DE102012209841A1

DE102012209841A1 - Fuel injector for common-rail fuel injection system, has control piston guided in valve unit, which divides control chamber into multiple pressure chambers, where former pressure chamber is arranged between shaft end and control piston

Info

Publication number: DE102012209841A1
Application number: DE201210209841
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-12-12

Abstract

The injector has a nozzle needle (4) guided displaceably to a shaft end, while a control chamber located at front side of the shaft end is limited by the nozzle needle and a valve unit (3). The connection of a drain line to a return line (7) is opened or closed through a control valve (2). A control piston is slidably guided in the valve unit, which divides the control chamber into multiple pressure chambers. The former pressure chamber is arranged between the shaft end and the control piston, and is in communication with an inlet throttle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor für ein Fluid, insbesondere Kraftstoffinjektor, umfassend eine Düsennadel, welche an einem Schaftende verschiebbar geführt ist und gemeinsam mit einem Ventilteil einen, stirnseitig des Schaftendes liegenden Steuerraum begrenzt, welcher zum einen über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckbereich und zum anderen mittels einer Ablaufleitung mit einem Rücklauf verbunden ist, wobei die Verbindung der Ablaufleitung zum Rücklauf über ein Steuerventil freigebbar oder verschließbar ist. The present invention relates to an injector for a fluid, in particular fuel injector, comprising a nozzle needle, which is displaceably guided on a shaft end and together with a valve part, a front end of the shaft end control space limited, which on the one hand via an inlet throttle with a high-pressure region and the other is connected by means of a drain line with a return, wherein the connection of the drain line to the return via a control valve is releasable or closable.

Stand der Technik State of the art

Ein derartiger Injektor ist aus der DE 10 2006 049 050 A1 bekannt. Dieser Injektor weist dabei eine Düsennadel auf, welche zum einen im Bereich einer Nadelspitze in einem umliegenden Injektorgehäuse und zum anderen an einem Schaftende in einem, in dem Injektorgehäuse aufgenommenen Ventilteil verschiebbar geführt ist. Die Düsennadel kann dabei zwischen einer Schließstellung, in welcher sie zumindest eine Einspritzöffnung mit ihrer Nadelspitze verschließt, und einer, die zumindest einer Einspritzöffnung freigebenden Öffnungsstellung bewegt werden, wobei diese Bewegung dabei in Abhängigkeit eines, in einem Steuerraum vorherrschenden Drucks gesteuert wird. Vorliegend wird der Steuerraum dabei stirnseitig des Schaftendes der Düsennadel durch die Düsennadel und den Ventilteil begrenzt und steht einerseits über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckbereich des Injektors in Verbindung, während er andererseits mittels einer Ablaufleitung mit einem Rücklauf zu einem Kraftstofftank verbunden ist. Die Verbindung der Ablaufleitung zum Rücklauf kann dabei gezielt über ein Steuerventil in Form eines Magnetventils freigegeben oder verschlossen werden, so dass bei einer Freigabe der Verbindung zum Rücklauf der Druck im Steuerraum schlagartig verringerbar und damit eine Bewegung der Düsennadel in ihre Öffnungsstellung einleitbar ist. Wird in der Folge dann die Ablaufleitung zum Rücklauf über das Steuerventil wieder verschlossen, so steigt der Druck im Steuerraum aufgrund der Versorgung über die Zulaufdrossel wieder an und die Düsennadel wird in ihre Schließstellung zurückbewegt. Such an injector is from the DE 10 2006 049 050 A1 known. In this case, this injector has a nozzle needle which is displaceably guided in the region of a needle tip in a surrounding injector housing and on the other end at a shaft end in a valve part accommodated in the injector housing. The nozzle needle can be moved between a closed position in which it closes at least one injection opening with its needle tip, and one, the at least one injection opening releasing opening position, said movement is controlled in response to a prevailing in a control chamber pressure. In the present case, the control chamber is thereby limited at the end face of the shaft end of the nozzle needle by the nozzle needle and the valve member and is on the one hand via an inlet throttle with a high pressure region of the injector in connection, while on the other hand it is connected by means of a drain line with a return to a fuel tank. The connection of the drain line to the return can be selectively enabled or closed via a control valve in the form of a solenoid valve, so that when releasing the connection to the return of the pressure in the control room abruptly reduced and thus a movement of the nozzle needle can be introduced into its open position. If the drain line for return via the control valve is then closed again in the sequence, the pressure in the control chamber rises again due to the supply via the inlet throttle and the nozzle needle is moved back into its closed position.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Injektor bereitzustellen, der hinsichtlich seines Betriebsverhaltens verbessert ist. Based on the above-described prior art, the object of the present invention is to provide an injector which is improved in terms of its operating behavior.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Ventilteil ein Steuerkolben verschiebbar geführt ist, welcher den Steuerraum in mehrere Druckräume unterteilt. Von diesen Druckräumen ist ein erster Druckraum zwischen dem Schaftende und dem Steuerkolben ausgestaltet und steht mit der Zulaufdrossel in Verbindung, wohingegen ein zweiter Druckraum auf einer dem ersten Druckraum abgewandten Seite des Steuerkolbens definiert und mit der Ablaufleitung gekoppelt ist. Bei Freigabe der Ablaufleitung durch das Steuerventil bewegt sich der Steuerkolben in eine Schließstellung, in welcher der Steuerkolben die Zulaufdrossel von dem ersten Druckraum trennt. This object is achieved in that in the valve member, a control piston is displaceably guided, which divides the control chamber into a plurality of pressure chambers. Of these pressure chambers, a first pressure space between the shaft end and the control piston is configured and is in communication with the inlet throttle, whereas a second pressure chamber is defined on a side facing away from the first pressure chamber of the control piston and coupled to the drain line. Upon release of the drain line through the control valve, the control piston moves to a closed position, in which the control piston separates the inlet throttle from the first pressure chamber.

Mit anderen Worten ist also in dem Ventilteil ein zusätzliches Ventilelement in Form eines Steuerkolbens aufgenommen, welcher in der Ventilplatte verschoben werden kann und hierbei eine Aufteilung des Steuerraums in mehrere Druckräume vornimmt. Ein erster Druckraum ist dabei oberhalb des Schaftendes der Düsennadel definiert und mit der Zulaufdrossel gekoppelt, während ein hiervon getrennter zweiter Druckraum mit der Ablaufleitung in Verbindung steht. Wird nun die Ablaufleitung durch das Steuerventil mit dem Rücklauf verbunden, so bewegt sich der Steuerkolben in eine Schließstellung, in welcher der erste Druckraum und die Zulaufdrossel voneinander getrennt sind. In other words, therefore, an additional valve element in the form of a control piston is accommodated in the valve part, which can be displaced in the valve plate and in this case makes a division of the control chamber into a plurality of pressure chambers. A first pressure chamber is defined above the shaft end of the nozzle needle and coupled to the inlet throttle, while a second of these separate pressure chamber communicates with the drain line. Now, if the drain line connected by the control valve to the return, the control piston moves to a closed position in which the first pressure chamber and the inlet throttle are separated.

Aufgrund der, bei der Freigabe der Ablaufleitung durch das Steuerventil hervorgerufenen Trennung von Zulaufdrossel und erstem Druckraum über den Steuerkolben wird in der Folge ein Nachströmen von Fluid aus der Zulaufdrossel in den ersten Druckraum verhindert. Somit führt eine Ansteuerung der Düsennadel zu keiner Verlustmenge über die Zulaufdrossel, so dass die Zulaufdrossel entsprechend groß ausgestaltet werden kann und hierdurch ein schnelles Schließen der Düsennadel bei erneuter Koppelung des ersten Druckraumes und der Zulaufdrossel erreichbar ist. Dieses bessere Schließverhalten der Düsennadel verbessert dann auch das Toleranzverhalten des Injektors und, bei Ausgestaltung des Injektors als Kraftstoffinjektor, zudem Emissionen des jeweiligen Verbrennungsmotors. Eine Überführung der Düsennadel in ihre Schließstellung kann dabei unabhängig von einer Überführung in ihre Öffnungsstellung abgestimmt werden. Due to the separation of the inlet throttle and the first pressure chamber via the control piston caused by the control valve during the release of the drain line, subsequent flow of fluid from the inlet throttle into the first pressure chamber is prevented as a result. Thus, a control of the nozzle needle leads to no loss through the inlet throttle, so that the inlet throttle can be made correspondingly large and thus a fast closing of the nozzle needle with renewed coupling of the first pressure chamber and the inlet throttle is achievable. This better closing behavior of the nozzle needle then also improves the tolerance behavior of the injector and, in the embodiment of the injector as fuel injector, also emissions of the respective internal combustion engine. A transfer of the nozzle needle in its closed position can be adjusted independently of a transfer to its open position.

Hingegen würde eine größere Ausführung einer Zulaufdrossel bei einem Injektor gemäß der DE 10 2006 049 050 A1 dazu führen, dass während einer Freigabe der Ablaufleitung ständig unter Hochdruck stehendes Fluid aus dem Hochdruckbereich über die Zulaufdrossel und die Ablaufleitung in den Rücklauf entspannt werden würde. Daher muss hinsichtlich einer Gestaltung der Zulaufdrossel ein Kompromiss eingegangen werden, um zum einen diese Verlustmenge möglichst gering zu halten und zum anderen bei erneutem Verschließen der Ablaufleitung über das Steuerventil ein schnelles Befüllen des Steuerraumes und damit ein rasches Schließen der Düsennadel zu realisieren. On the other hand, a larger version of an inlet throttle in an injector according to the DE 10 2006 049 050 A1 cause during a release of the drain line constantly under high pressure fluid from the high-pressure region via the inlet throttle and the drain line would be relaxed in the return. Therefore, a compromise must be made with regard to a design of the inlet throttle, on the one hand to keep this amount of loss as low as possible and on the other to re-close the drain line via the control valve to quickly fill the control chamber and thus a rapid closing of the nozzle needle.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Steuerkolben einen T-förmigen Querschnitt auf, an dem eine umlaufende Dichtkante ausgestaltet ist. Diese Dichtkante kommt in der Schließstellung des Steuerkolbens an einem, an dem Ventilteil ausgestalteten Ventilsitz dichtend zur Anlage und trennt den ersten Druckraum hierbei von einem dritten, ständig mit der Zulaufdrossel in Verbindung stehenden Druckraum ab. Bevorzugt ist dabei am Steuerkolben eine erste, dem ersten Druckraum zugeordnete Druckfläche entgegengesetzt orientiert zu einer zweiten, dem zweiten Druckraum zugeordneten Druckfläche und einer dritten, dem dritten Druckraum zugeordneten Druckfläche ausgestaltet. According to an advantageous embodiment of the invention, the control piston has a T-shaped cross section, on which a circumferential sealing edge is configured. In the closed position of the control piston, this sealing edge sealingly abuts against a valve seat designed on the valve part and separates the first pressure chamber from a third pressure chamber, which is constantly connected to the inlet throttle. Preferably, on the control piston, a first, the first pressure chamber associated pressure surface oppositely oriented to a second, the second pressure chamber associated pressure surface and a third, the third pressure chamber associated pressure surface configured.

Eine derartige Ausgestaltung hat hierbei den Vorteil, dass durch die Gestaltung des Steuerkolbens und die Definition eines weiteren, dritten Druckraumes mit zugehöriger Druckfläche ein Raum ausgestaltet wird, welcher über die Zulaufdrossel stets mit dem Druck aus dem Hochdruckbereich beaufschlagt ist. Aufgrund der Orientierung der zugehörigen, dritten Druckfläche wird der Steuerkolben dabei mit einer Kraft beaufschlagt, die in Richtung einer Öffnungsstellung des Steuerkolbens auf den Steuerkolben einwirkt. Dies hat zur Folge, dass eine Bewegung des Steuerkolbens aus seiner Schließstellung bei erneutem Verschließen der Ablaufleitung über das Steuerventil durch den dritten Druckraum unterstützt wird, da bei dessen Druckbeaufschlagung eine gleichorientiere Kraft wie bei Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraumes hervorgerufen wird. Insgesamt wird hierdurch eine zuverlässige Bewegung des Steuerkolbens aus seiner Schließstellung bei kompakten Bauraum und geringem Fertigungsaufwand sichergestellt werden. Zusätzlich hierzu kann aber auch noch ein Federelement vorgesehen sein, welches den Steuerkolben in Richtung seiner Öffnungsstellung vorspannt. Such a configuration has the advantage that a space is designed by the design of the control piston and the definition of a further, third pressure chamber with associated pressure surface, which is always acted upon via the inlet throttle with the pressure from the high pressure area. Due to the orientation of the associated, third pressure surface of the control piston is acted upon by a force acting in the direction of an open position of the control piston on the control piston. This has the consequence that a movement of the control piston is supported from its closed position with renewed closing of the drain line via the control valve through the third pressure chamber, as when it is pressurized, an equally oriented force as when pressurizing the second pressure chamber is caused. Overall, this ensures a reliable movement of the control piston from its closed position with a compact space and low production costs. In addition to this, however, a spring element can also be provided, which pretensions the control piston in the direction of its open position.

In Weiterbildung der vorgenannten Variante sind die Druckflächen derartig in Relation zueinander gewählt, dass bei einem höheren Druck im ersten Druckraum als im zweiten Druckraum auf den Steuerkolben eine effektive Kraft in Richtung seiner Schließstellung wirkt, wohingegen der Steuerkolben bei gleichen Drücken im ersten und im zweiten Druckraum mit einer effektiven, in Richtung seiner Öffnungsstellung wirkenden Kraft beaufschlagt ist. Mittels einer derartigen Abstimmung der Druckflächen aufeinander, werden die entsprechenden Öffnungs- und Schließbewegungen des Steuerkolbens bei den entsprechend vorherrschenden Drücken im ersten und im zweiten Druckraum eingeleitet und damit auch mittelbar die gewünschten Bewegungen der Düsennadel hervorgerufen. In a further development of the aforementioned variant, the pressure surfaces are selected in relation to each other such that at a higher pressure in the first pressure chamber than in the second pressure chamber on the control piston an effective force in the direction of its closed position acts, whereas the control piston at the same pressures in the first and in the second pressure chamber is acted upon with an effective, acting in the direction of its open position force. By means of such a vote of the pressure surfaces on each other, the corresponding opening and closing movements of the control piston are introduced at the corresponding prevailing pressures in the first and in the second pressure chamber and thus indirectly also caused the desired movements of the nozzle needle.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Druckraum und der zweite Druckraum über eine Ablaufdrossel miteinander verbunden, die durch eine, den Steuerkolben axial durchdringende Bohrung gebildet ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine, die beiden Druckräume verbindende Ablaufdrossel auf kompakte Art und Weise vorgesehen werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, eine derartige Ablaufdrossel zwischen den beiden Druckräumen entsprechend in dem Ventilteil auszugestalten. According to a further embodiment of the invention, the first pressure chamber and the second pressure chamber are connected to each other via an outlet throttle, which is formed by a, the control piston axially penetrating bore. Advantageously, as a result, one, the two pressure chambers connecting flow restrictor can be provided in a compact manner. Alternatively, however, it is also conceivable to design such an outlet throttle between the two pressure chambers correspondingly in the valve part.

Erfindungsgemäß ist des Weiteren eine Bewegung des Steuerkolbens in eine Öffnungsstellung durch einen Hubanschlag begrenzt, welcher an dem Ventilteil ausgestaltet ist. Durch die Begrenzung eines Öffnungshubes des Steuerkolbens kann dessen sicheres Schaltverhalten gewährleistet werden. Insbesondere wird ein Hubanschlag dabei durch einen, entsprechend an dem Ventilteil befestigten Sicherungsring ausgestaltet. Furthermore, according to the invention, a movement of the control piston into an open position is limited by a stroke stop, which is designed on the valve part. By limiting an opening stroke of the control piston whose safe switching behavior can be ensured. In particular, a stroke stop is configured by a correspondingly secured to the valve member locking ring.

Alternativ dazu ist der Steuerkolben über ein Federelement in die Schließstellung vorgespannt. In einer ersten Variante dieser Ausgestaltung ist das Federelement dabei axial zwischen dem Steuerkolben und dem Ventilteil aufgenommen, während es in einer hierzu alternativen Variante axial zwischen dem Steuerkolben und der Düsennadel platziert ist. In beiden Fällen kann ein separater Hubanschlag an dem Ventilteil entfallen, der ansonsten sehr exakt zu fertigen ist und daher mit hohem Fertigungskosten und Toleranzproblemen verbunden ist. Im Falle einer Platzierung des Federelements zwischen Ventilteil und Steuerkolben kann sich dieses Federelement an dem Ventilteil ebenfalls über einen entsprechend vorgesehenen Sicherungsring abstützen. Alternatively, the control piston is biased by a spring element in the closed position. In a first variant of this embodiment, the spring element is received axially between the control piston and the valve member, while it is placed in an alternative alternative axially between the control piston and the nozzle needle. In both cases, a separate stroke stop can be omitted on the valve part, which is otherwise very accurate to manufacture and therefore associated with high manufacturing costs and tolerance problems. In the case of a placement of the spring element between the valve member and the control piston, this spring element can also be supported on the valve member via a correspondingly provided locking ring.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Steuerventil als Kugelventil mit einem Magnetaktor ausgeführt, wobei die Ablaufleitung über einen Ventilkolben des Kugelventils freigebbar oder verschließbar ist. Über einen Magnetaktor kann dabei eine zuverlässige Steuerung des Ventilkolbens erfolgen. Alternativ dazu kommen als Aktoren aber auch Piezoaktoren, magnetorestriktive Aktoren, etc. in Betracht. In a further development of the invention, the control valve is designed as a ball valve with a solenoid actuator, wherein the drain line is releasable or closable via a valve piston of the ball valve. A magnetic actuator can be used to reliably control the valve piston. Alternatively come as actuators but also piezo actuators, magnetorestrictive actuators, etc. into consideration.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der erfindungsgemäße Injektor Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine, welche mit Dieselkraftstoff betrieben wird. In diesem Fall handelt es sich dann bei dem Fluid um Dieselkraftstoff, der über den, als Kraftstoffinjektor ausgebildeten Injektor in einen zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine gesteuert eingespritzt werden kann. Dabei können durch entsprechende Steuerung des erfindungsgemäßen Injektors problemlos mehrere Einspritzungen mit beispielsweise einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung mit unterschiedlichen Kraftstoffmengen und Spritzdauern dargestellt und damit ein gutes Betriebs- und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine erreicht werden. According to one embodiment of the invention, the injector according to the invention is part of a common-rail injection system for a particular self-igniting internal combustion engine, which is operated with diesel fuel. In this case, the fluid is then diesel fuel which can be injected in a controlled manner via the injector designed as a fuel injector into an associated combustion chamber of the internal combustion engine. In this case, by appropriate control of the injector according to the invention easily multiple injections with, for example, a pilot injection, a main injection and a post-injection with different amounts of fuel and injection times shown and thus a good Operating and exhaust behavior of the internal combustion engine can be achieved.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es zeigt: It shows:

1 eine Darstellung eines Injektors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a representation of an injector according to a first embodiment of the invention;

2 eine vergrößerte Detailansicht im Bereich eines Ventilteils des Injektors aus 1; 2 an enlarged detail view in the region of a valve member of the injector 1 ;

3 eine vergrößerte Detailansicht im Bereich eines Ventilteils eines Injektors gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung; und 3 an enlarged detail view in the region of a valve member of an injector according to a second preferred embodiment of the invention; and

4 eine vergrößerte Detailansicht im Bereich eines Ventilteils eines Injektors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 4 an enlarged detail view in the region of a valve member of an injector according to a third embodiment of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In 1 ist ein Injektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei es sich bei diesem Injektor um einen Kraftstoffinjektor für ein Common-Rail-Einspritzsystem zum Anbau an einer selbstzündenden Brennkraftmaschine handelt. Hierbei wird von dem Kraftstoffinjektor Fluid in Form von Dieselkraftstoff in einen zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei setzt sich dieses Common-Rail-Einspritzsystem auf, dem Fachmann bekannte Art und Weise im Wesentlichen aus einem Tank, einer Niederdruckpumpe, einer Hochdruckpumpe mit einer Zumesseinheit, einem Hochdruckspeicher und einer, einer Anzahl an vorhandenen Brennräumen entsprechenden Anzahl erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektoren zusammen, wobei die genannten Bauteile in der angegebenen Reihenfolge über entsprechende Leitungen miteinander verschaltet sind. In 1 an injector according to a first embodiment of the invention is shown, wherein this injector is a fuel injector for a common rail injection system for mounting on a self-igniting internal combustion engine. In this case, the fuel injector injects fluid in the form of diesel fuel into an associated combustion chamber of the internal combustion engine. In this case, this common-rail injection system is composed of a tank, a low-pressure pump, a high-pressure pump with a metering unit, a high-pressure accumulator and a number of existing combustion chambers corresponding number of fuel injectors according to the invention, in which the mentioned components in the order specified via corresponding lines are interconnected.

Vorliegend verfügt der erfindungsgemäße Injektor über ein Injektorgehäuse 1, in welchem ein Steuerventil 2, ein Ventilteil 3 und eine Düsennadel 4 aufgenommen sind. Der Ventilteil 3 trennt dabei einen Hochdruckbereich 5 von einem Niederdruckbereich 6, welcher über einen Rücklauf 7 mit einem – vorliegend nicht weiter dargestellten – Tank verbunden ist. Das Steuerventil 2 ist dabei als Kugelventil mit einem Magnetaktor 8 und einem Ventilkolben 9 ausgeführt. Hierbei kann über das Steuerventil 2 mittelbar mit Hilfe des zwischenliegenden Ventilteils 3 gezielt eine Bewegung der Düsennadel 4 zwischen einer, vorliegend zu sehenden Schließstellung und einer Öffnungsstellung, in welcher dann der Dieselkraftstoff in den zugehörigen Brennraum mit Hochdruck eingespritzt wird, dargestellt werden, wobei hinsichtlich dieser im allgemeinen bekannten Funktionsweise auf die DE 10 2006 049 050 A1 verwiesen wird. In the present case, the injector according to the invention has an injector housing 1 in which a control valve 2 , a valve part 3 and a nozzle needle 4 are included. The valve part 3 separates a high pressure area 5 from a low pressure area 6 , which has a return 7 with a - not shown here - connected tank. The control valve 2 is a ball valve with a magnetic actuator 8th and a valve piston 9 executed. This can be done via the control valve 2 indirectly with the help of the intermediate valve part 3 specifically a movement of the nozzle needle 4 between a presently seen closed position and an open position, in which then the diesel fuel is injected into the associated combustion chamber with high pressure, are shown, with respect to this generally known operation on the DE 10 2006 049 050 A1 is referenced.

Aus 2 geht nun eine Detailansicht des, in 1 dargestellten Injektors im Bereich des Ventilteils 3 hervor. Wie zu erkennen ist, verfügt der Ventilteil 3 über ein Ventilgehäuse 10, das sich aus einem Führungselement 11 und einer darauf aufgesetzten Drosselplatte 12 zusammensetzt. Die Düsennadel 4 ist mit einem Schaftende 13 verschiebbar in dem Führungselement 11 geführt, wobei die Düsennadel 4 gemeinsam mit dem Führungselement 11 und der Drosselplatte 12 einen Steuerraum 14 begrenzen, welcher stirnseitig des Schaftendes 13 der Düsennadel 4 ausgestaltet ist. Dieser Steuerraum 14 ist dabei zum einen über eine Zulaufdrossel 15 mit dem Hochdruckbereich 5 und zum anderen über eine Ablaufleitung 16 mit dem Niederdruckbereich 6 verbunden, wobei die Verbindung der Ablaufleitung 16 mit dem Niederdruckbereich 6 über eine Ventilkugel 17 des, in dieser Ansicht nicht weiter zu sehenden Steuerventils 2 gezielt verschlossen oder freigegeben werden kann. Out 2 Now go to a detailed view of, in 1 illustrated injector in the region of the valve member 3 out. As can be seen, the valve part has 3 via a valve housing 10 that is made up of a guide element 11 and a throttle plate mounted thereon 12 composed. The nozzle needle 4 is with a shaft end 13 slidable in the guide element 11 guided, with the nozzle needle 4 together with the guide element 11 and the throttle plate 12 a control room 14 limit, which front side of the shaft end 13 the nozzle needle 4 is designed. This control room 14 is on the one hand via an inlet throttle 15 with the high pressure area 5 and on the other hand via a drain line 16 with the low pressure area 6 connected, the connection of the drain line 16 with the low pressure area 6 via a valve ball 17 of, in this view not visible control valve 2 can be selectively closed or released.

Als Besonderheit ist nun in dem Führungselement 11 ein verschiebbarer Steuerkolben 18 aufgenommen, welcher mit einem Außendurchmesser 19 in einer Bohrung 20 des Führungselements 11 axial verschiebbar geführt ist und hierbei den Steuerraum 14 in mehrere Druckräume 21, 22 und 23 unterteilt. Der erste Druckraum 21 ist dabei zwischen der Düsennadel 4, dem Führungselement 11 und dem Steuerkolben 18 definiert, während der zweite Druckraum 22 zwischen Steuerkolben 18, Führungselement 11 und Drosselplatte 12, sowie der dritte Druckraum 23 zwischen Steuerkolben 18 und Führungselement 11 ausgestaltet sind. As a special feature is now in the guide element 11 a sliding spool 18 taken, which with an outside diameter 19 in a hole 20 of the guide element 11 is guided axially displaceable and in this case the control room 14 in several pressure chambers 21 . 22 and 23 divided. The first pressure room 21 is between the nozzle needle 4 , the guide element 11 and the control piston 18 defined while the second pressure chamber 22 between control pistons 18 , Guide element 11 and throttle plate 12 , as well as the third pressure chamber 23 between control pistons 18 and guide element 11 are designed.

Wie ferner zu erkennen ist, weist der Steuerkolben 18 einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei an einem Quersteg des T’s auf einer, dem dritten Druckraum 23 zugewandten Seite eine umlaufende Dichtkante 24 vorgesehen ist, die bei Verschiebung des Steuerkolbens 18 in eine Schließstellung mit einem, am Führungselement 11 ausgestalteten Ventilsitz 25 dichtend zur Anlage kommt. Bei dieser Anlage wird dann der dritte Druckraum 23 von dem ersten Druckraum 21 abgetrennt, so dass auch der Zulauf über die Zulaufdrossel 15 im Bereich des dritten Druckraumes 23 von dem ersten Druckraum 21 abgetrennt ist. Hingegen sind der erste Druckraum 21 und der zweite Druckraum 22 ständig über eine Ablaufdrossel 26 miteinander verbunden, die durch eine, den Steuerkolben 18 axial durchdringende Bohrung gebildet ist. Schließlich ist noch zu erkennen, dass eine Öffnungsbewegung des Steuerkolbens 18 durch einen Hubanschlag 27 im Führungselement 11 begrenzt ist, welcher vorliegend durch einen Sicherungsring 27 gebildet ist und eine Öffnungsstellung des Steuerkolbens 18 definiert. As can also be seen, the control piston 18 a T-shaped cross section, wherein at a transverse web of the T's on one, the third pressure chamber 23 facing side a circumferential sealing edge 24 is provided, the displacement of the control piston 18 in a closed position with one, on the guide element 11 designed valve seat 25 comes sealingly to the plant. In this system then the third pressure chamber 23 from the first pressure room 21 separated, so that the supply via the inlet throttle 15 in the area of the third pressure chamber 23 from the first pressure room 21 is separated. By contrast, the first pressure chamber 21 and the second pressure chamber 22 constantly via an outlet throttle 26 interconnected by one, the control piston 18 axially penetrating bore is formed. Finally, it can be seen that an opening movement of the control piston 18 through a stroke stop 27 in the guide element 11 is limited, which in this case by a retaining ring 27 is formed and an open position of the control piston 18 Are defined.

Eine Bewegung des Steuerkolbens 18 wird nun entsprechend je vorherrschender Drücke in den Druckräumen 21, 22 und 23 gesteuert, welche über je zugehörige Druckflächen 28, 29 und 30 in entsprechende, auf den Steuerkolben 18 einwirkende Kräfte umgesetzt werden. Hierbei ist eine erste Druckfläche 28 des ersten Druckraumes 21 entgegengesetzt orientiert zu einer zweiten Druckfläche 29 des zweiten Druckraumes 10 und einer dritten Druckfläche 30 des dritten Druckraumes 23 am Steuerkolben 18 ausgestaltet, so dass bei Druckbeaufschlagung der ersten Druckfläche 28 auch eine entgegengesetzt orientierte Kraft zu, bei Druckbeaufschlagung der Druckflächen 29 und 30 hervorgerufenen Kräften in den Steuerkolben 18 eingeleitet wird. A movement of the control piston 18 will now be according to the prevailing pressures in the pressure chambers 21 . 22 and 23 controlled, which via each associated pressure surfaces 28 . 29 and 30 in corresponding, on the control piston 18 acting forces are implemented. Here is a first printing surface 28 of the first pressure chamber 21 oppositely oriented to a second printing surface 29 the second pressure chamber 10 and a third printing surface 30 of the third pressure chamber 23 on the control piston 18 designed so that when pressure is applied to the first pressure surface 28 also an oppositely oriented force to, when pressurizing the pressure surfaces 29 and 30 caused forces in the control piston 18 is initiated.

Bei nicht angesteuertem Steuerventil 2 herrschen in den Druckräumen 21, 22 und 23 annähernd gleiche Drücke. Die Druckflächen 28, 29 und 30 sind dabei derartig aufeinander abgestimmt, dass der Steuerkolben 18 in der dargestellten Öffnungsstellung steht, in welcher der erste Druckraum 21 nicht vom dritten Druckraum 23 getrennt ist. With non-activated control valve 2 prevail in the pressure chambers 21 . 22 and 23 approximately equal pressures. The printing surfaces 28 . 29 and 30 are matched to one another in such a way that the control piston 18 in the illustrated open position, in which the first pressure chamber 21 not from the third pressure chamber 23 is disconnected.

Um nun eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 4 einzuleiten, wird der Ventilkolben 9 des Steuerventils 2 über den Magnetaktor 8 gemeinsam mit der Kugel 17 angehoben, so dass die Ablaufleitung 16 in den Niederdruckbereich 6 und damit zum Rücklauf 7 freigegeben ist. In Folge dessen fällt der Druck im zweiten Druckraum 22 stark ab, so dass eine durch Druckbeaufschlagung der Druckflächen 28, 29 und 30 resultierende Kraft in Richtung der Schließstellung des Steuerkolbens 18 wirkt. Der Steuerkolben 18 hebt daraufhin von seinem Hubanschlag 27 ab und kommt mit der Dichtkante 24 am Ventilsitz 25 zur Anlage. Dadurch wird der erste Druckraum 21 vom dritten Druckraum 23 und damit auch von der Zulaufdrossel 25 getrennt, wobei aufgrund der Verbindung über die Ablaufdrossel 26 Fluid aus dem ersten Druckraum 21 in den druckentlasteten zweiten Druckraum 22 abströmt. Aufgrund dieser Druckreduzierung im ersten Druckraum 21 bewegt sich die Düsennadel 4 in eine Öffnungsstellung und wird dabei, auf dem Fachmann bekannte Art und Weise aus ihrem Ventilsitz gehoben, so dass ein Einspritzen von Fluid über den Injektor erfolgt. Now to an opening movement of the nozzle needle 4 to initiate, the valve piston 9 of the control valve 2 via the magnetic actuator 8th together with the ball 17 raised so that the drain line 16 in the low pressure area 6 and thus to the return 7 is released. As a result, the pressure drops in the second pressure chamber 22 strong, leaving one by pressurizing the pressure surfaces 28 . 29 and 30 resulting force in the direction of the closed position of the control piston 18 acts. The control piston 18 then lifts from his stroke stop 27 off and comes with the sealing edge 24 at the valve seat 25 to the plant. This will be the first pressure chamber 21 from the third pressure chamber 23 and thus also from the inlet throttle 25 separated, due to the connection via the outlet throttle 26 Fluid from the first pressure chamber 21 in the pressure-relieved second pressure chamber 22 flows. Due to this pressure reduction in the first pressure chamber 21 the nozzle needle moves 4 in an open position and is thereby raised in a manner known to those skilled in the art from its valve seat, so that an injection of fluid takes place via the injector.

Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird eine Ansteuerung des Magnetaktors 8 des Steuerventils 2 beendet, wodurch der Ventilkolben 9 mit der Kugel 17 wiederum die Ablaufleitung 16 verschließt. Daraufhin entweicht kein Fluid mehr über die Ablaufleitung 16 aus dem zweiten Druckraum 22, so dass sich über die Ablaufdrossel 26 nahezu gleiche Drücke zwischen dem ersten Druckraum 21 und dem zweiten Druckraum 22 einstellen können. Da der dritte Druckraum 23 aber über die Zulaufdrossel 15 mit dem Hochdruckbereich 5 verbunden ist und dementsprechend mit unter Hochdruck stehendem Fluid beaufschlagt ist, resultiert die Druckgleichheit in den beiden Druckräumen 21 und 22 darin, dass der Steuerkolben 18 wieder in die Öffnungsstellung am Hubanschlag 27 bewegt wird und in der Folge die Dichtkante 24 aus dem Ventilsitz 25 gehoben wird. Dies resultiert dann in einem Druckanstieg im ersten Druckraum 21 und über die Ablaufdrossel 26 auch wiederum im zweiten Druckraum 22. Dabei wird die Düsennadel 4 wieder in ihre Schließstellung bewegt, bis der Ventilkolben 9 und die Kugel 17 wiederum nach oben bewegt werden und eine erneute Einspritzung eingeleitet wird. To complete the injection process is a control of the magnetic actuator 8th of the control valve 2 stopped, causing the valve piston 9 with the ball 17 turn the drain line 16 closes. Thereupon no fluid escapes via the drain line 16 from the second pressure chamber 22 , so that over the drain throttle 26 almost equal pressures between the first pressure chamber 21 and the second pressure chamber 22 can adjust. Because the third pressure chamber 23 but via the inlet throttle 15 with the high pressure area 5 is connected and accordingly acted upon with high-pressure fluid, the pressure equality results in the two pressure chambers 21 and 22 in that the control piston 18 back to the open position on the stroke stop 27 is moved and subsequently the sealing edge 24 from the valve seat 25 is lifted. This then results in a pressure increase in the first pressure chamber 21 and over the drain throttle 26 also in the second pressure chamber 22 , This is the nozzle needle 4 moved back to its closed position until the valve piston 9 and the ball 17 be moved up again and re-injection is initiated.

Aus 3 geht eine Detailansicht eines Ventilteils 3‘ einer zweiten Ausführungsform eines Injektors hervor. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante ist hierbei zwischen dem Steuerkolben 18 und der Düsennadel 4 ein Federelement 31 vorgesehen, welches dementsprechend eine Öffnungsbewegung des Steuerkolbens 18 begrenzt. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung nach 3 der im Vorfeld beschriebenen Variante. Out 3 goes a detail view of a valve part 3 ' a second embodiment of an injector. In contrast to the previously described variant is here between the control piston 18 and the nozzle needle 4 a spring element 31 provided, which accordingly an opening movement of the control piston 18 limited. Otherwise, the embodiment corresponds to 3 the variant described above.

Schließlich geht aus 4 noch eine Detailansicht eines Injektors entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich eines Ventilteils 3‘‘ hervor. Auch in diesem Fall ist wieder ein Federelement 31 vorgesehen, über welches eine Öffnungsbewegung des Steuerkolbens 18 begrenzt wird, indem es den Steuerkolben 18 in seine Schließstellung vorspannt. Unterschiedlich zu der im Vorfeld beschriebenen Variante ist hierbei allerdings, dass das Federelement 31 in diesem Fall zwischen dem Steuerkolben 18 und einem Sicherungsring 32 platziert ist, der am Führungselement 11 vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung gemäß 4 sonst den beiden vorgenannten Ausgestaltungen. Finally, go out 4 a detailed view of an injector according to a third preferred embodiment of the invention in the region of a valve member 3 '' out. Also in this case is again a spring element 31 provided, via which an opening movement of the control piston 18 is limited by the control piston 18 biased in its closed position. Different from the previously described variant, however, is that the spring element 31 in this case between the spool 18 and a circlip 32 is placed on the guide element 11 is provided. Incidentally, the embodiment corresponds to 4 otherwise the two aforementioned embodiments.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Injektors kann dessen Betriebsverhalten auf vorteilhafte Weise verbessert werden. By means of the embodiments of an injector according to the invention, its operating behavior can be improved in an advantageous manner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006049050 A1 [0002, 0007, 0023]

Claims

Injector for a fluid, in particular fuel injector, comprising a nozzle needle ( 4 ), which at a shaft end ( 13 ) is displaceably guided and together with a valve member ( 3 ; 3 '; 3 '' ) one, the end face of the shaft end ( 13 ) control room ( 14 ), which on the one hand via an inlet throttle ( 15 ) with a high pressure area ( 5 ) and on the other hand by means of a drain line ( 16 ) with a return ( 7 ), the connection of the drain line ( 16 ) to the return ( 7 ) via a control valve ( 2 ) is releasable or closable, characterized in that in the valve part ( 3 ; 3 '; 3 '' ) a control piston ( 18 ) is slidably guided, which the control room ( 14 ) into several pressure chambers ( 21 . 22 . 23 ), of which a first pressure chamber ( 21 ) between the shaft end ( 13 ) and the control piston ( 18 ) and with the inlet throttle ( 15 ), whereas a second pressure chamber ( 22 ) on a first pressure chamber ( 21 ) facing away from the control piston ( 18 ) and with the drain line ( 16 ) is coupled, wherein the control piston ( 18 ) when releasing the drain line ( 16 ) by the control valve ( 2 ) in a closed position, in which the control piston ( 18 ) the inlet throttle ( 15 ) from the first pressure chamber ( 21 ) separates.

Injector according to claim 1, characterized in that the control piston ( 18 ) has a T-shaped cross section, on which a circumferential sealing edge ( 24 ) is configured, said sealing edge ( 24 ) in the closed position of the control piston ( 18 ) on one, on the valve part ( 3 ; 3 '; 3 '' ) designed valve seat ( 25 ) comes sealingly to the plant and the first pressure chamber ( 21 ) of a third, constantly with the inlet throttle ( 15 ) associated pressure chamber ( 23 ) separates.

Injector according to claim 2, characterized in that on the control piston ( 18 ) a first, the first pressure chamber ( 21 ) associated printing surface ( 28 ) oriented opposite to a second, the second pressure chamber ( 22 ) associated printing surface ( 29 ) and a third, the third pressure chamber ( 23 ) associated printing surface ( 30 ) is configured.

Injector according to claim 3, characterized in that the pressure surfaces ( 28 . 29 . 30 ) are selected in relation to each other in such a way that at a higher pressure in the first pressure chamber ( 21 ) than in the second pressure chamber ( 22 ) on the control piston ( 18 ) acts an effective force in the direction of the closed position, whereas the control piston ( 18 ) at the same pressures in the first ( 21 ) and in the second pressure chamber ( 22 ) is acted upon by an effective, acting in the direction of an open position force.

Injector according to claim 1, characterized in that the first pressure chamber ( 21 ) and the second pressure chamber ( 22 ) via an outlet throttle ( 26 ) connected by a, the control piston ( 18 ) axially penetrating bore is formed.

Injector according to claim 1, characterized in that a movement of the control piston ( 18 ) in an open position by a stroke stop ( 27 ), which on the valve part ( 3 ) is configured.

Injector according to claim 1, characterized in that the control piston ( 18 ) via a spring element ( 31 ) is biased in the closed position, which axially between the control piston ( 18 ) and the nozzle needle ( 4 ) is recorded.

Injector according to claim 1, characterized in that the control piston ( 18 ) via a spring element ( 31 ) is biased in the closed position, which axially between the control piston ( 18 ) and the valve part ( 3 '' ) is recorded.

Injector according to claim 1, characterized in that the control valve ( 2 ) as a ball valve with a magnetic actuator ( 8th ) is executed, wherein the drain line ( 16 ) via a valve piston ( 9 ) of the ball valve is releasable or closable.

Common rail injection system with an injector according to one of the preceding claims.