DE102007011788A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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DE102007011788A1
DE102007011788A1 DE200710011788 DE102007011788A DE102007011788A1 DE 102007011788 A1 DE102007011788 A1 DE 102007011788A1 DE 200710011788 DE200710011788 DE 200710011788 DE 102007011788 A DE102007011788 A DE 102007011788A DE 102007011788 A1 DE102007011788 A1 DE 102007011788A1
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Matthias Burger
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse (6), das mindestens einen Druckraum (15) umfasst, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in einem Steuerraum (22) mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung (28) so in einen Druckentlastungsraum (30) entspannt wird, dass eine Düsennadel (10) öffnet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Injektorgehäuse (6) mindestens ein Schließdruckspeichervolumen (44) vorgesehen ist, das mit Kraftstoff gefüllt ist, der die Düsennadel (10) oder eine mit der Düsennadel (10) gekoppelte Steuerstange (20) mit einem Schließdruck beaufschlagt, der größer als der beim Öffnen der Düsennadel (10) abfallende Druck in dem Druckraum (15) ist und eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel oder die mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren können hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt werden, bei denen der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der auch bei hohen Einspritzdrücken eine hohe Lebensdauer aufweist.
  • Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das mindestens einen Druckraum umfasst, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in einem Steuerraum mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung so in einen Druckentlastungsraum entspannt wird, dass eine Düsennadel öffnet, dadurch gelöst, dass in dem Injektorgehäuse mindestens ein Schließdruckspeichervolumen vorgesehen ist, das mit Kraftstoff gefüllt ist, der die Düsennadel oder eine mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange mit einem Schließdruck beaufschlagt, der größer als der beim Öffnen der Düsennadel abfallende Druck in dem Druckraum ist und eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel oder die mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange erzeugt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Druckabfall, der während der Einspritzung in dem Druckraum und einer Injektorzuleitung auftritt, ausgenutzt, um eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel oder die mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange zu erzeugen. Der Hydraulikdruck in dem Schließdruckspeichervolumen wird während der Einspritzung nahezu konstant gehalten. Somit entsteht zwischen dem Schließdruckspeichervolumen und dem Druckraum beziehungsweise dem restlichen Injektorvolumen eine Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz wird genutzt, um eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel oder die mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange zu erzeugen. Mit dem erfindungsgemäßen Schließdruckspeichervolumen können leckagefreie beziehungsweise druckausgeglichene Injektoren ohne Drosselstelle im hydraulischen Pfad ausgeführt werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen zwischen dem Hochdruckverbindungsraum und dem Druckentlastungsraum angeordnet ist. Das Schließdruckspeichervolumen ist vorzugsweise in einem Ringraum angeordnet, der sich zwischen der Steuerstange und dem Injektorgehäuse erstreckt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen zwischen dem Druckraum und einem weiteren Druckraum angeordnet ist. Vorzugsweise ist der weitere Druckraum zwischen dem Schließdruckspeichervolumen und dem Druckentlastungsraum angeordnet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Druckraum durch einen Hochdruckdichtring von dem Schließdruckspeichervolumen getrennt ist. Vorzugsweise ist der Hochdruckdichtring zwischen zwei Injektorgehäuseteilen eingespannt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Druckraum durch eine Dichthülse von dem Schließdruckspeicher volumen getrennt ist. Vorzugsweise ist die Dichthülse an der Steuerstange geführt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen über eine Schließdruckdrossel mit dem Druckraum in Verbindung steht. Die Schließdruckdrossel ist vorzugsweise so ausgeführt, dass das Schließdruckspeichervolumen vor der Einspritzung immer mit Hochdruck beaufschlagt ist. Des Weiteren ist die Schließdruckdrossel, die auch als Druckausgleichsdrossel bezeichnet wird, vorzugsweise so klein ausgeführt, dass während der Einspritzung der ursprüngliche Druck in dem Schließdruckspeichervolumen erhalten bleibt und nicht zusammen mit dem Druck in dem Druckraum abfällt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdruckdrossel an einem Führungsspalt vorgesehen ist. Die Schließdruckdrossel ist zum Beispiel an dem Führungsspalt der Dichthülse vorgesehen, die an der Steuerstange geführt ist. Alternativ kann die Schließdruckdrossel, die auch als Druckausgleichsdrossel bezeichnet wird, Durchgangslöcher umfassen, die erodiert, gebohrt oder mittels Laserstrahlung in einem Injektorgehäuseteil erzeugt werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schließdruckspeichervolumen eine Schließdruckschulter angeordnet ist, die an der Düsennadel oder der mit der Düsennadel gekoppelten Steuerstange vorgesehen ist. Die Schließdruckschulter weist eine dem Brennraum abgewandte Schließdruckfläche auf.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel hydraulisch mit der Steuerstange gekoppelt ist. Vorzugsweise begrenzt das brennraumferne Ende der Steuerstange den Steuerraum in einer axialen Richtung. Die Düsennadel kann auch me chanisch mit der Steuerstange gekoppelt beziehungsweise verbunden sein.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel und die Steuerstange durch eine hydraulische Feder miteinander gekoppelt sind, die zusätzlich eine hubabhängige, hydraulische Schließkraft erzeugt. Das wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Wirkdurchmesser der Steuerstange größer als der Durchmesser der Düsennadel ist.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors im Längsschnitt mit einer Steuerstange, die fest mit der Düsennadel verbunden ist;
  • 2 einen ähnlichen Kraftstoffinjektor wie in 1, wobei eine Steuerstange hydraulisch mit der Düsennadel gekoppelt ist;
  • 3 einen ähnlichen Kraftstoffinjektor wie in den 1 und 2, wobei zusätzlich eine hydraulische Feder vorgesehen ist und
  • 4 einen ähnlichen Kraftstoffinjektor wie in den 1 bis 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer hydraulischen Feder.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In den 1 bis 4 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 wird aus einer Kraftstoffhochdruckquelle 2, die auch als Hochdruckspeicherraum bezeichnet wird, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoffinjektor 1 ist über eine Kraftstoffzuleitung 3 an den Hochdruckspeicherraum 2 angeschlossen. Die Zuleitung 3 mündet im Inneren des Kraftstoffinjektors 1 in einen Hochdruckverbindungsraum 4, der auch als weiterer Druckraum bezeichnet wird.
  • Der Hochdruckverbindungsraum 4 ist von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen. Das Injektorgehäuse 6 umfasst einen Injektorkopf 5, 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. Die Düsennadel 10 weist eine Spitze 11 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen Spritzlöchern 12, 13 und einem Druckraum 15 öffnet oder verschließt, wenn sich die Düsennadel 10 in dem Injektorgehäuse 6 hin und her bewegt.
  • Da die Spritzlöcher 12, 13 in den Brennraum einer mit Brennkraft zu versorgenden Brennkraftmaschine münden, wird das Ende des Kraftstoffinjektors 1 mit der Spitze 11 auch als brennraumnahes Ende bezeichnet. Analog wird der Injektorkopf 5 auch als brennraumfernes Ende des Kraftstoffinjektors 1 bezeichnet.
  • An der Düsennadel 10 ist eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in dem Druckraum 15 angeordnet ist. Der Druckraum 15 steht über einen Hochdruckverbindungskanal 16, der sich durch den Düsenkörper 8, den Injektorkörper 7 und den Injektorkopf 5 des Injektorgehäuses 6 hindurch erstreckt, mit der Kraftstoffzuleitung 3 und dem weiteren Druckraum 4 in Verbindung, so dass die beiden Druckräume 4, 15 aus der Kraftstoffhochdruckquelle 2 mit Kraftstoff versorgt werden, der mit Hochdruck beaufschlagt ist.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das brennraumferne Ende der Düsennadel 10 an einer Verbindungsstelle 18 fest mit dem brennraumnahen Ende einer Steuerstange 20 verbunden. Die Verbindungsstelle 18 ist als Schweißverbindungsstelle ausgeführt. Das brennraumferne Ende der Steuerstange 20 begrenzt einen Steuerraum 22 in axialer Richtung und ist in einem Ventilstück 25 geführt. Von dem Steuerraum 22 erstreckt sich ein Verbindungskanal 24 mit einer Zulaufdrossel durch das Ventilstück 25 in den Hochdruckverbindungsraum 4.
  • Das Ventilstück 25 ist fest mit einem Ventilstück 26 verbunden. Die beiden Ventilstücke 25 und 26 können auch einstückig miteinander verbunden sein und sind Teil einer Steuerventileinrichtung 28, mit der die Öffnungsbewegung der Düsennadel 10 gesteuert wird.
  • Die Steuerventileinrichtung 28 umfasst des Weiteren einen Ankerraum 30, der auch als Druckentlastungsraum bezeichnet wird, und über eine Rücklaufleitung 32 mit einem Kraftstoffbehälter in Verbindung steht. Der Steuerraum 22 steht über einen Verbindungskanal 34 mit einer Ablaufdrossel mit dem Druckentlastungsraum 30 in Verbindung. Ein weiterer Verbindungskanal 35 mit einer Fülldrossel erstreckt sich von dem Hochdruckverbindungsraum 4 in einen brennraumfernen Mündungsbereich 36, in den auch der Verbindungskanal 34 mit der Ablaufdrossel mündet.
  • Der Mündungsbereich 36 ist durch einen Schließkörper 37 verschlossen, der durch einen Anker 38 betätigt wird. Der Anker 38 wirkt mit einer Spule 39 eines Elektromagneten 40 zusammen. Wenn die Spule 39 bestromt wird, dann wird der Anker 38 zu dem Elektromagneten 40 hin angezogen, so dass der Schließkörper 37 von dem Mündungsbereich 36 abhebt. Im nicht bestromten Zustand der Spule 39 ist der Anker 38 mit dem Schließkörper 37 durch eine Ankerfeder 41 in seine Schließstellung vorgespannt, in welcher der Mündungsbereich 36 durch den Schließkörper 37 verschlossen ist.
  • In dem Injektorgehäuse 6 ist zwischen der Steuerstange 20 und dem Injektorkörper 7 ein ringraumartiges Schließdruckspeichervolumen 44 vorgesehen. In dem Schließdruckspeichervolumen 44 ist eine Düsenfeder 45 angeordnet, die zwischen einem Bund 46 der Steuerstange 20 und einem Hochdruckdichtring 48 eingespannt ist. Der Hochdruckdichtring 48 ist druckdicht und fest zwischen dem Injektorkörper 7 und dem Ventilstück 25 eingespannt.
  • Das Schließdruckspeichervolumen 44 erstreckt sich bis in einen Ringraum 49, der zwischen der Steuerstange 20 und dem Ventilstück 25 vorgesehen ist. Zum Brennraum hin wird das Schließdruckspeichervolumen 40 durch eine Schließdruckschulter 50 begrenzt, die an der Düsennadel 10 ausgebildet ist. Das Schließdruckspeichervolumen 44 steht über einen Verbindungskanal, der sich teilweise durch den Injektorkörper 7 erstreckt und mit einer Schließdruckdrossel 52 ausgestattet ist, mit dem Hochdruckverbindungskanal 16 in Verbindung.
  • Da der Kraftstoffinjektor 1 keine separate Niederdruckstufe aufweist, wird er als leckagefrei bezeichnet. Durch das Schließdruckspeichervolumen 44 wird eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 10 erzeugt. Dabei wird der Druckabfall in der Kraftstoffhochdruckquelle 2 und der Zuleitung 3 ausgenutzt, der während der Einspritzung auftritt. Die Schließdruckdrossel 52 ist so groß ausgeführt, dass vor einer Einspritzung das Schließdruckspeichervolumen 44 mit dem von der Kraftstoffhochdruckquelle 2 bereitgestellten Hochdruck beaufschlagt ist. Gleichzeitig ist die Schließdruckdrossel 52, die auch als Druckausgleichsdrossel bezeichnet wird, so klein, dass während einer Einspritzung der ursprüngliche Druck in dem Schließdruckspeichervolumen 44 erhalten bleibt und nicht wie der Druck in der Zuleitung 3 und der Kraftstoffhochdruckquelle 2 abfällt. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Schließdruckdrossel 52 mit Laserlöchern oder einer definierten Leckage an einem Führungsspalt.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das brennraumferne Ende der Düsennadel 10 an einer Kopplungsstelle 58 hydraulisch mit dem brennraumnahen Ende einer Steuerstange 60 gekoppelt. Durch ein hydraulisches Volumen 62 an der Kopplungsstelle 58 kann eine gewisse Verzögerung des Nadelöffnens ermöglicht werden. Ein solches verzögertes Nadelöffnen kann dazu dienen, Streuungen und Plateaus herkömmlicher Magnetventile während der Öffnungsphase auszublenden. Die Steuerventileinrichtung 28 ist vorzugsweise als 2/2-Steuerventil ausgeführt. Bei Ansteuerung wird das 2/2-Steuerventil 28 geöffnet und der Druck im Steuerraum 22 abgesenkt. Der Druckabfall wird durch das Verhältnis aus der Zulaufdrossel in dem Verbindungskanal 24 und der Ablaufdrossel in dem Verbindungskanal 34 bestimmt. Durch die Druckabsenkung wird eine öffnende Kraft erzeugt, welche die Düsennadel 10 mit der Steuerstange 20; 60 aufzieht. Während der Einspritzung sinkt der Druck in der Zuleitung 3 und in der Kraftstoffhochdruckquelle 2 ab. Dieser Effekt wird beim Einsatz einer so genannten Raildrossel verstärkt. Demgegenüber bleibt der Druck in dem Schließdruckspeichervolumen 44; 64 nahezu konstant. Dadurch entsteht an der Düsennadel 10 eine schließende hydraulische Kraft.
  • Bei Absteuerung schließt das Steuerventil 28, wodurch der Druck in dem Steuerraum 22 wieder ansteigt und die Düsennadel 10 über die Steuerstange 20; 60 schließt. Funktionsbedingt kann mit dem Steuerraum 22 nur eine öffnende aber keine schließende Kraft erzeugt werden. Aus diesem Grund wirkt ohne das erfindungsgemäße Schließdruckspeichervolumen 44; 64 keine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 10. Bei herkömmlichen Kraftstoffinjektoren führt lediglich die Vorspannkraft der Düsenfeder 45; 65 zu einer relativ langsamen Schließbewegung. Durch das erfindungsgemäße Schließdruckspeichervolumen 44; 64 wird eine relativ große hydraulische Schließkraft bereitgestellt, die zu einem relativ schnellen Schließen der Düsennadel führt.
  • Ausgelöst durch eine Einspritzung läuft eine Druckquelle zwischen der Kraftstoffhochdruckquelle 3 und dem zugehörigen Kraftstoffinjektor 1 mehrfach hin und zurück. Dies führt zu einer Druckschwingung in dem Druckraum 15 und dem weiteren Druckraum 4. Dadurch ändert sich die schließende, hydraulische Kraft. Der Einfluss dieser Druckquelle kann mit einer so genannten Druckquellenkorrektur korrigiert werden. Zusätzlich kann zur Druckquellendämpfung eine so genannte Raildrossel eingesetzt werden. Aufgrund des erfindungsgemäßen Schließdruckspeichervolumens 44; 64 kann sowohl auf eine Druckquellenkorrektur als auch auf eine Raildrossel verzichtet werden.
  • Der optionale Verbindungskanal 35 mit der Fülldrossel ermöglicht ein schnelleres Rückbefüllen des Steuerraums 22 und damit ein schnelleres Nadelschließen. Die Rückbefüllung des Steuerraums 22 kann auch mit einem 3/2-Steuerventil realisiert werden.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das brennraumferne Ende der Düsennadel 10 an einer Kopplungsstelle 68 hydraulisch mit dem brennraumnahen Ende einer Steuerstange 70 gekoppelt. Ein Schließdruckspeichervolumen 74 steht über eine Schließdruckdrossel 52 mit dem Hochdruckverbindungskanal 16 in Verbindung. In dem Schließdruckspeichervolumen 74 ist eine Düsenfeder 75 gegen den Bund 46 der Steuerstange 70 vorgespannt. An der Steuerstange 70 ist eine Schließdruckschulter 76 vorgesehen. Des Weiteren ist an der Steuerstange 70 eine Dichthülse 78 geführt, die durch eine Rückstellfeder 79 in dichter Anlage an der brennraumfernen Stirnseite des Düsenkörpers 8 gehalten wird. Die Dichthülse 78 und die Rückstellfeder 79 bilden zusammen mit einem hydraulischen Volumen 80 der Kopplungsstelle 68 eine hydraulische Feder.
  • Die hydraulische Feder koppelt nicht nur die Düsennadel 10 mit der Steuerstange 70, sie erzeugt zusätzlich eine hubabhängige, hydraulische Schließkraft. Das wird dadurch erreicht, dass der Wirkdurchmesser 81 des Steuerkolbens 70 an der hydraulischen Kopplungsstelle 68 größer als der zugehörige Durchmesser 82 der Düsennadel 10 ist. Dadurch sinkt der Druck in dem hydraulischen Volumen 80, das auch als Kopplervolumen oder hydraulische Feder bezeichnet wird, mit dem Nadelhub ab, was zu einer schließenden Nadelkraft führt. Im Gegensatz zu der hubabhängigen Schließkraft der hydraulischen Feder 80 erzeugt das Schließdruckspeichervolumen 74 eine hubunabhängige Schließkraft die auch bei kleinen Hüben wirkt. Eine Kombination aus den beiden in 3 dargestellten Maßnahmen stellt somit eine ideale Ergänzung dar.
  • Die in den 1 bis 4 dargestellten Kraftstoffinjektoren ähneln einander. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnliche Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die ausführliche Beschreibung der jeweils gleich oder ähnlich ausgeführten Kraftstoffinjektoren verwiesen. Im Vorangegangen und im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen.
  • Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen an einer hydraulischen Kopplungsstelle 88 das brennraumnahe Ende einer Steuerstange 90 in einem Sackloch geführt, das in dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 10 ausgespart ist. Zwischen den beiden Druckräumen 4 und 15 ist in dem Injektorgehäuse 6 eine Druckstufe 93 vorgesehen, welche die Funktion eines Schließdruckspeichervolumens 94 mit der Funktion einer hydraulischen Feder 95 kombiniert. Die Druckstufe 93 nutzt die hydraulische Feder 95, um einen Druckanstieg zu erzeugen. Das Funktionsprinzip basiert auf der hubabhängigen Komprimierung von Kraftstoff. Auf diese Art und Weise wird eine schließende Nadelkraft erzeugt. Die hydraulische Feder 95 erfüllt somit die Funktion einer Schließfeder mit einer Vorspannkraft von null und einer raildruckabhängigen Federsteifigkeit. Die Kraftstoffhochdruckquelle 2 wird auch als Rail bezeichnet.
  • Als weiterführende Maßnahme umfasst die Druckstufe 93 das Schließdruckspeichervolumen 94, dessen Basisdruckniveau während der Einspritzung konstant bleibt. Aufgrund des Druckabfalls, der durch die Einspritzung hervorgerufen wird, entsteht zwischen dem Schließdruckspeichervolumen 94 und dem Injektorzulauf 3 eine Druckdifferenz, mit der eine Nadelschließkraft erzeugt wird. Die Druckstufe 93 erfüllt somit die Funktion einer hydraulischen Feder und eines Schließdruckspeichers. Das stellt eine ideale Ergänzung dar. Gerade weil die hydraulische Feder durch Komprimierung eine hubabhängige Nadelschließkraft erzeugt, ist ihre Wirkung bei kleinen Hüben gering. Hier stellt das Schließdruckspeichervolumen, das den durch die Einspritzung bedingten Druckabfall nutzt, eine ideale Ergänzung dar. Auf diese Weise steht ein gewisses Grundniveau an Nadelschließkraft schon zu Beginn der Einspritzung zur Verfügung, mit dem sich sehr kurze Einspritzzeiten und damit eine gute Kleinstmengenfähigkeit realisieren lässt. Im Gegensatz hierzu ist die hubabhängige Nadelschließkraft der hydraulischen Feder 95 bei langen Ansteuerzeiten, das heißt großen Nadelhüben, wichtig. Ein konstruktiver Vorteil ist dadurch begründet, dass die hydraulische Feder 95 mit einer Komprimierung und nicht mit einer Entspannung der Hydraulikflüssigkeit arbeitet. Somit wird ein Überdruck und kein Unterdruck erzeugt. Dies ist die Grundvoraussetzung dafür, dass sich die hydraulische Feder mit dem Schließdruckspeicher mit ein und demselben hydraulischen Volumen ausführen lässt. Mit dem in 4 dargestellten Hydraulikkonzept können schnellschließende, leckagefreie beziehungsweise druckausgeglichene Injektoren ohne Drosselstelle im hydraulischen Pfad ausgeführt werden.
  • Die Druckstufe 93 ist durch eine Dichthülse 96 von dem Hochdruckverbindungsraum 4 abgetrennt und nur über eine Schließdruckdrossel 98, die auch als Druckausgleichsdrossel bezeichnet wird, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 verbunden. Die Schließdruckdrossel 98 ist an dem Führungsspalt zwischen der Steuerstange 90 und der Dichthülse 96 ausgebildet. Dabei muss die Schließdruckdrossel 98 so groß ausgeführt werden, dass die Druckstufe 93 vor einer Einspritzung immer mit dem applizierten Raildruck beaufschlagt ist. Gleichzeitig muss die Schließdruckdrossel 98 so klein sein, dass während der Einspritzung der ursprüngliche Druck in dem Schließdruckspeichervolumen 94 erhalten bleibt und nicht wie der Druck in den Druckräumen 15 und 4, der Zuleitung 3 und dem Rail 2 abfällt.
  • Die Dichthülse 96 ist durch eine Feder 97 mit einer an ihrer brennraumfernen Stirnseite ausgebildeten Dichtkante gegen den Injektorkörper 7 vorgespannt. Die Vorspannkraft der Feder 97, mit der die Dichthülse 96 zugehalten wird, kann so ausgeführt sein, dass die Dichthülse 96 bei einem Unterdruck in der Druckstufe 93 öffnet und somit ein Druckausgleich stattfindet. Auf diese Weise kann ein nicht beabsichtigtes Nadelöffnen bei einem fehlerhaften Raildruckanstieg oder Druckschwinger verhindert werden. Der in 4 dargestellte Kraftstoffinjektor funktioniert ähnlich wie der in 3 dargestellte Kraftstoffinjektor.
  • Während der Einspritzung sinkt der Druck in den Druckräumen 15 und 4, der Zuleitung 3 und dem Rail 2 ab. Dieser Effekt wird beim Einsatz einer Raildrossel verstärkt. Demgegenüber sinkt der Druck in der Druckstufe 93 nicht ab. Mit ansteigendem Nadelhub wird der Druck in der Druckstufe 93 durch die komprimierende Wirkung der hydraulischen Feder 95 sogar erhöht. Dadurch entsteht an der Düsennadel 10 eine schließende, hydraulische Kraft. Ein kleines Schließdruckspeichervolumen 94 erhöht die Wirkung der hydraulischen Feder 95, während ein großes Schließdruckspeichervolumen 94 deren Wirkung verkleinert.

Claims (10)

  1. Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse (6), das mindestens einen Druckraum (15) umfasst, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in einem Steuerraum (22) mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung (28) so in einen Druckentlastungsraum (30) entspannt wird, dass eine Düsennadel (10) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Injektorgehäuse (6) mindestens ein Schließdruckspeichervolumen (44; 64; 74; 94) vorgesehen ist, das mit Kraftstoff gefüllt ist, der die Düsennadel (10) oder eine mit der Düsennadel (10) gekoppelte Steuerstange (20; 60; 70; 90) mit einem Schließdruck beaufschlagt, der größer als der beim Öffnen der Düsennadel (10) abfallende Druck in dem Druckraum (15) ist und eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel oder die mit der Düsennadel gekoppelte Steuerstange erzeugt.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen (44; 64; 74; 94) zwischen dem Druckraum (15) und dem Druckentlastungsraum (30) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen (44; 64; 74; 94) zwischen dem Druckraum (15) und einem weiteren Druckraum (4) angeordnet ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Druckraum (4) durch einen Hochdruckdichtring (48) von dem Schließdruckspeichervolumen (44; 64) getrennt ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Druckraum (4) durch eine Dichthülse (96) von dem Schließdruckspeichervolumen (94) getrennt ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließdruckspeichervolumen (44; 64; 74; 94) über eine Schließdruckdrossel oder Druckausgleichsdrossel (52; 98) mit dem Druckraum (5) in Verbindung steht.
  7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdruckdrossel oder Druckausgleichsdrossel (98) an einem Führungsspalt vorgesehen ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schließdruckspeichervolumen (44) eine Schließdruckschulter (50; 76) angeordnet ist, die an der Düsennadel (10) oder der mit der Düsennadel (10) gekoppelten Steuerstange (60; 70) vorgesehen ist.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (10) hydraulisch mit der Steuerstange (60; 70; 90) gekoppelt ist.
  10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (10) und die Steuerstange (70; 90) durch eine hydraulische Feder (80; 95) miteinander gekoppelt sind, die zusätzlich eine hubabhängige, hydraulische Schließkraft erzeugt.
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