DE102008040680A1 - Kraftstoff-Injektor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbaren, mehrteiligen Einspritzventilelement (21), wobei ein erstes Teil (22) und ein zweites Teil (23) des Einspritzventilelementes (21) über einen hydraulischen Koppler (24) miteinander gekoppelt sind, der axial von einer ersten Führung (53) für das erste Teil (22) und von einer zweiten Führung (54) für das zweite Teil (23) begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Führung (53, 54) zumindest abschnittsweise radial außen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben sind, und dass im hydraulischen Koppler (24) ein geringerer Druck realisiert ist, als radial außerhalb der Führungen (53, 54).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 10 2006 008 648 A1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor bekannt, der ein zweiteiliges Einspritzventilelement aufweist, welches über ein Steuerventil (Servo-Ventil) ansteuerbar ist. Die beiden Teile des Einspritzventilelementes sind über einen hydraulischen Koppler miteinander gekoppelt. Im Ruhezustand des Kraftstoff-Injektors herrscht im hydraulischen Koppler Raildruck. Der bekannte Kraftstoff-Injektor ist leckagearm, d. h. ohne Niederdruckstufe ausgeführt. Zum Erzielen einer ausreichenden hydraulischen Nadelschließkraft ist in einem einen unteren Düsenraum mit Kraftstoff versorgenden Verbindungskanal eine Schließdrossel eingebracht. Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoff-Injektor ist es, dass die beiden Teile des Einspritzventilelementes nicht wie ein einziges Teil, sondern verzögert bei einer Ansteuerung des Einspritzventilelementes reagieren. Dies kann nur durch sehr schnell schaltende Steuerventile kompensiert werden, was jedoch mit höheren Kosten verbunden ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem mindestens zwei Einspritzventilelementteile über einen leckagearmen hydraulischen Koppler miteinander gekoppelt sind.
  • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine starke Verpressung der beiden separaten, mittels des hydraulischen Kopplers gekoppelten (wirkverbundenen), Einspritzventilelementteile dadurch zu erreichen, dass der hydraulische Koppler, genauer ein Kopplerraum des Kopplers, insbesondere dauerhaft, mit einer Niederdruckquelle, insbesondere einem mit einem Injektorrücklauf verbundenen Niederdruckbereich des Injektors, verbunden ist. Aufgrund des im Vergleich zum Hochdruckbereich des Kraftstoff-Injektors reduzierten Drucks innerhalb des hydraulischen Kopplers werden die Einspritzventilelementteile während des Betriebs des Kraftstoff-Injektors permanent und mit erheblichen Kräften miteinander verbunden, sodass sie aus Funktionssicht als einteilig betrachtet werden können. Dieser Effekt ist gerade bei einer Mehrfacheinspritzung von signifikantem Vorteil, da im Vergleich mit bekannten, nicht druckreduzierten hydraulischen Kopplern ein Unterdruck im hydraulischen Koppler nicht erst mit dem Einspritzventilelementhub aufgebaut werden muss. Im Vergleich zu einem einteiligen Einspritzventilelement wird der Vorteil erzielt, dass auf eine auf aktuelle Fertigungsabläufe abgestimmte Logistik zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, den Düsennadelteil des Einspritzventilelementes aus einem anderen Material auszubilden, als den Steuerstangenteil, wodurch die Einspritzventilelementteile an spezifische Anforderungen (Steifigkeit/Festigkeit) optimal angepasst werden können. Um die durch die den hydraulischen Koppler, genauer den Kopplerraum, axial begrenzenden Führungsspalte hindurchströmende Leckagemenge zu minimieren, ist bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kraftstoff-Injektor vorgesehen, dass beide Führungen zumindest abschnittsweise radial außen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben sind. Anders ausgedrückt, ist das mindestens eine die Führungsspalte radial außen begrenzenden Injektorbauteil in einem Bereich radial außerhalb des jeweiligen, zwischen dem mindestens ein Injektorbauteil und dem Einspritzventilelement ausgebildeten Führungsspalt mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben, wodurch eine Aufweitung der Führungsspalte durch in die Führungsspalte eindringenden, unter Hochdruck stehenden Kraftstoff vermieden wird. Noch anders ausgedrückt wird eine Aufweitung des einen oder der die Führungsspalte begrenzenden Injektorbauteil(e) dadurch minimiert, dass der Druck in den Führungsspalten zumindest näherungsweise genauso groß ist wie außerhalb des/der Injektorbauteil(e) in einem Bereich radial außerhalb der Führungsspalte. Auf die beschriebene Weise wird besonders elegant eine starke hydraulische Kopplung zweier Einspritzventilelementteile unter Zuhilfenahme ei nes, insbesondere wesentlich, geringeren Drucks als der Raildruck erreicht, ohne dass hierbei besonders große Leckagemengen anfallen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass innerhalb des hydraulischen Kopplers eine Niederdruckstufe realisiert ist, die eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilelement wirkende hydraulische Kraft verursacht. Hierdurch kann die Einspritzventilelementschaltzeit beschleunigt werden. Da die von der Niederdruckstufe erzeugte, hydraulische, auf das Einspritzventilelement wirkende, Schließkraft raildruckabhängig ist, wirkt diese Schließkraft nicht erst während der Einspritzung, wie bei einer Schließdrossel, sondern permanent. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn auf eine zusätzliche Schließdrossel, die den Kraftstoffdruck im Bereich der Einspritzventilelementstütze im Vergleich zum Kraftstoffdruck im Bereich eines Zulaufkanals des Kraftstoff-Injektors verringert, verzichtet wird. Durch das Vorsehen einer Schließdrossel würde der effektive Einspritzdruck um etwa bis zu 150 bar reduziert. Hierauf kann aufgrund des Vorsehens einer Niederdruckstufe im hydraulischen Koppler mit Vorteil verzichtet werden. Die Niederdruckstufe wird bevorzugt dadurch realisiert, dass der Durchmesser des zur Düsenlochanordnung benachbarten Einspritzventilelementteils (Düsennadel) im Vergleich zu dem Durchmesser des düsenlochfernen Einspritzventilelementteils in einem den hydraulischen Koppler begrenzenden Abschnitt (etwas) reduziert wird. Anders ausgedrückt ist der Führungsdurchmesser der der Düsenlochanordnung zugewandten Führung bevorzugt etwas geringer als der Führungsdurchmesser der anderen, den hydraulischen Koppler axial begrenzenden (insbesondere oberen) Führung.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der hydraulische Koppler über einen Verbindungskanal an einen Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors angeschlossen ist. Hierdurch kann der Druck im hydraulischen Koppler im Vergleich zum Raildruck erheblich reduziert werden. Für den Fall, dass der Verbindungskanal, zumindest näherungsweise, drosselfrei ausgebildet ist, herrscht innerhalb des hydraulischen Kopplers, zumindest näherungsweise, Niederdruck, vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen etwa 0 und 20 bar.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest eine der beiden, den hydraulischen Koppler begrenzenden Führungen von einem hülsenförmigen Fortsatz eines Plattenelementes gebildet ist, wobei dieser hülsenförmige Fortsatz, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben ist. Besonders bevorzugt ist es dabei, in dem Plattenelement einen Abschnitt des Verbindungskanals, insbesondere als Radialkanal, vorzusehen, der den hydraulischen Koppler mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors verbindet. Bevorzugt mündet in den Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors nicht nur der genannte Verbindungskanal, sondern auch ein Ablaufkanal aus einer Steuerkammer, über den bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff aus der Steuerkammer in Richtung Injektorrücklauf abströmt.
  • Besonders bevorzugt ist eine Konstruktionsvariante, bei der in dem Plattenelement mindestens ein, vorzugsweise drosselfreier, Axialkanal vorgesehen ist, durch den Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventilelement in axialer Richtung zur Düsenlochanordnung strömen kann.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Plattenelement zwischen einem (oberen) Injektorkörper und einem (unteren) eine Düsenlochanordnung aufweisenden Düsenkörper angeordnet, also zwischen diesen Gehäuseteilen verspannt ist. Bevorzugt wird dabei der Düsenkörper mittels einer Überwurfmutter mit einem Außengewinde des Injektorkörpers verschraubt.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zumindest eine der den Koppler axial begrenzenden Führungen von einer in einem Hochdruckraum angeordneten, insbesondere federkraftbeaufschlagten, Hülse gebildet ist. Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Hülse von der Feder in axialer Richtung gegen das zuvor erläuterte Plattenelement gepresst wird. Dabei ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der es sich bei dieser Feder gleichzeitig um die ein Einspritzventilelementteil in Richtung der Düsenlochanordnung beaufschlagende Schließfeder handelt, die sich einenends an der Hülse und anderenends am Einspritzventilelementteil, insbesondere an einem Umfangsbund oder einem Sicherungsring des Einspritzventilelementteils, abstützt.
  • Wie zuvor erläutert, ist es möglich, den hydraulischen Koppler auf den am Injektorrücklauf anliegenden Niederdruck zu legen. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Druck im hydraulischen Koppler so dimensioniert wird, dass er zwar unter dem Hochdruck des Kraftstoffs außerhalb der den hydraulischen Koppler begrenzenden Führungen, jedoch oberhalb des Niederdrucks im Bereich des Injektorrücklaufs liegt. Hierzu wird bevorzugt in dem den hydraulischen Koppler mit dem Niederdruckbereich verbindenden Verbindungskanal mindestens eine Drossel ange ordnet. Diese ist dabei so abgestimmt, dass der Druck im hydraulischen Koppler höher ist als im Bereich des Injektorrücklaufs. Durch die Realisierung eines im Vergleich zum Niederdruck im Injektorrücklaufbereich höheren (Nieder-)Drucks im hydraulischen Koppler wird die Bauteilbelastung im Bereich des hydraulischen Kopplers reduziert. Da aufgrund des Vorsehens der Drossel im Verbindungskanal der Druck im hydraulischen Koppler nun lastabhängig ist, ist es bevorzugt, im Fall des Vorsehens einer derartigen Drossel, auf eine Niederdruckstufe im hydraulischen Koppler zu verzichten, sodass der hydraulische Koppler nicht mehr die Funktion hat, eine hydraulische Schließkraft zu erzeugen, sondern ausschließlich eine Kopplungsfunktion. Durch den etwas erhöhten Druck im hydraulischen Koppler wird die sowieso schon geringe Leckagemenge, die durch die Führungen in den hydraulischen Koppler und damit in den Niederdruckbereich abströmt, noch weiter reduziert. Bevorzugt ist die Drossel so ausgelegt, dass der Druck im hydraulischen Koppler etwa dem halben Raildruck entspricht.
  • Bevorzugt wird in diesem Fall zum Erzeugen einer hydraulischen Schließkraft eine Schließdrossel vorgesehen, die derart dimensioniert ist, dass der Druck im Bereich der Spitze des Einspritzventilelementes geringer ist, vorzugsweise um etwa 50 bis 200 bar, als der Raildruck.
  • Konstruktiv besonders elegant ist eine Ausführungsform, bei der eine derartige Schließdrossel in einem Injektorbauteil angeordnet ist, das radial innen eine Steuerkammer begrenzt. Bevorzugt sind in diesem Injektorbauteil gleichzeitig auch eine Zulaufdrossel für die Steuerkammer und eine Ablaufdrossel aus der Steuerkammer und ggf. auch eine Füll drossel zum beschleunigten Rückbefüllen der Steuerkammer eingebracht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors mit einem an einen Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors angeschlossenem hydraulischen Koppler mit Niederdruckstufe und
  • 2 eine Ausführungsvariante eines Kraftstoff-Injektors mit an einem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors angeschlossenem hydraulischen Koppler ohne Niederdruckstufe und mit einer in einem Verbindungskanal zwischen dem hydraulischen Koppler und dem Niederdruckbereich angeordneten Drossel zur Einstellung des Drucks im hydraulischen Koppler.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine ei nes Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel über 2000 bar, gespeichert.
  • An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Versorgungskanal 6 des Kraftstoff-Injektors 1, der in einen Hochdruckraum 7 des Kraftstoff-Injektors 1 mündet. Der Hochdruckraum 7 bildet ein Mini-Rail, aufgrund dessen Druckschwingungen minimiert werden. Mittels einer Rücklaufleitung 8 ist ein Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über einen Injektor-Rücklaufanschluss 10 und die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge sowie eine geringe Leckagemenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen.
  • Der Kraftstoff-Injektor 1 weist ein Gehäuse 11 auf, das einen Injektorkörper 12, in den der Versorgungskanal 6 eingebracht ist und einen unteren Düsenkörper 13 umfasst. Zwischen dem Injektorkörper 12 und dem Düsenkörper 13 ist ein später noch zu erläuterndes Plattenelement 14 geklemmt, wobei der Düsenkörper 13 mittels einer Uberwurfmutter 15 gegen das Plattenelement 14 und dieses in der Folge gegen den Düsenkörper 13 verspannt ist. Hierzu ist die Überwurfmutter 15 mit einem Außengewinde des Injektorkörpers 12 verschraubt.
  • Das Kopfteil des Gehäuses 11 wird gebildet von einer Spannmutter 16, die mit dem Injektorkörper 12 verschraubt ist, und die ein Deckelelement 17, aufweisend den Injektor-Rücklaufanschluss 10, gegen eine Elektromagnetanordnung 18 eines später noch zu erläuternden, elektromagnetischen Aktuators 19 verspannt, welcher wiederum in axialer Richtung auf einer inneren Schulter 20 der Spannmutter 16 aufliegt.
  • In dem Gehäuse 11, genauer im Injektorkörper 12 und im Düsenkörper 13, ist ein zweiteiliges Einspritzventilelement 21 aufgenommen. Dieses umfasst einen oberen, ersten Teil 22 (Steuerstange) und einen unteren, zweiten Teil 23 (Düsennadel). Das erste und das zweite Teil 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 sind über einen später noch zu erläuternden hydraulischen Koppler 24 miteinander gekoppelt und verhalten sich wie ein einziges Bauteil. Das zweite, untere Teil 23 des Einspritzventilelementes 21 ist in einer Führungsbohrung 25 im Düsenkörper 13 geführt. Hier sind am Außenumfang des zweiten Teils 23 in einem Bereich innerhalb des Führungsbohrung 25 Axialkanäle 26 ausgebildet, über die bei geöffnetem Einspritzventilelement 21 Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 7 in einen unteren Ringraum 67 strömen kann, in dem im Wesentlichen der gleiche Kraftstoffdruck herrscht, wie im Hochdruckraum 7. Um dies zu gewährleisten, sind die als Anschliffe ausgebildeten Axialkanäle 26 sowie ein Axialkanal 66 im Plattenelement 14 (zumindest näherungsweise) drosselfrei ausgebildet. In der Folge entspricht auch der Kraftstoffdruck in einem zwischen dem Plattenelement 14 und der Führungsbohrung 25 gebildeten Zwischenraum 27 dem Kraftstoffdruck innerhalb des Hochdruckraums 7. Auf eine im Stand der Technik ansonsten notwendige Schließdrossel wird bei dem Ausführungsbeispiel ge mäß 1 (im Gegensatz zu dem später noch zu erläuternden Ausführungsbeispiel gemäß 2) bewusst verzichtet.
  • Das Einspritzventilelement 21, genauer das zweite Teil 23, weist an seiner Spitze 28 eine Schließfläche 29 auf, mit der das Einspritzventilelement 21 in dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 13 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 30 (Düsennadelsitz) bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 21 an seinem Einspritzventilelementsitz 30 anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 31 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 30 abgehoben und befindet sich in einer, hier nicht-ballistischen, Öffnungsstellung kann Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 7 über den Zwischenraum 27 und den unteren Ringraum 67 an dem Einspritzventilelementsitz 30 vorbei zur Düsenlochanordnung 31 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt werden.
  • Von einer oberen Stirnseite 32 des ersten Teils 22 des Einspritzventilelementes 21 und einem in der Zeichnungsebene unteren hülsenförmigen Abschnitt 33 eines als Drosselbauteil ausgebildeten Injektorbauteils 34 wird eine Steuerkammer 35 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 33 verlaufende Zulaufdrossel 36 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 7 versorgt wird. Die Steuerkammer 35 ist über eine, in einem oberen, plattenförmigen Abschnitt 37 des Injektorbauteils 34 vorgesehene Ablaufdrossel 38 mit einer Ventilkammer 39 eines Steuerventils 40 (Servo-Ventil) verbunden. Die Ventilkammer 39 wird radial außen von einem hülsenförmigen Steuerventilelement 41 begrenzt, das einstückig mit einer mit dem elektromagnetischen Aktuator 19 zusammenwirkenden Ankerplatte 42 ausgebildet ist. Das hülsenförmige Steuerventilelement 41 ist in seiner Schließstellung in axialer Richtung druckausgeglichen. Die Steuerkammer 35 wird axial nach oben von einem Führungsbolzen 43 begrenzt, der sich axial am Deckelelement 17 abstützt und der zum einen die Aufgabe hat, das Steuerventilelement 41 bei seiner Verstellbewegung zu führen und zum anderen die Ventilkammer 39 in axialer Richtung nach oben abzudichten. Aus der Ventilkammer 39 kann Kraftstoff in den Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 einströmen, wenn das von dem elektromagnetischen Aktuator 19 betätigbare Steuerventilelement 41 von seinem als Flachsitz ausgebildeten und am dem plattenförmigen Abschnitt 37 des Injektorbauteils 34 angeordneten, Steuerventilsitz 44 abgehoben, d. h. das Steuerventil 40 geöffnet ist. Bei geöffnetem Steuerventil 40 strömt dabei über die Ablaufdrossel 38 Kraftstoff aus der Steuerkammer 35 nach. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 36 und der Ablaufdrossel 38 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 40 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 35 über die Ventilkammer 39 in den Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus über die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 resultiert. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 35 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 21 eine resultierende Öffnungskraft erfährt und in der Folge mit einem stirnseitigen Anschlagabschnitt 45 an der Decke des hülsenförmigen Abschnitts 33 anschlägt. Das Einspritzventilelement 21 hebt also von seinem Einspritzventilelementsitz 30 ab, sodass Kraftstoff durch die Düsenlochanordnung 31 ausströmen kann.
  • Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 18 des elektromagnetischen Aktuators 19 unterbrochen. Eine sich an dem Führungsbolzen 43 axial abstützende Steuerschließfeder 46 bewegt in der Folge das hülsenförmige Steuerventilelement 41 zurück auf seinen Steuerventilsitz 44. Durch den durch die Zulaufdrossel 36 nachströmenden Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 35 rapide an, wodurch das Einspritzventilelement 21, unterstützt durch die Federkraft einer Schließfeder 47, zurück auf seinen Einspritzventilelementsitz 30 bewegt wird, wodurch wiederum der Kraftstofffluss aus der Düsenlochanordnung 31 in den Brennraum unterbrochen wird. Das Auffüllen der Steuerkammer 35 über die Zulaufdrossel 36 wird über eine Fülldrossel 61 beschleunigt, die den Hochdruckraum 7 dauerhaft hydraulisch mit der Ventilkammer 39 verbindet. Ggf. kann auch auf diese Fülldrossel 61 verzichtet werden.
  • Das erste und das zweite Teil 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 sind hydraulisch in dem hydraulischen Koppler 24, genauer in einem Kopplerraum 48, miteinander gekoppelt und verhalten sich wie ein einziges Bauteil. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der hydraulische Koppler 24, bzw. der Kopplerraum 48 über einen mehrteiligen Verbindungskanal 49 dauerhaft mit dem im Injektorkopf angeordneten Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 verbunden ist, und somit während des Betriebs des Kraftstoff-Injektors 1 dauerhaft auf Niederdruck liegt. Der Verbindungskanal 49 wird gebildet von einem im Plattenelement 14 vorgesehenen Radialkanal 50, einem Ringraum 51 radial zwischen dem Plattenelement 14 und der Überwurfmutter 15 sowie einem senkrecht verlaufenden Kanal 52 im Injektorkörper 12.
  • Der hydraulische Koppler 24 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in axialer Richtung nach oben begrenzt von einer ersten Führung 53 für den ersten Teil 22 des Einspritzventilelementes 21 und in axialer Richtung nach unten von einer zweiten Führung 54 für den zweiten, unteren Teil 23 des Einspritzventilelementes 21. Dabei umfasst die erste Führung 53 einen ersten Führungsspalt 55 (Ringspalt) radial zwischen einem hülsenförmigen Fortsatz 56 des Plattenelementes 14 und einem unteren Abschnitt des ersten Teils 22 des Einspritzventilelementes 21. Analog umfasst die zweite Führung 54 einen zweiten Führungsspalt 57 (Ringspalt) radial zwischen einer von der Schließfeder 47 federkraftbeaufschlagten Hülse 58 und einem oberen Abschnitt des zweiten Teils 23 des Einspritzventilelements 21. Die Schließfeder 47 stützt sich dabei einenends an der unteren Stirnseite der Hülse 58 und anderenends an einem Umfangsbund 59 des zweiten Teils 23 des Einspritzventilelements 21 ab.
  • Die Führungsspalte 55, 57 sind vergleichsweise kraftstoffdicht ausgeführt. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die erste Führung 53, genauer der hülsenförmige Fortsatz 56 innerhalb des Hochdruckraums 7 angeordnet, also radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben ist. Hierdurch erfährt der erste Führungsspalt 55 durch die durch den ersten Führungsspalt 55 in den Kopplerraum 48 strömende, geringe Leckage keine Aufweitung nach radial außen. Analog ist die zweite Führung 54, genauer die Hülse 58 innerhalb des Zwischenraums 27 angeordnet, in dem in etwa der gleiche Druck herrscht wie im Hochdruckraum 7, sodass auch der zweite Führungsspalt 57 nicht aufgeweitet wird, da die Hülse 58 radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben ist. In der Folge ist die über die Führungen 53, 54 in den hydraulischen Koppler 24 strömende Le ckagemenge, die weiter über den Verbindungskanal 49 in den Niederdruckbereich 9 strömt, gering.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist im hydraulischen Koppler 24 eine Niederdruckstufe 60 realisiert, die eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilelement 21 wirkende Kraft zur Folge hat. Die Niederdruckstufe 60 ist dadurch realisiert, dass der Durchmesser DI des ersten Teils 21 im Bereich der ersten Führung 53 (etwas) größer ist als der Durchmesser DII des zweiten Teils 23 des Einspritzventilelementes 21 im Bereich der zweiten Führung 54. Mit Hilfe der Niederdruckstufe 60 wird eine permanent wirkende, in Schließrichtung wirkende Kraft auf das Einspritzventilelement 21 erzeugt. Hierdurch wird die Summe aller schließenden, auf das Einspritzventilelement 21 wirkenden Kräfte vergrößert, was den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventilelementes 21 verzögert. Dies ist entscheidend: Aus Toleranzgründen sollte das Einspritzventilelement 21 erst dann öffnen, wenn das Steuerventil 40 bereits nicht-ballistisch betrieben werden kann. Ohne die realisierte Niederdruckstufe 60 kann der Einspritzbeginn nur für ein mechanisch weiches Einspritzventilelement 21 oder ein kleines Ablauf-/Zulauf-Drosselverhältnis verzögert werden. Beide Maßnahmen führen zu Nachteilen im Injektorverhalten: Während ein weiches Einspritzventilelement 21 zu einer schlechteren Mehrfacheinspritzungseignung führt, reduziert ein kleines Ablauf-/Zulauf-Drosselverhältnis den Anstieg der Strahlkraft des Einspritzstrahls und führt im Allgemeinen zu Emissionsnachteilen.
  • Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors 1 gemäß 2 erläutert. Da wesentliche Funktions- und Konstruktionsmerkmale mit dem in 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Kraftstoff-Injektor 1 übereinstimmen, werden im Folgenden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem zuvor gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
  • Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist in dem Verbindungskanal 49, genauer in dem Radialkanal 50 zwischen dem hydraulischen Koppler 24 und dem Niederdruckbereich 9, eine Drossel 62 integriert. Diese ist so ausgelegt, dass im hydraulischen Koppler 24, genauer im Kopplerraum 48, etwa der hälftige Druck vorherrscht, wie im Hochdruckraum 7 sowie im Zwischenraum 27. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druckabfall an den Führungen 53, 54 in etwa dem Druckabfall an der Drossel 62 entspricht. Durch den im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erhöhten Druck im Kopplerraum 48 wird die über die Führungsspalte 55, 56 abströmende Leckagemenge noch weiter reduziert. Darüberhinaus wird die Bauteilbelastung des Plattenelementes 14 sowie der Hülse 58 reduziert.
  • Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Durchmesser DI und DII des ersten bzw. zweiten Teils 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 im Bereich der Führungen 53, 54 gleich groß – es wurde also bewusst auf die Realisierung einer Niederdruckstufe im hydraulischen Koppler 24 verzichtet, da der Druck im hydraulischen Koppler 24 durch das Vorsehen der Drossel 62 lastabhängig ist und somit im Betrieb schwankt, was schwankende Schließkräfte zur Folge hätte für den Fall, dass eine Niederdruckstufe im Koppler 24 vorgesehen würde. Es ist jedoch auch denkbar, das Ausführungsbeispiel gemäß 2 mit einer Niederdruckstufe analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 für bestimmte Anwendungen auszustatten. Aufgrund des Verzichts auf eine Niederdruckstufe wirken sich fertigungstoleranzbedingte und/oder temperaturabhängige Führungsleckagenschwankungen an den Führungen 53, 54 nicht auf die Injektorfunktion aus.
  • Um trotz des Verzichts auf eine Niederdruckstufe eine ausreichend große hydraulische Schließkraft zu realisieren, ist der Kraftstoff-Injektor 1 gemäß 2 mit einer zusätzlichen Schließdrossel 63 ausgestattet, die in den hülsenförmigen Abschnitt 33 des Injektorbauteils 34 eingebracht ist. Diese verbindet den Hochdruckraum 7 mit einem im Vergleich zu 1 zusätzlichen, ringförmigen Zulaufraum 64, der den hülsenförmigen Abschnitt 33 radial außen umgibt, und der über ein ringförmiges Dichtelement 65 gegenüber dem als Minirail dienenden Hochdruckraum 7 abgedichtet ist. Dabei ist die Schließdrossel 63 im gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass der Druck im Hochdruckraum 7 etwa 50–200 bar geringer ist als der Raildruck im Zulaufraum 64. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 münden die Zulaufdrossel 36 und die Fülldrossel 61 nicht aus dem Hochdruckraum 7, sondern aus dem Zulaufraum 64 aus.
  • Die Drossel 62 kann, wie dargestellt, als einfache Drosselbohrung ausgeführt werden. Aufgrund der notwendigen kleinen Strömungsquerschnitte die bei der Drossel 62 notwendig sind, ist eine herkömmliche Drosselbohrung jedoch aus Gründen der Toleranz vergleichsweise schwer herstellbar. Daher ist es bevorzugt die Drossel 62 als Ringspaltdrossel auszuführen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass in der eigentlichen Drosselbohrung ein Einlegeteil, beispielsweise ein Stift, positioniert wird, an dem der Kraftstoff radial außen vorbeiströmen muss. Der Vorteil einer derartigen Konstruktion ist die einfachere Herstellbarkeit.
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006008648 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Kraftstoff-Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbaren, mehrteiligen Einspritzventilelement (21), wobei ein erstes Teil (22) und ein zweites Teil (23) des Einspritzventilelementes (21) über einen hydraulischen Koppler (24) miteinander gekoppelt sind, der axial von einer ersten Führung (53) für das erste Teil (22) und von einer zweiten Führung (54) für das zweite Teil (23) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Führung (53, 54) zumindest abschnittsweise radial außen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben sind, und dass im hydraulischen Koppler (24) ein geringerer Druck realisiert ist, als radial außerhalb der Führungen (53, 54).
  2. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im hydraulischen Koppler (24) am Einspritzventilelement (21) eine eine Schließkraft verursachende Niederdruckstufe (60) realisiert ist.
  3. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (24) über einen Verbindungskanal (49) an einen Niederdruckbereich (9) des Kraftstoff-Injektors (1) angeschlossen ist.
  4. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führung (53, 54) von einem hülsenförmigen Fortsatz (56) eines Plattenelementes (14) gebildet sind/ist, in dem abschnittsweise der Verbindungskanal (49), vorzugsweise als Radialkanal (50), eingebracht ist.
  5. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Plattenelement (14) mindestens ein, vorzugsweise drosselfreier, Axialkanal (66) vorgesehen ist.
  6. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (14) zwischen einem Injektorkörper (12) und einem eine Düsenlochanordnung (31) aufweisenden Düsenkörper (13) angeordnet ist.
  7. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führung (53, 54) von einer in einem Hochdruckraum (7) angeordneten, insbesondere federkraftbeaufschlagten, Hülse (58) gebildet sind/ist.
  8. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungskanal (49) eine Drossel (62) angeordnet ist, die derart dimensioniert ist, dass der Druck im hydraulischen Koppler (24) niedriger ist als der die Führungen (53, 54) umschließende Hochdruck und höher ist als der Druck im Niederdruckbereich (9).
  9. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließdrossel (63) vorgesehen ist, die derart dimensioniert und angeordnet ist, dass der Druck im Bereich einer Spitze (28) des Einspritzventilelementes (21) geringer ist als der Druck in einem Kraftstoffzulaufkanal des Kraftstoff-Injektors (1).
  10. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdrossel (63) in einem eine Steuerkammer (35) begrenzenden Injektorbauteil (34) angeordnet ist.
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