DE102010039191A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10; 10a), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11), das mittels eines Steuerventils (43; 43a) schaltbar ist, wobei das Steuerventil (43; 43a) ein kugelförmiges Schließglied (35) umfasst, das einen Sitz (37) ausbildet, der eine mit einem Hochdruckraum (28) zumindest mittelbar verbundene Ventilkammer (34) begrenzt und wobei das Schließglied (35) mit einem Magnetanker (38; 38a) zusammenwirkt, der in der Schließstellung d35) gegen den Sitz (37) drückt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Schließglied (35) auf der hydraulischen Schließkraft beaufschlagt ist, die über eine am Magnetanker (38; 38a) ausgebildete Druckfläche (57; 57a) auf das Schließglied (35) wirkt und dass die Druckfläche (57; 57a) über einen Verbindungskanal (55; 55a) Verbindung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff hat.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 10 2008 001 597 A1 bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist ein hutförmiger Magnetanker vorgesehen, der mit einem als Kugel ausgebildeten Schließglied zusammenwirkt, um in einer Schließstellung des Magnetankers, bei der dieser mit der Kugel einen Dichtsitz ausbildet, eine Ventilkammer zu verschließen. Über die Ventilkammer wird in an sich bekannter Art und Weise der Druck in einer Steuerkammer beeinflusst, in welcher eine auf- und abbewegliche Düsennadel angeordnet ist, die wiederum zum Öffnen und Verschließen von Durchlassöffnungen im Ventilgehäuse dient. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist die Ventil- und Aktorauslegung sehr stark vom maximal möglichen System- bzw. Raildruck abhängig. - Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Kraftstoffinjektoren mit druckausgeglichenen Steuerventilen bekannt, mit denen höhere System- bzw. Raildrücke verwirklicht werden können, da die Ventil- und Aktorauslegung vom Raildruck unabhängig erfolgen kann. Derartige Kraftstoffinjektoren weisen jedoch ein mit relativ hohem Verschleiß behaftetes Ventilschließelement auf.
- Offenbarung der Erfindung
- Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass relativ hohe System- bzw. Raildrücke verwirklicht werden können, ohne dass dadurch Nachteile bzgl. des Verschleißes an dem Schließglied in Kauf genommen werden müssen. Gleichzeitig soll eine hohe Ventildynamik erzielt werden.
- Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, über den Magnetanker eine zusätzliche hydraulische Schließkraft auf das kugelförmige Schließglied von der der Ventilkammer gegenüberliegenden Seite auf das Schließglied zu erzeugen. Die hydraulische Schließkraft wird dabei über eine am Magnetanker ausgebildete Druckfläche erzeugt, die über einen Verbindungskanal Verbindung mit unter Hoch- bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff hat. Es wird somit ein druckausgeglichenes Kugelventil erzeugt, das einen relativ geringen Verschleiß aufweist und aufgrund seines Druckausgleiches bei allen Betriebsdrücken gute dynamische Eigenschaften hat.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
- In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Magnetanker eine relativ lange Führung aufweisen kann, wird vorgeschlagen, dass der Magnetanker auf der dem Schließglied abgewandten Seite eine Verlängerung aufweist, die in einer Führung angeordnet ist und dass die dem Schließglied abgewandte Seite der Verlängerung die Druckfläche ausbildet.
- In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, die es ermöglicht, den Aktor im Kopfbereich des Injektorgehäuses anzuordnen, wird vorgeschlagen, dass der Magnetanker einen ersten Abschnitt aufweist, der mit dem Schließglied verbunden ist, dass sich an den ersten Abschnitt auf der dem Schließglied abgewandten Seite ein zweiter Abschnitt anschließt, dass der Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten in einem Druckraum angeordnet ist, dass der Druckraum mit dem Verbindungskanal verbunden ist und dass der zweite Abschnitt im Druckraum eine geringere Querschnittsfläche aufweist als der erste Abschnitt, wobei die Druckfläche aus der Differenz der beiden unterschiedlichen Querschnittsflächen der beiden Abschnitte gebildet ist.
- Um den benötigten bzw. gewünschten Druckausgleich zu erzielen, ist es darüber hinaus von besonderer Bedeutung, dass die Verlängerung bzw. die beiden Abschnitte abgedichtet und geführt sind. Dadurch werden Leckageverluste vermieden, die die hydraulische Druckausgleichskraft herabsetzen.
- Besonders bevorzugt ist weiterhin, dass das Schließglied eine Schließkugel ist und dass die Schließkugel aus keramischem Material besteht. Die Ausbildung aus keramischem Material ermöglicht einen besonders geringen Verschleiß des Schließgliedes, so dass sich über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors gesehen die Soll-Einspritzmengen des Kraftstoffinjektors besonders gut einhalten lassen.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
- Diese zeigt in:
-
1 einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen ersten Kraftstoffinjektors in einem vereinfachten Längsschnitt und -
2 einen gegenüber der1 abgewandelten zweiten Kraftstoffinjektor, ebenfalls in vereinfachtem Längsschnitt. - Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
- In der
1 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors10 dargestellt, wie er insbesondere als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems dient. Hierbei wird unter hohem Druck, beispielsweise einem Druck von mehr als 2.000 bar, stehender Kraftstoff mittels des Kraftstoffinjektors10 in einen Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine abgespritzt. - Hierzu weist der Kraftstoffinjektor
10 an seinem unteren Zeichnungsende eine lediglich noch teilweise erkennbare Düsennadel11 auf, die in Richtung des Doppelpfeils12 auf- und abbewegbar angeordnet ist. Die Düsennadel12 öffnet bzw. verschließt in einem Injektorgehäuse14 des Kraftstoffinjektors10 auf der Seite des Brennraums ausgebildete, nicht dargestellte Durchgangsöffnungen. - Das Injektorgehäuse
14 ist im dargestellten Zeichnungsausschnitt im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet, wobei das obere Ende des Injektorgehäuses14 mittels eines Gehäusedeckels15 druckdicht verschlossen ist. Im Inneren des Injektorgehäuses14 ist ein Ventilstück16 ortsfest angeordnet. Das Ventilstück16 weist auf der der Düsennadel11 zugewandten Seite eine in der Längsachse des Kraftstoffinjektors10 ausgebildete Führungsbohrung17 zur Aufnahme des oberen Endes der Düsennadel11 auf. - Vom Grund
18 der Führungsbohrung17 geht eine Durchgangsbohrung19 aus, in der eine Ablaufdrossel21 angeordnet ist. Zwischen der oberen Stirnfläche22 der Düsennadel11 und dem Grund18 der Führungsbohrung17 wird eine Steuerkammer24 ausgebildet, die über einen Zulaufkanal25 mit einer Zulaufdrossel26 Verbindung mit einem im Bereich des Ventilstücks16 ringförmig ausgebildeten Hochdruckraum28 hat. Der Hochdruckraum28 hat über einen Hochdruckkanal29 , der im Injektorgehäuse14 ausgebildet ist, Verbindung mit einem Hochdruckanschluss30 , der wiederum über eine Leitung31 mit einem Druckspeicher32 , dem sogenannten Rail, verbunden ist. - Die Durchgangsbohrung
19 im Ventilstück16 bildet auf der der Steuerkammer24 abgewandten Seite der Ablaufdrossel21 eine Ventilkammer34 aus. Die Ventilkammer34 ist mittels eines Schließgliedes35 in der in der1 dargestellten Schließposition verschlossen. - Das Schließglied
35 ist vorzugsweise als Schließkugel36 ausgebildet, die vorzugsweise aus keramischem Material besteht. Die Schließkugel36 bzw. das Schließglied35 ist in Wirkverbindung mit einem Magnetanker38 angeordnet. Der Magnetanker38 weist auf der der Schließkugel36 zugewandten Seite einen beispielhaft stiftförmigen Verbindungsabschnitt39 auf, an den sich ein plattenförmiger Abschnitt40 des Magentankers38 anschließt. Der plattenförmige Abschnitt40 ist auf der dem Verbindungsabschnitt39 gegenüberliegenden Seite mit einer insbesondere zylindrisch ausgebildeten Verlängerung41 verbunden. Die Verlängerung41 ist in einer Durchgangsbohrung42 eines Aktuators43 abgedichtet und axial verschiebbar geführt angeordnet. Der Aktuator43 umfasst einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Magnetkern44 , der auf der dem plattenförmigen Abschnitt40 des Magnetankers38 zugewandten Seite eine ringförmige Ausnehmung für eine Magnetspule45 hat. In der Ausnehmung ist weiterhin eine als Druckfeder46 ausgebildete Schließfeder angeordnet, die sich zwischen der Ausnehmung und dem plattenförmigen Abschnitt40 des Magnetankers38 abstützt und diesen mit Federkraft in Richtung der Schließstellung des Schließgliedes35 kraftbeaufschlagt. - Zwischen dem Aktuator
43 und dem Ventilstück16 ist ein Magnetankerraum47 ausgebildet, der gleichzeitig einen Niederdruckbereich48 des Kraftstoffinjektors10 bildet. Der Magnetankerraum47 ist über eine als Bohrung49 ausgebildete Ablaufbohrung und einen Niederdruckanschluss50 sowie eine Rücklaufleitung52 beispielsweise mit einem Kraftstofftank53 verbunden. - Zwischen dem Aktuator
43 , insbesondere dessen Magnetkern44 , und dem Gehäusedeckel15 ist noch eine Zwischenplatte54 ortsfest im Injektorgehäuse14 angeordnet. Die Zwischenplatte54 hat einen Verbindungskanal55 , der im Injektorgehäuse14 verlängert ausgebildet ist und der in dem Hochdruckanschluss30 mündet. Somit herrscht in dem Verbindungskanal55 der Systemdruck, wie er im Hochdruckanschluss30 bzw. im Hochdruckkanal29 und im Hochdruckraum28 herrscht. - Der Verbindungskanal
55 mündet im Bereich der Durchgangsbohrung42 des Aktuators43 . Über den Verbindungskanal55 wirkt auf die in der Durchgangsbohrung42 angeordnete, dem Schließglied35 gegenüberliegenden Seite der Verlängerung41 der hydraulische Systemdruck ein. Die Stirnfläche der Verlängerung41 bildet somit eine Druckausgleichsfläche57 aus. Über die Druckausgleichsfläche57 wirkt somit auf das Schließglied35 eine Schließkraft, die entgegen der in der Ventilkammer34 herrschenden Öffnungskraft gerichtet ist. Da sowohl der Druck in der Ventilkammer34 als auch der Druck auf die Druckausgleichsfläche57 jeweils vom Systemdruck abhängt, ist die Schließkugel36 zumindest annähernd druckausgeglichen ausgebildet. - In der in der
1 dargestellten Schließstellung des Kraftstoffinjektors10 , bei der die Düsennadel11 die (nicht dargestellten) Durchgangsöffnungen im Injektorgehäuse14 verschließt, wird das Schließglied35 mittels der Druckfeder46 gegen die Ventilkammer34 gedrückt, wobei ein Dichtsitz37 ausgebildet wird, der ein Abströmen von Kraftstoff aus der Ventilkammer34 in den Niederdruckbereich48 verhindert. Zum Öffnen der Ventilkammer34 wird die Magnetspule45 des Aktuators43 bestromt. Dadurch wird der Magnetanker38 entgegen der Federkraft der Druckfeder46 in Richtung der Magnetspule45 gezogen, so dass das Schließglied35 von seinem Dichtsitz37 abhebt. Dadurch kann Druckmittel aus der Ventilkammer34 in den Niederdruckbereich48 abströmen. Der in der Ventilkammer34 verminderte Druck bewirkt auch einen Druckabfall in der Steuerkammer24 und somit eine Bewegung der Düsennadel11 in Richtung des Grunds18 der Steuerkammer24 . Dadurch hebt die Düsennadel11 von ihrem nicht dargestellten Sitz ab und ermöglicht das Abspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum28 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. - In der
2 ist ein abgewandelter Kraftstoffinjektor10a dargestellt. Bei dem Kraftstoffinjektor10a ist der Aktuator43a im Bereich des Gehäusedeckels15 angeordnet. Der Magnetanker38a weist einen Verbindungsabschnitt59 mit relativ großem Durchmesser auf, der die Schließkugel36 bzw. das Schließglied35 aufnimmt. Der Verbindungsabschnitt59 ist in einer ersten Zwischenplatte60 geführt, die eine Durchgangsbohrung61 zur Führung des Verbindungsabschnitts59 aufweist. Die Durchgangsbohrung61 ist auf der dem Schließglied35 abgewandten Seite im Durchmesser vergrößert ausgebildet und bildet einen Druckraum62 aus. Die erste Zwischenplatte60 ist auf der dem Schließglied35 gegenüberliegenden Seite mit einer zweiten Zwischenplatte63 verbunden. Die zweite Zwischenplatte63 weist eine Durchgangsbohrung64 zur Aufnahme eines Führungsabschnitts65 des Magnetankers38a auf. Der Führungsabschnitt65 weist dabei einen geringeren Durchmesser bzw. eine geringere Querschnittsfläche auf als der Verbindungsabschnitt59 . Der Druckraum62 hat über einen Verbindungskanal55a Verbindung mit dem Hochdruckanschluss30 . Weiterhin ist der Magnetankerraum66 über eine zusätzliche Ablaufbohrung67 mit dem Kraftstofftank53 verbunden. - Durch die unterschiedlichen Durchmesser des Verbindungsabschnitts
59 und des Führungsabschnitts65 wird auf das Schließglied35 eine zusätzliche Schließkraft erzeugt, wobei die Druckausgleichsfläche57a sich aus der Flächendifferenz zwischen dem Verbindungsabschnitt59 und dem Führungsabschnitt65 innerhalb der Druckkammer61 ergibt. - Die soweit beschriebenen Kraftstoffinjektoren
10 ,10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Ausbildung einer Druckausgleichsfläche57 ,57a auf den Magnetankern38 ,38a , der in Verbindung mit dem kugelförmigen Schließglied35 ein druckausgeglichenes Kugelsitzventil hoher Schaltdynamik bei relativ geringem Verschleiß ermöglicht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008001597 A1 [0002]
Claims (8)
- Kraftstoffinjektor (
10 ;10a ), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11 ), das mittels eines Steuerventils (43 ;43a ) schaltbar ist, wobei das Steuerventil (43 ;43a ) ein kugelförmiges Schließglied (35 ) umfasst, das einen Sitz (37 ) ausbildet, der eine mit einem Hochdruckraum (28 ) zumindest mittelbar verbundene Ventilkammer (34 ) begrenzt und wobei das Schließglied (35 ) mit einem Magnetanker (38 ;38a ) zusammenwirkt, der in der Schließstellung des Einspritzventilelements (11 ) das Schließglied (35 ) gegen den Sitz (37 ) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (35 ) auf der der Ventilkammer (34 ) abgewandten Seite mit einer hydraulischen Schließkraft beaufschlagt ist, die über eine am Magnetanker (38 ;38a ) ausgebildete Druckfläche (57 ;57a ) auf das Schließglied (35 ) wirkt und dass die Druckfläche (57 ;57a ) über einen Verbindungskanal (55 ;55a ) Verbindung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff hat. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (
38 ) auf der dem Schließglied (35 ) abgewandten Seite eine Verlängerung (41 ) aufweist, die in einer Führung (42 ) angeordnet ist und dass die dem Schließglied (35 ) abgewandte Seite der Verlängerung (41 ) die Druckfläche (57 ) ausbildet. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (
38a ) einen ersten Abschnitt (59 ) aufweist, der mit dem Schließglied (35 ) verbunden ist, dass sich an den ersten Abschnitt (59 ) auf der dem Schließglied (35 ) abgewandten Seite ein zweiter Abschnitt (65 ) anschließt, dass der Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten (59 ,65 ) in einem Druckraum (62 ) angeordnet ist, dass der Druckraum (62 ) mit dem Verbindungskanal (55a ) verbunden ist und dass der zweite Abschnitt (65 ) im Druckraum (62 ) eine geringere Querschnittsfläche aufweist als der erste Abschnitt (59 ), wobei die Druckfläche (57a ) aus der Differenz der beiden unterschiedlichen Querschnittsflächen der beiden Abschnitte (59 ,65 ) gebildet ist. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (
41 ) bzw. die beiden Abschnitte (59 ,65 ) abgedichtet geführt sind. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (
35 ) eine Schließkugel (36 ) ist und dass die Schließkugel (36 ) aus keramischem Material besteht. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (
34 ) über eine Ablaufdrossel (21 ) Verbindung mit einer Steuerkammer (24 ) hat und dass die Steuerkammer (24 ) über eine Zulaufdrossel (26 ) und einen Zulaufkanal (25 ) Verbindung mit dem Hochdruckraum (28 ) hat. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (
38 ;38a ) mittels einer Druckfeder (46 ) in Richtung des Dichtsitzes (37 ) federkraftbeaufschlagt ist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (
55 ;55a ) und ein mit dem Hochdruckraum (28 ) verbundener Hochdruckkanal (29 ) in einem gemeinsamen Hochdruckanschluss (30 ) müden.
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