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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Pilotventil zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2011 051 903 A1 ist ein KraftstoffEinspritzinjektor bekannt, der zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Zur Durchführung eines Einspritzvorgangs wird ein elektromagnetischer Aktor, der Teil eines Pilotventiles ist, im Einspritzinjektor bestromt, wodurch eine Ankerstange des Pilotventils verstellt und die Düsennadel aus ihrem Dichtsitz angehoben wird, so dass Kraftstoff austreten kann. Die Ankerstange des Pilotventils ist in einem Ankerstangenfiihrungsteil verstellbar gelagert, das ein Gehäuseteil bildet.
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DE 10 36 572 B zeigt eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, die in einem Gehäuse einen Antriebskolben und ein Einspritzventil aufweist, wobei der Antriebskolben in einer ringförmig umgebenen Kammer liegt, in die zur Durchführung des Einspritzvorgangs unter Hochdruck stehender Kraftstoff über eine seitliche Einlassöffnung und Längsbohrungen gelangt. Der Kraftstoff in der Kammer bewirkt eine Kühlung des Kolbens. Bei der Einspritzung bewegt sich der Antriebskolben nach oben und öffnet das Einspritzventil, wodurch der Kraftstoff aus der Kammer in die Verbrennungskammer gelangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Einspritzinjektor mit einfachen konstruktiven Maßnahmen betriebssicher auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzinjektor, mit dem Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, weist ein Pilotventil zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel auf, die zur Durchführung des Einspritzvorganges aus ihrem Dichtsitz angehoben wird, woraufhin Kraftstoff über eine Einspritzdüse des Einspritzinjektors austreten kann. Das Pilotventil weist einen Anker mit einer Ankerstange auf, wobei der Anker vorzugsweise auf elektromagnetischem Wege für den Einspritzvorgang angehoben werden kann. Die Ankerstange ist in einem gehäusefesten Ankerstangenfiihrungsteil beweglich aufgenommen und geführt. Das Führungsspiel der Ankerstange im Ankerstangenfiihrungsteil ist üblicherweise klein bemessen und beträgt beispielsweise maximal 6 µm.
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Um eine Belagsbildung im Bereich der Führung der Ankerstange im Ankerstangenfiihrungsteil zu verhindern oder zumindest das Risiko einer Belagsbildung zu reduzieren, wird die Temperatur im Ankerstangenführungsteil mithilfe einer Kühlkammer reduziert, an der zumindest ein Abschnitt des Ankerstangenfiihrungsteils anliegt. Die Kühlkammer ist mit mindestens einer Kraftstoffleitung strömungsverbunden und wird über diese Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt, dessen Temperatur tief genug ist, um das Ankerstangenführungsteil zu kühlen. Auf diese Weise kann die Temperatur einer Kraftstoff-Permanentleckage, die sich entlang der Mantelfläche der Ankerstange innerhalb des Ankerstangenfiihrungsteils ausbreitet und zunächst eine höhere Temperatur als der Kraftstoff in der Kühlkammer aufweist, auf eine Temperatur abgesenkt werden, bei der das Risiko einer Belagsbildung an der Mantelfläche der Ankerstange oder der Innenwand des Ankerstangenführungsteils ausgeschlossen oder zumindest reduziert ist. Die Kraftstofftemperatur der Kraftstoff-Permanentleckage wird durch die Kühlung des Ankerstangenfiihrungsteils auf eine im Hinblick auf die Belagsbildung unkritische Temperatur abgesenkt. Dementsprechend ist ein dauerhaft ordnungsgemäßes Funktionieren der Verstellbewegung der Ankerstange im Ankerstangenfiihrungsteil gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Kühlkammer mit einer Kraftstoffversorgungsleitung strömungsverbunden, über die der Einspritzdüse an der Spitze des Einspritzinjektors Kraftstoff zuführbar ist. Über diese Kraftstoffversorgungsleitung erfolgt die Zufuhr eines Hauptkraftstoffstromes zu der Einspritzdüse. Die Kraftstoffversorgungsleitung ist vorzugsweise als ein Kanal oder eine Bohrung in einem Gehäuseteil des Einspritzinjektors ausgeführt, der Kraftstoff in der Kraftstoffversorgungsleitung steht unter Hochdruck. Die Kühlkammer ist vorzugsweise über einen Verbindungskanal mit der Kraftstoffversorgungsleitung verbunden, so dass ein Teil des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes aus der Kraftstoffversorgungsleitung in die Verbindungsleitung abzweigt und zur Kühlkammer geführt wird. Auch der Verbindungskanal kann als eine Bohrung in dem Gehäuseteil ausgeführt sein. In einer alternativen Ausführung grenzt die Kühlkammer unmittelbar an die Kraftstoffversorgungsleitung an.
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Das Ankerstangenführungsteil liegt zumindest teilweise an der Kühlkammer an. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Kühlkammer ringförmig ausgebildet und umgreift das Ankerstangenführungsteil oder bildet eine ringförmige Kammer innerhalb des Ankerstangenfiihrungsteils. Bei einer umgreifenden Ausführung der Kühlkammer wird diese radial nach innen von der Außenwand des Ankerstangenfiihrungsteils und radial nach außen von dem aufnehmenden Gehäuseteil begrenzt. Die ringförmige Ausführung hat den Vorteil, dass das Ankerstangenführungsteil von allen Seiten gleichmäßig mit dem Kraftstoff in der Kühlkammer in Kontakt steht und gekühlt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Kühlkammer mit einer zweiten Kraftstoffleitung verbunden, die eine Rückführleitung zur Ableitung des Kraftstoffs bildet, wobei die Rückführleitung von der ersten Kraftstoffleitung beabstandet ist. Über die erste Kraftstoffleitung - der Verbindungskanal zur Kraftstoffversorgungsleitung oder unmittelbar die Kraftstoffversorgungsleitung - wird der Kraftstoff in die Kühlkammer eingeleitet, über die Rückführleitung erfolgt die Ableitung des Kraftstoffs aus der Kühlkammer. Die Rückführleitung führt den Kraftstoff vorteilhafterweise aus der Kühlkammer zur Einspritzdüse. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass eine fortlaufende Durchströmung der Kühlkammer und entsprechend eine Kühlung des Ankerstangenführungsteils gewährleistet ist. Der Kraftstoff in der Kühlkammer steht unter dem gleichen Druck wie in der Kraftstoffversorgungsleitung und wird unter diesem Druck der Einspritzdüse wieder zugeführt, so dass kein Kraftstoffverlust und kein Druckverlust entsteht.
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Bei der ringförmigen Ausführung der Kühlkammer befinden sich die Mündungsöffnungen des Verbindungskanals zur Kraftstoffversorgungsleitung einerseits und der Rückführleitung andererseits bevorzugt zumindest annähernd an diametral gegenüberliegenden Seiten der Kühlkammer, so dass diese von dem eintretenden Kraftstoff in beide Umfangsrichtungen bis zur Ableitung über die Rückführleitung durchströmt wird.
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Das Ankerstangenführungsteil ist als eine Führungsbuchse ausgebildet, die innerhalb des Gehäuseteils in einem Pilotventilraum angeordnet ist. Die Führungsbuchse kann aus dem gleichen oder einem sich unterscheidenden Material wie das Gehäuseteil gefertigt sein. Die Ankerstange ist mit minimalem Spiel in der Führungsbuchse aufgenommen und innerhalb der Führungsbuchse, die gehäusefest gehalten ist, axial - bezogen auf die Längsachse des Einspritzinjektors - verstellbar gelagert. Die Kühlkammer befindet sich bevorzugt an der Außenseite der Führungsbuchse und umgreift die Führungsbuchse ringförmig.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung besitzt die Kühlkammer axial eine geringere Erstreckung als das Ankerstangenführungsteil. In der Ausführung des Ankerstangenführungsteils als Führungsbuchse sowie der ringförmigen Ausbildung der Kühlkammer auf der Außenseite der Führungsbuchse besitzt die Kühlkammer vorteilhafterweise zu beiden axialen Stirnseiten der Führungsbuchse einen Abstand.
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Die Kühlkammer ist von dem Pilotventilraum strömungsdicht separiert, um einen Leckagestrom von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in der Kühlkammer zum Pilotventilraum zu vermeiden. Indem die ringförmige Kühlkammer auf der Außenseite der Führungsbuchse einen axialen Abstand zur Stirnseite der Führungsbuchse aufweist, die frei in den Pilotventilraum einragt, kann die Dichtigkeit der Kühlkammer gewährleistet werden.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird das Gehäuseteil, das den Anker und die Ankerstange des Pilotventils aufnimmt, im Laserschmelzverfahren gefertigt. Bei diesem 3D-Druckverfahren wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform schichtweise aufgebracht und Schicht für Schicht mittels eines Laserstrahls lokal geschmolzen, so dass nach der Erstarrung eine feste Materialschicht gebildet ist. Als pulverförmiger Werkstoff wird bevorzugt ein Metallpulver verwendet. Das Laserschmelzverfahren hat den Vorteil, dass das Ankerstangenführungsteil als Bestandteil des Gehäuseteils gefertigt werden kann, außerdem kann die Kühlkammer ebenfalls während des3D-Druckverfahrens hergestellt und in das Gehäuseteil integriert werden.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt längs durch einen Kraftstoff-Einspritzinjektor im Bereich eines in das Gehäuse des Injektors integrierten Pilotventils, mit einer Führungsbuchse zur Führung einer Ankerstange, wobei die Führungsbuchse von einer ringförmigen Kühlkammer umgriffen ist,
- 2 einen Schnitt längs durch den Kraftstoff-Einspritzinjektor im Bereich des Pilotventils, jedoch in einer versetzten Schnittebene mit einer Darstellung einer mit der Kühlkammer verbundenen Rückführleitung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist ausschnittsweise ein Kraftstoff-Einspritzinjektor dargestellt, über den Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Der Kraftstoff-Einspritzinjektor 1 weist ein Gehäuseteil 2 auf, das ein Pilotventilgehäuse bildet und ein Pilotventil 3 aufnimmt, über das die Hubbewegung einer Düsennadel zur Durchführung des Einspritzvorgangs gesteuert werden kann. Das Pilotventil 3 weist einen Anker 4 mit einer Ankerstange 5 auf, wobei der Anker 4 elektromagnetisch betätigbar ist. Die Ankerstange 5 erstreckt sich in einen Pilotventilraum 6 hinein, der in dem Gehäuseteil 2 gebildet ist, und ist in einem als Führungsbuchse ausgebildeten Ankerstangenführungsteil 7 mit geringem Spiel aufgenommen und geführt. Die Führungsbuchse 7 ist separat von dem Gehäuseteil 2 ausgebildet und fest mit dem Gehäuseteil 2 verbunden. Die Ankerstange 5 kann axial - bezogen auf die Längsachse 8 des Kraftstoff-Einspritzinjektors 1 - in der Führungsbuchse 7 verstellt werden und eine axiale Auf- und Abbewegung ausführen.
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Das Gehäuseteil 2 grenzt nach unten - in Richtung der Einspritzdüse - an eine Ventilplatte 9 an, in die koaxial zur Ankerstange 5 ein Absteuerraum 10 in Form einer Bohrung eingebracht ist. Im Betrieb des Kraftstoff-Einspritzinjektors 1 kann sich eine Kraftstoff-Permanentleckage aus dem Pilotventilraum 6 entlang der Mantelfläche der Ankerstange 5 bis in den Bereich der Führungsbuchse 7 ausbreiten.
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In die Ventilplatte 9 ist außerdem parallel zum Absteuerraum 10 eine mit dem Pilotventilraum 6 strömungsverbundene Kanalverbindung 11 eingebracht, über die ein Anschluss an die niederdruckseitige Kraftstoffversorgung erfolgt.
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Um die Kraftstoff-Permanentleckage zur Verhinderung einer Belagsbildung im Bereich der Führung in der Führungsbuchse 7 zu kühlen und die Kraftstofftemperatur der Permanentleckage unterhalb eines Temperaturgrenzwertes zu halten, ab dem die Gefahr einer Belagsbildung besteht, ist die Führungsbuchse 5 von einer ringförmigen Kühlkammer 12 umgriffen, durch die Kraftstoff von der Hochdruckseite, der eine niedrigere Temperatur aufweist als die Kraftstoff-Permanentleckage, geführt ist. Die Kühlkammer 12 befindet sich auf der Außenseite der Führungsbuchse 7 und wird radial nach innen von der Außenwand der Führungsbuchse 7 begrenzt und radial nach außen von dem Gehäuseteil 2.
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Die Kühlkammer 12 ist über einen Verbindungskanal 13 mit einer Kraftstoffversorgungsleitung 14 verbunden, die als Kanal ausgeführt ist und in das Gehäuseteil 2 eingebracht ist. Über die Kraftstoffversorgungsleitung 14 wird Kraftstoff unter Hochdruck zur Einspritzdüse an der Spitze des Kraftstoff-Einspritzinjektors geführt. Der Verbindungskanal 13, der von der Kraftstoffversorgungsleitung 14 abzweigt und in die ringförmige Kühlkammer 12 mündet, weist eine kleinere Querschnittsfläche auf als die Kraftstoffversorgungsleitung 14.
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Wie 2 zu entnehmen, verzweigt von der ringförmigen Kühlkammer 12 eine Rückführleitung 15, die mit einem Kanal 16 in der Ventilplatte 9 strömungsverbunden ist. Über die Rückführleitung 15 und den Kanal 16 wird der Kraftstoff aus der Kühlkammer 12 in Richtung der Einspritzdüse geleitet.
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Der Verbindungskanal 13 (1), über den Kraftstoff aus der Kraftstoffversorgungsleitung 14 in die Kühlkammer 12 geleitet wird, und die Rückführleitung 15 befinden sich zumindest annähernd auf diametral gegenüberliegenden Seiten der ringförmigen Kühlkammer 12. Dies gewährleistet, dass der über den Verbindungskanal 13 in die Kühlkammer 12 geführte Kraftstoff sich in beide Richtungen in Umfangsrichtung entlang der Kühlkammer 12 ausbreitet und auf der etwa gegenüberliegenden Seite über die Rückführleitung 15 wieder abgeleitet wird. Hierdurch ist eine effektive Kühlung der Führungsbuchse 7 und damit auch der Kraftstoff-Permanentleckage insbesondere im Bereich der Führung der Ankerstange 5 in der Führungsbuchse 7 gewährleistet. Die Kühlung der Kraftstoff-Permanentleckage verhindert eine Belagsbildung oder reduziert zumindest das Risiko einer Belagsbildung.
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Die Kühlkammer 12 weist eine geringere axiale Erstreckung als die Führungsbuchse 7 auf und ist strömungsdicht gegenüber dem Pilotventilraum 6 separiert. Die Kühlkammer 12 ist mit Abstand zu beiden axialen Stirnseiten der Führungsbuchse 7 angeordnet. Die radiale Erstreckung der Kühlkammer 12 ist kleiner als die radiale Wanddicke der Führungsbuchse 7 im axialen Bereich der Kühlkammer.
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Das Gehäuseteil 2 kann im Wege des Laserschmelzverfahrens als 3D-Druckteil hergestellt werden. In diesem Fall ist die Führungsbuchse 7 einteilig mit dem Gehäuseteil 2 ausgeführt. Auch die ringförmige Kühlkammer 12 kann bei diesem Fertigungsverfahren im Gehäuseteil erzeugt werden. Hierbei wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform schichtweise aufgebracht und schichtweise mittels eines Laserstrahls geschmolzen. Nach dem Erstarren werden auf die feste Materialschicht weitere Schichten aufgebracht, die in entsprechender Weise mittels eines Laserstrahls bearbeitet werden.
