-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem
verbesserten Steuerventil gemäß der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher
beschriebenen Art.
-
Stand der Technik
-
Für die Einspritzung
von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren werden zur Zeit
vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt. Dabei ergibt
sich der Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst
werden kann. Hierfür
eignen sich insbesondere Kraftstoffinjektoren, welche über ein
Magnetventil verfügen,
um die Steuerung der Düsennadel
zu bewirken, wobei die Düsennadel
entweder direkt oder indirekt mittels eines Steuerraums gesteuert
wird, welche entweder unter Kraftstoffhochdruck gesetzt, oder druckentlüftet wird. Wird
der Steuerraum entlüftet,
so hebt sich die Düsennadel
von den Einspritzöffnungen
ab, so dass der Kraftstoff in den Brennraum gelangen kann. Die Druckbeaufschlagung
bzw. die Entlüftung
des Steuerraums erfolgt über
ein Steuerventil, welches durch einen Elektromagneten geschaltet
werden kann, und bei einer Bestromung des Elektromagneten über eine
hubbeweglich aufgenommene Düsennadel
ein Dichtsitz freigegeben wird, um ein Entlüften des Steuerraums zumindest
abschnittsweise oder über die
Dauer der Einspritzung zu bewirken.
-
Das
Steuerventil des gattungsgemäßen Kraftstoffinjektors
umfasst eine Ventilnadel, die nach einer ersten Ausführung entweder
zylinderförmig ausgeführt ist,
und über
die Endfläche
gegen eine Ventilplatte den erforderlichen Dichtsitz bildet. Eine weitere
Ausführung
der Ventilnadel kann durch eine Hülse gebildet werden, welche
auf einem Druckstift hubbeweglich aufgenommen ist. Bezüglich der
Ausführungsform
der Ventilnadel als Zylinderstift erstreckt sich dieser in einen
Ventildruckraum hinein, welcher im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors
unter Kraftstoffhochdruck steht. Die Entlüftung des Ventildruckraums
erfolgt durch eine Hubbewegung des Zylinderstiftes, so dass der
Dichtsitz auf der Ventilplatte freigegeben wird und ein zentrisch
im Dichtsitz angeordneter Absteuerkanal freigegeben wird, so dass der
Ventildruckraum in den Absteuerkanal entlüften kann. Dadurch, dass die
zylinderstiftartige Ventilnadel lediglich über die Mantelfläche mit
Kraftstoffhochdruck beaufschlagt wird, ist diese hydraulisch kraftausgeglichen.
Bezüglich
der Ausführungsform
der hülsenartigen
Ventilnadel befindet sich der Kraftstoffhochdruck im Inneren der
Ventilnadel, so dass ebenfalls lediglich die Wandung der Ventilnadeln
mit Hochdruck beaufschlagt wird, und gleichermaßen eine hydraulisch druckausgeglichene
Anordnung der Ventilnadel geschaffen ist. Hier erfolgt die Absteuerung
in einen Absteuerraum, welcher außenseitig die Ventilnadel umgibt.
Ferner ist die Ventilnadel mittels einer Druckfeder beaufschlagt,
welche die Ventilnadel in den Dichtsitz hineindrückt. Erst bei Aktivieren der
Magnetspule wird die Ventilnadel vom Dichtsitz abgehoben, so dass
die magnetische Betätigung
gegen die Federkraft wirkt. Der Einsatz druckausgeglichener Ventilnadeln
ermöglicht
kleinere Federkräfte, kleinere
Magnetkräfte,
kleinere Ventilhübe
und damit schnellere Schaltzeiten. Ferner besteht die Möglichkeit,
die Mehrfacheinspritzungsfähigkeit
zu verbessern.
-
Bei
den bekannten Anordnungen der Ventilnadel des Steuerventils ergibt
sich jedoch das Problem, dass die Kraftbeaufschlagung der Druckfeder auf
die Ventilnadel relativ groß ausgeführt sein
muss, um die geforderte Dichtwirkung zu erzielen. Dadurch muss auch
der Elektromagnet zur Betätigung
der Ventilnadel vergrößerte Kräfte aufbringen,
um gegen die steif ausgelegte Druckfeder zu wirken. Im Ergebnis
ergibt sich ein Steuerventil, welches einen großen Bauraum benötigt, da
Elektromagnete mit größerer Betätigungskraft
einen größeren Bauraum
einnehmen. Ferner muss festgestellt werden, dass bei einer derartigen
druckausgeglichenen Anordnung der Ventilnadel mit einer Federkraftbeaufschlagung
ein verstärkter
Verschleiß entsteht,
da im Schließmoment die
starke Federkraft die Ventilnadel mit einer relativ großen Beschleunigung
gegen die Ventilplatte bewegt, um den Dichtsitz zu bilden. Darüber hinaus
entsteht ein Prallverhalten, welches ebenfalls sowohl für die Steuerung
der Düsennadel
als auch für
den Verschleiß der
beteiligten Bauteile nachteilhaft ist.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Ausführung
der Ventilnadel des Steuerventils in einem Kraftstoffinjektor zu schaffen,
welches den Einsatz kleinerer Federkräfte der Druckfeder zur Betätigung der
Ventilnadel ermöglicht
und die Anwendung kleinerer Elektromagnete gestattet.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass die Ventilnadel eine Differenzfläche aufweist, über die
diese mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des Dichtsitzes
gehalten ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Ventilnadel nutzt die Beaufschlagung der Differenzfläche durch den
unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, so dass die resultierende
fluidische Kraft als Schließkraft
der Ventilnadel in Richtung des Dichtsitzes wirkt. Folglich kann
die Druckfeder mit einer geringeren Steifigkeit ausgeführt werden,
so dass sich geringere Federkräfte
ergeben. Die Schließkraft
durch die Druckfeder addiert sich zur hydraulischen Schließkraft durch
die Druckbeaufschlagung der Differenzfläche durch den Kraftstoff. Wird
der Elektromagnet bestromt, so muss dieser gegen eine kleinere Federkraft
wirken, so dass der Elektromagnet ebenfalls kleiner ausgeführt werden
kann. Aufgrund der hohen Kraftstoffdrücke kann die Differenzfläche relativ
klein ausfallen, so dass die Ventilnadel lediglich nahezu druckausgeglichen
ist, und die Differenzfläche
eine kleine schließende Druckstufe
bildet. Dies erlaubt eine optimierte Ventilabstimmung und eine verbesserte
Mehrfacheinspritzfähigkeit.
Da sich die hydraulische Schließkraft mit
steigendem Druck erhöht,
wird ferner die Dichtheit des Dichtsitzes der Ventilnadel verbessert
und es muss bei der Grundauslegung des Steuerventils kein Vorhalt
für auftretende
Druckschwingungen im System vorgesehen werden. Ferner wird der Verschleiß minimiert,
da bei niedrigerem Betriebsdruck kein Ventilschließen mit
hohen Federkräften
auftritt. Die Schließkraft
richtet sich nach der Höhe
des Kraftstoffdruckes, so dass bei hohem Druck eine hohe Schließkraft erforderlich
ist, und durch die Druckbeaufschlagung der Differenzfläche die
Schließkraft
automatisch erhöht
wird. Bei niedrigerem Kraftstoffdruck äußert sich die resultierende
hydraulische Kraft ebenfalls mit einem geringeren Wert zur Druckbeaufschlagung
der Ventilnadel in den Dichtsitz. Ferner ergibt sich eine Erhöhung der
Schaltgeschwindigkeit beim Ventilöffnen, da sich bei Beginn der
Ventilöffnung
die hydraulische Schließkraft
verringert und somit eine größere Kraft
zur Beschleunigung zur Verfügung
steht, um die Ventilnadel vom Dichtsitz abzuheben. Diese hohe Öffnungskraft
trotz eines kleinen Elektromagneten erlaubt eine Ventilabstimmung
mit großen
Dämpfungskräften am
Hubanschlag. Dadurch ist eine optimierte Öffnungsbewegung erreichbar.
Ferner kann das Dämpfungsverhalten
beim Schließen
der Ventilnadel in den Dichtsitz ebenfalls verbessert werden. Da
zum Schließen
der Ventilnadel nur geringe Federkräfte notwendig sind, wird die Stoßenergie
beim Aufsetzen auf den Dichtsitz auf der Ventilplatte nur eine geringe
Stoßenergie
frei. Zudem wirkt im geschlossenen Zustand des Nadelsitzes die hydraulische
Schließkraft,
die ein Wiederöffnen
des Ventils verhindert.
-
Mit
einem einteiligen Aufbau der Ventilnadel sowie des Ankers des Elektromagneten
mit einer insgesamt kleinen bewegten Masse in Verbindung mit der
erfindungsgemäßen Differenzfläche sind
sehr kurze Zeitabstände
einzelner Einspritzungen möglich,
da die Schaltdynamik unabhängig
von den Rücklaufbedingungen
des Kraftstoffs optimal einstellbar ist.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Ventilnadel weist diese eine zylinderstiftartige Gestalt mit
einem Stiftdurchmesser auf, die zur Bildung der Differenzfläche im Bereich
des gegen den Dichtsitz dichtenden Endes in einen Dichtdurchmesser übergeht,
welcher größer ist
als der Stiftdurchmesser. Damit wird eine erste Ausführungsform
der Ventilnadel aufgezeigt, welche in Gestalt eines Zylinderstiftes ausgeführt ist
und über
die Endfläche
in Bewegungsrichtung gegen die Ventilplatte dichtet. Die Differenzfläche ergibt
sich durch einen größeren Durchmesser des
Zylinderstiftes im Bereich des mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagten
Ventildruckraums, so dass durch die ringförmige Differenzfläche die
Druckbeaufschlagung in Richtung des Dichtsitzes erfolgen kann.
-
Es
ist von Vorteil, dass das Steuerventil ein Ventilstück aufweist,
das an den Ventildruckraum angrenzt, wobei die Ventilnadel wenigstens
im Ventilstück
hubbeweglich geführt
ist und wobei sich der Bereich des dichtenden Endes der Ventilnadel
aus dem Ventilstück
in den Ventildruckraum hinein erstreckt. Dabei ist die Führung der
Ventilnadel durch das Ventilstück
nicht auf dieses begrenzt, sondern kann in weiteren Bauteilen innerhalb
des Elektromagneten geführt
sein. Das Ventilstück
kann wenigstens abschnittsweise eine Vertiefung bzw. einen Hohlraum
aufweisen, und an die Ventilplatten angrenzen. Dieser Hohlraum bildet
den Ventildruckraum, welcher über
Fluidkanäle
mit dem Steuerraum zur Steuerung der Düsennadel verbunden ist. Der Ventildruckraum
umgibt den Abschnitt der zylinderstiftartigen Ventilnadel, so dass
diese auf dem vollen Umfang über
die Mantelfläche
mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Vorteilhafterweise ist
in der Ventilplatte innerhalb des Dichtsitzes konzentrisch zur Erstreckung
der Ventilnadel ein Absteuerkanal ausgebildet, so dass bei Abheben
der Ventilnadel vom Dichtsitz der Ventildruckraum und damit der Steuerraum
in den Absteuerkanal entlüftbar
ist. Die Verbindung des Ventildruckraums mit dem Steuerraum zur
Steuerung der Düsennadel
kann eine Drossel umfassen, um eine kontrollierte Entlüftung des Ventilsteuerraums
zu schaffen. Der Absteuerkanal ist mit einem Kraftstoffrücklauf verbunden,
in welchem ein deutlich geringerer Kraftstoffdruck herrscht, so dass
der Ventildruckraum in den Absteuerraum entlüftbar ist. Der Dichtsitz ist
als ringförmiger
Dichtsitz ausgeführt,
und umschließt
den Absteuerkanal konzentrisch, so dass bei Aufsetzen der Endfläche der zylinderstiftartigen
Ventilnadel der Absteuerkanal vom Ventildruckraum fluidisch getrennt
werden kann.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Ventilnadel ist diese hülsenförmig ausgebildet,
wobei sich ein Druckstift mit einem definierten Stiftdurchmesser
durch die Ventilnadel hindurch erstreckt und die Ventilnadel dichtend
in der Hubbewegung führt. Gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Ventilnadel umschließt
diese einen relativ zum Injektorkörper fest angeordneten Druckstift,
wobei die Ventilnadel eine Bohrung aufweist, in die sich der Druckstift
hineinerstreckt und die Ventilnadel dichtend führt. Der Druckstift erstreckt
sich jedoch nicht auf der gesamten Länge durch die Ventilnadel,
wobei sich die Bohrung in der Ventilnadel über die gesamte Höhe der Ventilnadel
erstreckt. Im Bereich des Dichtsitzes der Ventilnadel weist die
Bohrung jedoch einen kleineren Durchmesser auf, so dass durch die
Durchmesserdifferenz die erfindungsgemäße Differenzfläche an der
Ventilnadel gebildet wird. Gemäß dieser
Ausführungsform des
Kraftstoffinjektors erfolgt die fluidische Verbindung des Steuerraums
mit einem Druckraum innerhalb der Ventilnadel über einen Fluidkanal, welcher zentrisch
zur Erstreckungsrichtung des Druckstiftes verläuft. Folglich mündet der
Fluidkanal zentrisch im Dichtsitz aus der Ventilplatte, so dass
bei einem geschlossenen Dichtsitz der Steuerraum unter Hochdruck
verbleibt. Der geschlossene Raum innerhalb der Ventilnadel wird
durch die Ventilnadel sowie der Endfläche des Druckstiftes gebildet.
Die Ventilnadel selbst ist innerhalb eines Absteuerraums aufgenommen,
welcher den Niederdruckbereich bildet und mit einem Absteuerkanal
zur Rückführung der
Steuermenge des Kraftstoffes dient. Hebt sich die Ventilnadel vom
Dichtsitz ab, so wird die fluidische Verbindung zwischen dem Fluidkanal
und dem Absteuerraum hergestellt, so dass der Fluidkanal in den
Absteuerraum und damit in den Absteuerkanal entlüften kann. Wird die Bestromung
des Elektromagneten beendet, so drückt die Druckfeder die Ventilnadel
wieder gegen den Dichtsitz, so dass der Absteuerraum vom Fluidkanal fluidisch
erneut getrennt wird. Die Ventilnadel weist dabei im Bereich des
Dichtsitzes einen Dichtdurchmesser auf, welcher kleiner ist als
der Stiftdurchmesser, und damit auch kleiner als die Bohrung in
der Ventilnadel. Damit bildet sich die Differenzfläche aus,
so dass durch die Beaufschlagung der Differenzfläche durch den Hochdruck des
Kraftstoffs die Ventilnadel gegen den Dichtsitz gedrückt wird.
-
Gemäß der zwei
verschiedenartig ausgebildeten Ventilnadeln kann aufgezeigt werden,
dass die Differenzfläche
zwar vorzugsweise durch eine Durchmesserdifferenz der Ventilnadeln
im Bereich des Kraftstoffhochdruckraums gebildet werden kann, wobei
die vorliegende Erfindung nicht auf eine Ausgestaltung der Differenzfläche durch
eine Durchmesserdifferenz beschränkt
ist. Vielmehr ist jede beliebige geometrische Ausgestaltung im Sinne
der vorliegenden Erfindung möglich,
welche eine vergleichsweise geringere Kraft auf die Ventilnadel
ausübt,
um diese in den Dichtsitz zu drücken.
Die Fluidbeaufschlagung muss ferner nicht zwingend aus Richtung des
Hochdruckraums erfolgen, so dass sich die Differenzfläche auch
in den Niederdruckbereich hinein erstrecken kann, und eine Druckbeaufschlagung
durch den Niederdruck ebenfalls eine Kraft auf die Ventilnadel ausgeübt werden
kann. Vorzugsweise ist jedoch eine Druckbeaufschlagung durch den
Hochdruckbereich vorzusehen.
-
Das
Steuerventil des Kraftstoffinjektors ist nicht auf die Ausführung als
Magnetventil begrenzt, sondern kann ferner als piezoaktorbetätigtes Ventil ausgebildet
sein.
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt.
-
Ausführungsbeispiele
-
Es
zeigt:
-
1 eine
schematische Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einer zylinderstiftartigen
Gestalt der Ventilnadel des Steuerventils; und
-
2 eine
schematische Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einer hülsenförmig ausgebildeten
Ventilnadel, welche sich um einen Druckstift herum erstreckt.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 in
einer Querschnittsansicht. Der dargestellte Kraftstoffinjektor 1 umfasst
einen Injektorkörper 2,
der in einen Düsenkörper 3 übergeht.
Innerhalb des Injektorkörpers 2 sowie
im Düsenkörper 3 ist
eine Düsennadel 4 hubbeweglich
aufgenommen, wobei in dem Düsenkörper 3 eingebrachte
Einspritzöffnungen 5 durch
einen Hub der Düsennadel 4 freigegeben
werden, um Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
einzuspritzen. Der Kraftstoff wird durch einen Hochdruckspeicher 20 bereitgestellt,
welcher den Kraftstoff über
eine Hochdruckleitung 21 einem Hochdruckraum 22 innerhalb
des Injektorkörpers 2 bzw.
innerhalb des Düsenkörpers 3 zuführt. Über eine
Kanalstruktur 23 wird der Kraftstoff vor die Einspritzöffnungen 5 geführt, so
dass lediglich eine kleine Hubbewegung der Düsennadel 4 die Einspritzöffnungen
freigibt und der Kraftstoff aus den Einspritzöffnungen 5 austreten
kann. Zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 4 dient ein
Steuerraum 6, welcher sich über eine Drossel 24 mit
unter Hochdruck stehendem Kraftstoff füllen kann. Der Steuerraum 6 wird
sowohl durch eine Endfläche
der Düsennadel 4 als
auch durch eine Ventilplatte 14 begrenzt. Die seitliche
Begrenzung des Steuerraums 6 erfolgt über einen Dichtring 25,
welcher mittels einer Druckfeder 26 gegen die untere Planfläche der
Ventilplatte 14 gedrückt
wird.
-
Die
Ventilplatte 14 weist eine fluidische Verbindung 13 auf,
welche ebenfalls eine Drossel umfasst. Die fluidische Verbindung 13 mündet in
einen Ventildruckraum 12, welcher im Ruhezustand des Kraftstoffinjektor 1 ebenfalls
unter Kraftstoffhochdruck steht.
-
Der
Ventildruckraum 12 wird durch eine geometrische Ausformung
innerhalb eines Ventilstücks 11 gebildet,
wobei das Ventilstück 11 an
die Ventilplatte 14 angrenzt, und sich im oberen Bereich
des Kraftstoffinjektors 1 ein Elektromagnet 27 anschließt. Vom
Ventildruckraum 12 bis in den Elektromagneten 27 erstreckt
sich eine Ventilnadel 7, welche mittels des Elektromagneten 27 in
einer Hubrichtung bewegbar ist. Im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors 1 ist der
Elektromagnet 27 nicht bestromt, so dass sich die Ventilnadel 7 in
einer Position befindet, in der diese gegen einen Dichtsitz 8 angrenzt.
Der Dichtsitz 8 ist über
eine Oberfläche
der Ventilplatte 14 gebildet, wobei die geometrische Ausgestaltung
des Endes der Ventilnadel 7 eine ringförmige Anlage gegen die Ventilplatte 14 bildet,
so dass der Dichtsitz 8 entsteht. Damit ist der Ventildruckraum 12 gegen
einen Absteuerkanal 15 abgedichtet, welcher sich zentrisch
innerhalb des Dichtsitzes 8 in diesen hinein erstreckt.
Wird der Elektromagnet 27 bestromt, so bewegt sich die Ventilnadel 7 hubbeweglich
von der Ventilplatte 14 weg, so dass der Dichtsitz 8 geöffnet wird.
In den somit gebildeten Öffnungszustand
kann der Ventildruckraum 12 in den Absteuerkanal 15 entlüften, so dass
der Steuerraum 6 über
die fluidische Verbindung 13 ebenfalls entlüftet wird.
Durch den Druckabfall in dem Steuerraum 6 kann sich die
Düsennadel 4 von
den Einspritzöffnungen 5 abheben,
so dass die Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wird die Bestromung des
Elektromagneten 27 beendet, so bewegt sich die Ventilnadel 7 wieder
entgegen der Ventilplatte 14, so dass der Dichtsitz 8 erneut
gebildet wird. Dabei wird der Ventildruckraum 12 wieder
unter Kraftstoffhochdruck gesetzt, so dass der Steuerraum 6 ebenfalls wieder
unter Hochdruck steht. Damit schließt die Düsennadel 4 erneut.
-
Der
Elektromagnet 27 umfasst eine Druckfeder 28, welche
die Ventilnadel 7 in Richtung des Dichtsitzes 8 kraftbeaufschlagt.
Dabei ist die Ventilnadel 7 gemeinsam mit einer Ankerplatte 29 ausgeführt, so
dass die Ankerplatte 29 sowie die Ventilnadel 7 gemeinsam
durch die Druckfeder 28 kraftbeaufschlagt werden.
-
Erfindungsgemäß weist
die Ventilnadel 7 einen Dichtdurchmesser 10 auf,
welcher größer ist
als der Stiftdurchmesser 9. Der Stiftdurchmesser 9 bildet im
Abschnitt innerhalb des Ventilstücks 11 einen Dichtsitz,
so dass neben der fluidischen Abdichtung eine Führung der Ventilnadel 7 in
Hubrichtung gegeben ist. Ferner wird durch den Dichtsitz der Ventildruckraum 12 zwischen
der Ventilnadel 7 und dem Ventilstück 1 abgedichtet.
Auf dem Teilstück
der Ventilnadel 7, welcher sich in den Ventildruckraum 12 hinein
erstreckt, wird diese lediglich auf der Mantelfläche druckbeaufschlagt, so dass
zunächst
eine druckausgeglichene Anordnung der Ventilnadel 7 entsteht. Durch
die Durchmesserdifferenz zwischen dem Dichtdurchmesser 10 und
dem Stiftdurchmesser 9 entsteht jedoch eine Differenzfläche an der
Ventilnadel 7, welche diese in Richtung des Dichtsitzes 8 kraftbeaufschlagt.
Durch die Hochdruckbeaufschlagung der Differenzfläche innerhalb
des Ventildruckraums 12 wird die Ventilnadel 7 mit
einer Kraft in den Dichtsitz 8 hinein bewegt bzw. in diesem
gehalten, so dass die Druckfeder 28 mit einer lediglich
geringen Steifigkeit ausgeführt
ist. Ferner ist der Elektromagnet 27 entsprechend klein
ausgelegt, da dieser nur gegen eine geringe Federkraft der Druckfeder 28 wirken
muss. Zum Anheben der Ventilnadel 7 aus dem Dichtsitz 8 muss
zwar die resultierende Kraft durch die druckbeaufschlagte Differenzfläche überwunden werden,
jedoch wirkt diese Kraft im weiteren Hub der Ventilnadel 7 nicht
mehr, so dass der Elektromagnet 27 nicht gegen eine fluidische
Kraft wirken muss. Erfindungsgemäß wird damit
das dynamische Verhalten der Ventilnadel 7 optimiert, so
dass eine Druckfeder 28 mit kleineren Federkräften eingesetzt
werden kann, wobei ferner ein Elektromagnet 27 mit kleineren
Magnetkräften
hinreichend ist.
-
2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors,
welcher ebenfalls im Querschnitt schematisch dargestellt ist. Der
Kraftstoffinjektor umfasst einen Injektorkörper 2, welcher in
einen Düsenkörper 3 übergeht, wobei
eine Düsennadel 4 innerhalb
des Injektorkörpers 2 bzw.
im Düsenkörper 3 geführt ist.
Die Düsennadel 4 kommt
gegen Einspritzöffnungen 5 innerhalb des
Düsenkörpers 3 zur
Anlage, so dass Kraftstoff, welcher durch einen Hochdruckspeicher 20 über eine Hochdruckleitung 21 im
Düsenkörper 3 bereitgestellt wird,
durch die Einspritzöffnungen 5 austreten
kann. Dabei wird der Kraftstoff zunächst über die Hochdruckleitung 21 bzw. über angeschlossene
Hochdruckkanäle
in einen Sammelraum 30 geführt, so dass dieser unter Kraftstoffhochdruck
steht. Hebt sich die Düsennadel 4 von
den Einspritzöffnungen 5 ab,
so werden diese freigegeben und der Kraftstoff kann in den Brennraum
gelangen.
-
Die
Hubbewegung der Düsennadel 4 wird über einen
Steuerraum 6 gesteuert, welcher durch die Endfläche der
Düsennadel 4 begrenzt
ist. Die Düsennadel 4 ist
in einem Führungskörper 32 geführt, in welchem
eine Drossel 31 eingebracht ist. Über die Drossel 31 gelangt
unter Hochdruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 6,
so dass sich dieser mit Kraftstoffhochdruck füllt. Der Steuerraum 6 ist über einen
Fluidkanal 18 mit dem Steuerventil des Kraftstoffinjektors 1 verbunden,
wodurch der Steuerraum 6 vorübergehend entlüftbar ist.
Im Fluidkanal 18 ist eine weitere Drossel 33 eingebracht,
um die Größe der Kraftstoffströmung innerhalb
des Fluidkanals 18 zu begrenzen, und um somit die Geschwindigkeit
der Hubbewegung der Düsennadel 4 zu
kontrollieren.
-
Das
Steuerventil umfasst einen Elektromagneten 27, um eine
Ventilnadel 7 anzusteuern. Wird der Elektromagnet 27 bestromt,
so wird die Ventilnadel 7 gegen die Federkraft einer Druckfeder 28 in eine
Hubbewegung versetzt. Gemäß des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
ist die Ventilnadel 7 hülsenförmig ausgeführt, wobei
sich durch die Ventilnadel 7 eine Bohrung erstreckt. In
der Bohrung ist ein Druckstift 16 eingebracht, welcher
ruhend mit dem Elektromagneten 27 verbunden ist bzw. im
Injektorkörper 2 eingebracht
ist. Der Druckstift 16 erstreckt sich nur in einem Teilbereich
in die Ventilnadel 7 hinein, so dass die durchgehende Bohrung
innerhalb der Ventilnadel 7 einen durch die Endfläche des Druckstiftes 16 begrenzten
Raum bildet. Der Fluidkanal 18 erstreckt sich konzentrisch
zum Druckstift 16 in den innerhalb der Ventilnadel gebildeten
Raum hinein, wobei die Ventilnadel 7 gegen die Ventilplatte 14 zur
Anlage gebracht werden kann, so dass sich ein Dichtsitz 8 ausbildet.
Ist der Elektromagnet 27 nicht bestromt, so drückt die
Druckfeder 28 die Ventilnadel 7 gegen die Ventilplatte 14,
um den Dichtsitz 8 zu bilden. Die Ventilnadel 7 ist
innerhalb eines Absteuerraums 19 aufgenommen, welcher mit
einem Absteuerkanal 15 verbunden ist und daher nicht unter
Kraftstoffhochdruck steht. Hebt die Ventilnadel 7 durch
eine Bestromung des Elektromagneten 27 vom Dichtsitz 8 ab,
so ist der Steuerraum 6 über den Fluidkanal 18 entlüftbar. Wird
die Bestromung des Elektromagneten 27 beendet, so drückt die
Druckfeder 28 die Ventilnadel 7 erneut gegen die
Grenzfläche
der Ventilplatte 14, so dass sich der Dichtsitz 8 wieder
bildet und der Fluidkanal 18 vom Absteuerraum 19 wieder
getrennt ist.
-
Die
geometrische Ausgestaltung der Ventilnadel 7 im Bereich
der Bohrung sieht einen Dichtdurchmesser 17 vor, welcher
kleiner ist als der Stiftdurchmesser 9 des Druckstiftes 16.
Dadurch entsteht die erfindungsgemäße Differenzfläche, welche
durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird.
Die Differenzfläche
ist derart ausgebildet, dass die Ventilnadel 7 durch die
fluidische Druckbeauschlagung gegen den Dichtsitz 8 gedrückt wird. Damit
wird die Druckfeder 28 in ihrer Kraftwirkung unterstützt, so
dass diese sowie der Elektromagnet 27 auch gemäß dieser
Ausführungsform
des Krafstoffinjektors 1 kleiner ausgeführt werden können, und
die oben stehend bereits genannten Vorteile gebildet werden.
-
Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. So ist es denkbar, die erfindungsgemäße Lösung prinzipiell
auch für
andere Komponenten im Hochdruckbereich zu verwenden, welche vergleichbare
Steuerventile benötigen. Solche
Steuerventile zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum
haben die hubbeweglich geführte
Ventilnadel gemeinsam, die gegen einen Dichtsitz bewegbar ist, um
bei Abheben der Ventilnadel vom Dichtsitz einen Druckraum in einen
Kraftstoffrücklauf zu
entlasten, wobei die Ventilnadel die Differenzfläche aufweist, über die
diese mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des
Dichtsitzes gehalten ist.