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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger, aus der Praxis bekannter Kraftstoffinjektor weist eine Düsennadel auf, die in einem Führungsbereich eines Injektorgehäuses radial geführt ist. Um ein Zuströmen von Kraftstoff in den Bereich wenigstens einer im Injektorgehäuse ausgebildeten Einspritzöffnung zu ermöglichen, weist die Düsennadel, zumindest in dem angesprochenen Führungsbereich, wenigstens eine, in der Praxis jedoch mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Abflachungen auf, sodass zwischen den Abflachungen und der Innenwand des Führungsbereichs in Längsrichtung der Düsennadel ausgebildete Strömungsquerschnitte ausgebildet werden, über die der Kraftstoff zu der wenigstens einen Einspritzöffnung strömen kann. Die Betätigung der Düsennadel erfolgt bei dem bekannten Kraftstoffinjektor beispielsweise über ein mittels eines Piezoaktuators betätigbaren Servoventils, das den Abfluss aus einem Steuerraum zu einem Kraftstoffrücklauf steuert.
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Wichtig für die genaue Zumessung des Kraftstoffs bzw. die Einhaltung gewünschter Abgaswerte ist ein möglichst verzögerungsfreies Öffnen und Schließen der Düsennadel. Bei den bekannten Kraftstoffinjektoren hat es sich in der Praxis herausgestellt, dass insbesondere die Schließbewegung, sind keine weiteren Maßnahmen getroffen, mit einer gewissen Verzögerung erfolgt. Daher ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, den Strömungsquerschnitt zwischen der Innenwand des Führungsbereichs am Injektorgehäuse und den Abflachungen an der Düsennadel durch Ausbilden von quer zur Längsachse der Düsennadel angeordneten Drosselstegen gezielt zu verengen. Durch diese Drosselstege wird bei einer sich schließenden Düsennadel durch die Drosselung eine zusätzliche, schließende Kraft auf die Düsennadel erzeugt, die die Düsennadel schneller schließen lässt. Nachteilhaft bei einer derartigen Maßnahme ist jedoch, dass während der Einspritzung, d.h. während der Öffnungsstellung der Düsennadel, durch den im Bereich des Drosselstegs verengten Strömungsquerschnitt der effektive Einspritzdruck am Düsensitz verringert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass einerseits ein möglichst schnelles Schließen der Düsennadel ermöglicht wird, andererseits jedoch der effektive Einspritzdruck am Düsensitz bzw. im Bereich der Einspritzöffnung gegenüber einer Lösung ohne Drosselsteg nicht, oder zumindest nur unwesentlich, verringert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Drosselsteg im Übergangsbereich zwischen dem Führungsbereich der Düsennadel und dem im Querschnitt vergrößerten Speicherbereich des Hochdruckraums angeordnet ist, derart, dass in der Schließstellung der Düsennadel der Drosselsteg im Führungsbereich und in der Öffnungsstellung der Düsennadel der Drosselsteg in dem Speicherbereich angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird erfindungsgemäß der Vorteil erzielt, dass die Wirkung des Drosselstegs, d.h. die Erhöhung der Schließkraft, im Wesentlichen lediglich in einer Phase stattfindet, in der sich die Düsennadel im Bereich ihrer Schließstellung befindet, während in der Öffnungsstellung, bei angehobener Düsennadel, der Drosselsteg in dem einen größeren Querschnitt aufweisenden Speicherbereich des Injektorgehäuses angeordnet ist, sodass für das Zuströmen des Kraftstoffs in den Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung der volle Strömungsquerschnitt im Führungsbereich zwischen der Abflachung und dem Injektorgehäuse zur Verfügung steht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche
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Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass in der Schließstellung der Düsennadel der Drosselsteg unterhalb einer am Injektorgehäuse ausgebildeten Steuerkante angeordnet ist. Die Steuerkante bildet dabei im Zusammenhang mit dem Drosselsteg die gewünschte Drosselstelle aus.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn in der Schließstellung der Düsennadel die dem Speicherbereich zugewandte Oberseite des Drosselstegs mit der Oberkante der Steuerkante in einer Ebene angeordnet ist. Diese Lösung hat den besonderen Vorteil, dass bereits bei einem geringen Öffnungshub der Düsennadel der Drosselsteg sich vollständig im Speicherbereich des Hochdruckraums befindet, sodass ein zumindest nahezu ungehinderter Zufluss bzw. Nachfluss von Kraftstoff in Richtung zu der wenigstens einen Einspritzöffnung ermöglicht wird.
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In strömungstechnisch bevorzugter Ausgestaltung des Hochdruckraums, bei dem sich gleichzeitig die Steuerkante auf relativ einfache Art und Weise realisieren lässt, wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Führungsbereich und dem Speicherbereich ein kegelförmiger Übergangsbereich im Injektorgehäuse ausgebildet ist, und dass die Steuerkante durch eine dem Speicherbereich zugewandte Stirnseite des Führungsbereichs gebildet ist, an die sich, radial nach außen versetzt, der Übergangsbereich anschließt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Übergangsbereich zwischen einem Führungsbereich der Düsennadel zu einem im Querschnitt vergrößerten Hochdruckraum im Längsschnitt, wobei sich die Düsennadel in einer Schließstellung befindet,
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2 den Teilbereich gemäß 1 während einer Öffnungsstellung der Düsennadel und
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3 einen Schnitt durch die Düsennadel in der Ebene III-III gemäß der 2. Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 dargestellt, wie er zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine dient. Vorzugsweise findet die Erfindung Verwendung bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Die Erfindung ist jedoch prinzipiell auch für den Einsatz bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen geeignet.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, in dessen Innenraum ein Hochdruckraum 12 in Form einer Ausnehmung ausgebildet ist. In dem Hochdruckraum 12 befindet sich unter hohem Druck, üblicherweise unter dem Druck eines Speicherelements in Form eines Rails stehender Kraftstoff. Der Hochdruckraum 12 ist in zwei Bereiche unterteilt: einen einen relativ geringen Querschnitt aufweisenden Führungsbereich 13 sowie einen, im Vergleich zum Führungsbereich 13 einen größeren Querschnitt aufweisenden Speicherbereich 14. Der Führungsbereich 13 geht unterhalb des in der 1 dargestellten Ausschnitts in einen Düsenkörper über bzw. ist Bestandteil eines Düsenkörpers, in dem auch wenigstens eine nicht dargestellte Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
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In dem Hochdruckraum 12 ist eine Düsennadel 15 in Richtung des Doppelpfeils 16 auf- und abbeweglich geführt. In der in der 1 dargestellten abgesenkten Position, der Schließstellung der Düsennadel 15, wird die wenigstens eine erwähnte Einspritzöffnung im Injektorgehäuse 11 verschlossen, um ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu verhindern. Demgegenüber gibt die Düsennadel 15 in ihrer in der 2 dargestellten, angehobenen Position (Öffnungsstellung) die wenigstens eine Einspritzöffnung im Injektorgehäuse 11 zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine frei. Die Betätigung der Düsennadel 15 erfolgt mittels eines nicht dargestellten Aktuators, beispielsweise eines Piezoaktuators, der den Abfluss von Kraftstoff aus einem Steuerraum in Richtung eines Niederdruckbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems mittels eines Servoventils regelt. Da die Art des Aktuators für die Erfindung prinzipiell nicht von Bedeutung ist, und darüber hinaus derartige Betätigungsmechanismen aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt sind, wird im Weiteren nicht auf die genaue Bauweise des Aktuators eingegangen.
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Um ein Zuströmen von Kraftstoff aus dem Speicherbereich 14 des Hochdruckraums 12 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung im Injektorgehäuse 11 zu ermöglichen, weist die Düsennadel 15, wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, drei, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Abflachungen 18 auf. Diese Abflachungen 18 werden durch Schleifen der einen runden Querschnitt aufweisenden Düsennadel 15 erzeugt. Der Querschnitt der Düsennadel 15 weist gerundet ausgebildete, in Längsrichtung der Düsennadel 15 verlaufende Führungskanten 19 auf, die am Innenumfang des einen ebenfalls runden Querschnitt aufweisenden Führungsbereichs 13 unter minimalem Führungsspiel anliegen und somit der radialen Führung der Düsennadel 15 dienen.
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Die Abflachungen 18 sind an der Düsennadel 15 axial über den Führungsbereich 13 hinaus bis in den Speicherbereich 14 des Hochdruckraums 12 verlängert ausgebildet. Im Bereich wenigstens einer Abflachung 18, vorzugsweise jedoch im Bereich aller Abflachungen 18, ist ein quer zur Längsrichtung der Düsennadel 15 angeordneter Drosselsteg 20 ausgebildet. Der Drosselsteg 20 lässt sich insbesondere beim Herstellen der Abflachungen 18 ausbilden, indem im Bereich der Drosselstege 20 das Material der Düsennadel 15 nicht bis zum Grund der Abflachungen 18 abgeschliffen wird.
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Zwischen dem Führungsbereich 13 und dem Speicherbereich 14 des Hochdruckraums 12 ist ein kegelförmiger Übergangsbereich 21 ausgebildet, der auf der dem Führungsbereich 13 zugewandten Seite nicht bis zum Innendurchmesser des Führungsbereichs 13 reicht, sondern radial vor diesem endet. Dadurch wird von der einen Stirnseite des Führungsbereichs 13 eine Steuerkante 22 ausgebildet, die als radial umlaufende Steuerkante 22 mit den Drosselstegen 20 zusammenwirkt, indem ein ringförmiger Drosselspalt ausgebildet wird.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Drosselstege 20 in Bezug auf die Längsachse der Düsennadel 15 an einer Position angeordnet sind, bei der diese in der in der 1 dargestellten Schließstellung der Düsennadel 15 zumindest mit ihren Unterkanten in den Führungsbereich 13 eintauchen, d.h. sich unterhalb der Steuerkante 22 befinden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die dem Speicherbereich 14 zugewandte Oberseite 23 des Drosselstegs 20 mit der dem Speicherbereich 14 zugewandten Oberseite der Steuerkante 22 bündig abschließt, d.h. eine gemeinsame Ebene bildet.
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In der in der 2 dargestellten Öffnungsstellung der Düsennadel 15 befinden sich die Drosselstege 20 demgegenüber axial in einer Position innerhalb des Speicherbereichs 14, in der insbesondere ein möglichst ungestörter Zufluss von Kraftstoff aus dem Speicherbereich 14 in Richtung des Führungsbereichs 13 ermöglicht wird. Beim Schließen der Düsennadel 15 aus der in der 2 dargestellten Öffnungsstellung in Richtung der in der 1 dargestellten Schließstellung gelangen die Drosselstege 20 in Wirkverbindung mit der Steuerkante 22 am Injektorgehäuse 11, wodurch infolge der Drosselung eine zusätzliche, in Schließrichtung der Düsennadel 15 wirkende hydraulische Kraft auf die Düsennadel 15 erzeugt wird, die ein schnelleres Schließen der Düsennadel 15 ermöglicht.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere sind die genaue Bauart des Kraftstoffinjektors 10 sowie dessen Elemente zur Betätigung der Düsennadel 15 nicht erfindungswesentlich, sondern können von beliebiger, aus dem Stand der Technik bekannter Art sein.
