low pressure area ( 9 ), and with a fuel room ( 31 ), which has a diameter step ( 35 ) of the valve element ( 16 ), characterized in that the fuel space ( 31 ) via a throttle channel ( 38 ) with the control chamber ( 25 ) connected is.

Injector according to claim 2, characterized in that the throttle channel ( 38 ) is designed such that the pressure in the fuel chamber ( 31 ) at the beginning of the closing movement of the valve element ( 16 ) is lower than the control pressure in the control chamber ( 25 ).

Injector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the throttle channel ( 38 ) as a throttle bore in the valve element ( 16 ) is trained.

Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel chamber ( 31 ) axially adjacent to the control chamber ( 25 ) is arranged.

Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel chamber ( 31 ) of a the valve element ( 16 ) enclosing, axially adjustable first sleeve with ( 32 ) one of the fuel space ( 31 ) associated first pressure application surface ( 37 ) is limited.

Injector according to claim 5, characterized in that the first sleeve ( 32 ) by means of a spring ( 43 ) in the direction of the control chamber ( 25 ) loaded spring force and in a pressure chamber ( 10 ) of the injector is received.

Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element ( 16 ) in several parts, in particular with a control chamber-side control rod ( 12 ) and a nozzle chamber side nozzle needle ( 13 ), is trained.

Injector according to claim 7, characterized in that the valve element parts ( 12 . 13 ) via a coupling space ( 39 ) are hydraulically coupled to each other, wherein the coupling space ( 39 ) of a spring-loaded second sleeve ( 41 ) is limited.

Injector according to claim 8, characterized in that the second sleeve ( 41 ) a the Kopplerraum associated second pressing engagement surface ( 45 ) having.

Injector according to claim 9, characterized in that the second pressure application surface ( 45 ) as, in particular oblique, annular surface is formed.