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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, der insbesondere als Bestandteil eines Common-Rail-Systems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche ist aus der
EP 2 347 115 B1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist innerhalb eines Injektorgehäuses ein Ventilstück angeordnet, das auf der wenigstens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite eine Bohrung aufweist, in die ein axialer Endbereich einer Düsennadel eintaucht. Die Bohrung begrenzt zusammen mit der Düsennadel einen Steuerraum, der über einen Abströmkanal mit integrierter Abströmdrossel in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors druckentlastbar ist. Der Zufluss von Kraftstoff in den Steuerraum erfolgt über eine Zuströmbohrung, die in einer radial um eine Längsachse des Ventilstücks bzw. der Düsennadel umlaufenden Wand in dem Ventilstück ausgebildet ist. Diese Zuströmbohrung ist hydraulisch mit einem Hochdruckraum verbunden. Der Hochdruckraum ist wiederum über einen Zuströmkanal mit einer unter Hochdruck stehenden Kraftstoffversorgung (insbesondere Rail) hydraulisch gekoppelt. Die Einströmöffnung des Zuströmkanals in den Hochdruckraum sowie die Einströmöffnung der Zulaufbohrung in den Steuerraum auf der dem Steuerraum abgewandten Seite befinden sich in Bezug zur Längsachse auf derselben Höhe, jedoch beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten, d.h. um 180° zueinander versetzt, wobei die Drehwinkellage der Einströmöffnungen des Zuströmkanals und der Zulaufbohrung jedoch zufällig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass er gegenüber in den Steuerraum über den Zulaufkanal einströmende Partikeln besonders robust ausgebildet ist. Insbesondere ermöglicht es der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor, dass die Anzahl von derartigen Partikeln, die in den Steuerraum einströmen könnten, minimiert ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Strömungsweg für über den Zulaufkanal in den Hochdruckraum einströmenden Kraftstoff in Richtung der Zulaufbohrung derart geometrisch anzuordnen bzw. auszubilden, dass beim Strömen des Kraftstoffs von der ersten Einströmöffnung im Bereich des Zulaufkanals in Richtung der zweiten Einspritzöffnung im Bereich der Zulaufbohrung von dem Kraftstoff ggf. mittransportierte Partikel möglichst nicht in den Bereich der zweiten Einströmöffnung bzw. in die Zulaufbohrung gelangen. Hierzu zeigt die Erfindung zwei unterschiedliche Lösungsansätze auf, die entweder einzeln, oder aber in Kombination miteinander anwendbar sind.
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In einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors gemäß der Lehre des ersten unabhängigen Anspruchs ist es vorgesehen, dass zwischen einer ersten Einströmöffnung des Zulaufkanals in den Hochdruckraum und einer zweiten Einströmöffnung der Zulaufbohrung auf der dem Steuerraum abgewandten Seite ein in Richtung der Längsachse ausgebildeter Abstand vorgesehen ist, wobei die erste Einströmöffnung zur wenigstens einen Einspritzöffnung einen geringeren Abstand in Richtung der Längsachse aufweist als die zweite Einströmöffnung.
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Mit anderen Worten gesagt schlägt es somit eine erste Ausgestaltung vor, dass der Zulaufkanal im Bereich des Injektorgehäuses bzw. des Hochdruckraums unterhalb der Einströmöffnung der Zulaufbohrung in den Steuerraum mündet. Dies hat zur Folge, dass beim Strömen des Kraftstoffs von dem Zulaufkanal in Richtung der Zulaufbohrung aufgrund der Schwerkraft bzw. der Anordnung des Kraftstoffinjektors in dem Brennraum der Brennkraftmaschine ggf. vorhandene sich Partikel in Richtung der Einspritzöffnung bewegen und somit nicht in den Bereich der zweiten Einströmöffnung der Zulaufbohrung gelangen können.
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Hierzu ist es insbesondere vor Vorteil, wenn sich die Querschnittsflächen der beiden Einströmöffnungen in Längsrichtung betrachtet nicht überschneiden, d.h. außer Deckung zueinander angeordnet sind. Je größer dabei der axiale Abstand zwischen den beiden Einströmöffnungen bzw. Querschnittsflächen ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass von dem Kraftstoff eingebrachte Partikel nicht in den Steuerraum gelangen können.
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In Weiterbildung der gemachten Überlegungen kann es vorgesehen sein, dass die Mittelachsen der beiden Einströmöffnungen jeweils senkrecht zur Längsachse angeordnet sind und die Längsachse schneiden, und dass die zweite Einströmöffnung der Zulaufbohrung in Bezug zur Längsachse zumindest näherungsweise auf der der ersten Einströmöffnung des Zulaufkanals gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Eine derartige konstruktive Ausgestaltung ermöglicht einerseits eine relativ einfache fertigungstechnische Realisierung von Zuströmkanal und Zuströmbohrung, und andererseits eine Maximierung der Weglänge für über den Zulaufkanal in Richtung der Zulaufbohrung strömenden Kraftstoff, indem die zweite Einströmöffnung der Zulaufbohrung vorzugsweise um 180° versetzt zur ersten Einströmöffnung des Zuströmkanals angeordnet ist.
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In einer von den obigen Vorschlägen unterschiedlichen oder aber zusätzlich hierzu vorgesehenen grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem zweiten unabhängigen Patentanspruch ist es vorgesehen, dass eine erste Einströmöffnung des Zulaufkanals in den Hochdruckraum senkrecht zur Längsachse und in tangentialer Richtung in dem Hochdruckraum mündet, und dass eine zweite Einströmöffnung der Zulaufbohrung auf der dem Steuerraum abgewandten Seite in Umfangsrichtung um die Längsachse betrachtet nahe der ersten Einströmöffnung des Zulaufkanals angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel zwischen 45° und 5° zur Position der ersten Einströmöffnung, sodass ein Strömungsweg zwischen den beiden Einströmöffnungen im Hochdruckraum in Umfangsrichtung um die Längsachse ausgebildet ist, der einen Winkel zwischen 315° und 355° umfasst.
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Eine derartige konstruktive Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors bewirkt, dass der über den Zulaufkanal in den Hochdruckraum einströmende Kraftstoff in tangentialer Richtung in einen Ringspalt zwischen dem den Steuerraum radial umgebenden Bauteil (Ventilstück) und dem Injektorgehäuse in Richtung zur Zuströmbohrung einströmt. Durch die definierte bzw. erfindungsgemäß vorgesehene Position der zweiten Einströmöffnung der Zulaufbohrung wird dabei die Strömungslänge bzw. der Strömungsweg des Kraftstoffs in Richtung zum Steuerraum hin maximiert, sodass auch hier insbesondere infolge von Schwerkraftwirkung die Wahrscheinlichkeit minimiert wird, dass über den Zulaufkanal in den Hochdruckraum eingebrachte Partikel in den Bereich der Zuströmbohrung und somit in den Bereich des Steuerraums gelangen.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die Mittelachse der Zulaufbohrung in einem schrägen Winkel in Bezug zu einer Tangente an einer Wand eines Ventilstücks im Bereich der zweiten Einströmöffnung der Zulaufbohrung von weniger als 90° auf der dem Zulaufkanal abgewandten Seite angeordnet ist, sodass die Mittelachse der Zulaufbohrung die Längsachse nicht schneidet. In diesem Fall ist es erforderlich, dass zum Einströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum in den Steuerraum der Kraftstoff eine Richtungsumkehr bzw. Richtungsumlenkung durchführt, bei dem aufgrund der Masse der Partikel die Partikel tendenziell weniger an der Strömungsumkehr bzw. Strömungsumlenkung teilnehmen und somit am Bereich der zweiten Einströmöffnung vorbeigeführt werden.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es von Vorteil, wenn der schräge Winkel weniger als 70° beträgt.
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Mit Blick auf die Geometrie des Injektorgehäuses bzw. die Festigkeit des Düsenschafts ist es in einer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Zulaufbohrung im Bereich einer radial um die Längsachse umlaufenden Wand eines Ventilstücks ausgebildet ist, und dass der Zuströmkanal in Richtung der Längsachse betrachtet im Bereich des Ventilstücks angeordnet ist.
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In einer alternativen Anordnung des Zulaufkanals, der die strömungstechnischen Verhältnisse in Richtung einer Minimierung der Einspülung von Partikeln in den Steuerraum zusätzlich minimiert, ist es vorgesehen, dass die Zulaufbohrung im Bereich einer radial um die Längsachse umlaufenden Wand eines Ventilstücks ausgebildet ist, und dass der Zuströmkanal in Richtung der Längsachse betrachtet auf der der wenigstens einen Einströmöffnung zugewandten Seite unterhalb des Ventilstücks angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Teil eines Kraftstoffinjektors in einem Längsschnitt,
- 2 einen Teilbereich des Kraftstoffinjektors gemäß der 1 in einer vergrößerten Darstellung im Längsschnitt und
- 3 einen Querschnitt im Bereich des Steuerraums bei einer abgewandelten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ausschnittsweise ein Kraftstoffinjektor 10 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, das im Bereich einer Ausnehmung 14 des Injektorgehäuses 12 einen Hochdruckraum 15 zur Speicherung von unter Hoch- bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff ausbildet. Innerhalb der Ausnehmung 14 des Injektorgehäuses 12 ist darüber hinaus ein Ventilglied in Form einer Düsennadel 16 entlang einer Längsachse 18 hubbeweglich angeordnet.
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Die Düsennadel 16 dient dem Öffnen bzw. Verschließen wenigstens einer, auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite des Ventilgehäuses 12 ausgebildeten Einspritzöffnung 20. In der in der 1 dargestellten Stellung der Düsennadel 16 ist diese in ihrer abgesenkten Position angeordnet, bei der die wenigstens eine Einspritzöffnung 20 durch Ausbildung eines Dichtsitzes 22 zwischen der Düsennadel 16 und der wenigstens einen Einspritzöffnung 20 zumindest mittelbar verschlossen ist.
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Ein der wenigstens einen Einspritzöffnung 20 abgewandter axialer Endbereich 24 der Düsennadel 16 taucht in eine Bohrung 26 eines Ventilstücks 28 ein, wobei eine radial um die Längsachse 18 umlaufende Wand 30 des Ventilstücks 28 den Endbereich 24 radial führt und diesen dichtend umgibt. Zwischen der Umfangsfläche der Wand 30 des Ventilstücks 28 und der Ausnehmung 14 ist darüber hinaus ein Radialspalt 32 ausgebildet, der eine Zuströmung von Kraftstoff aus dem Bereich eines Zulaufkanals 34 in Richtung des Hochdruckraums 15 ermöglicht. Der Zulaufkanal 34 mündet an der Außenseite des Injektorgehäuses 12 üblicherweise im Bereich eines nicht gezeigten Kraftstoffstutzens, der mit einem unter Hochdruck stehenden Kraftstoffspeicher (Rail) verbindbar ist.
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Das Ventilstück 28 sitzt mit der Unterseite eines im Durchmesser vergrößerten Abschnitts 35 gegen eine radial um die Längsachse 18 angeordnete Dichtfläche 36 der Ausnehmung 14 auf und ist mittels nicht dargestellter Spannmittel axial gegen die Dichtfläche 36 verspannt. Der seitlich beispielhaft senkrecht zur Längsachse 18 in den Hochdruckraum 15 mündende Zulaufkanal 34 kann auch in einem schrägen Winkel zur Längsachse 18 in den Hochdruckraum 15 münden oder aber eine radial um die Längsachse 18 umlaufende Ringnut aufweisen (beide Ausführungsformen nicht dargestellt).
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Die Bohrung 26 im Ventilstück 28 begrenzt zusammen mit der Wand 30 und dem axialen Endbereich 24 der Düsennadel 16 in bekannter Art und Weise einen Steuerraum 40. Der Steuerraum 40 ist über einen Ablaufkanal 42 mit integrierter Abströmdrossel 44 in einen Niederdruckbereich 46 des Injektorgehäuses 12 druckentlastbar, wobei der Ablaufkanal 42 koaxial zur Längsachse 18 angeordnet ist. Auf der dem Steuerraum 40 abgewandten Seite des Ablaufkanals 42 weist das Ventilstück 28 eine Dichtfläche 50 auf, die dazu ausgebildet, mit einem in der 1 nicht dargestellten Schließglied, beispielsweise als Bestandteil eines Magnetankers, einen Dichtsitz auszubilden. Bei Ausbildung des Dichtsitzes wird der Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 40 in den Niederdruckbereich 46 verhindert, während bei einem freigegebenen Ablaufkanal 42 ein Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 40 in den Niederdruckbereich 46 erfolgt, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, um die Düsennadel 16 von dem Dichtsitz 22 abzuheben.
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Um den Steuerraum 40 mit unter Hoch- bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff zu befüllen, weist das Ventilstück 28 im Bereich der Wand 30 eine Zuströmbohrung 52 auf. Die Zuströmbohrung 52 verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Längsachse 18 und weist eine Querschnittsverengung zur Ausbildung einer Zulaufdrossel 54 auf.
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Bei dem in der 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet eine erste Einströmöffnung 56 des Zulaufkanals 34 in den Hochdruckraum 15 in Bezug zur Längsachse 18 beispielhaft auf der einer zweiten Einströmöffnung 58 der Zulaufbohrung 52 gegenüberliegenden Seite, d.h. um 180° versetzt zu dieser. Weiterhin ist die Querschnittsfläche A1 der ersten Einströmöffnung 56 größer als die Querschnittsfläche A2 der zweiten Einströmöffnung 58.
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Wesentlich ist darüber hinaus, dass die erste Einströmöffnung 26 in Richtung der Längsachse 18 betrachtet unterhalb der zweiten Einströmöffnung 58, d.h. auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 20 zugewandten Seite, in dem Hochdruckraum 15 mündet. Insbesondere ist mit Bezug auf die 2 vorgesehen, dass ein in Richtung der Längsachse 18 verlaufender Abstand a zwischen den beiden Mittelachsen 61, 62 der beiden Einströmöffnungen 56, 58 bzw. des Zulaufkanals 34 und der Zulaufbohrung 52 wenigstens so groß ist wie die Summe der beiden Radien r1 und r2 der beiden Einströmöffnungen 56, 58. Dadurch ist sichergestellt, dass in Richtung der Längsachse 18 betrachtet sich die beiden Einströmöffnungen 56, 58 nicht überschneiden. Vorzugsweise ist der Abstand a jedoch noch größer, sodass zwischen den beiden Einströmöffnungen 56, 58 bzw. den beiden Querschnittsflächen A1 und A2 ein zusätzlicher Abstand bzw. eine zusätzliche Distanz ausgebildet ist. In jedem Fall weist dadurch die erste Einströmöffnung 56 zur wenigstens einen Einspritzöffnung 20 einen geringeren Abstand in Richtung der Längsachse 18 betrachtet auf als die zweite Einströmöffnung 58.
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In der 3 ist eine weitere Ausführungsform bezüglich der Anordnung bzw. Ausbildung des Zulaufkanals 34a sowie der Zulaufbohrung 52a gezeigt. Insbesondere erkennt man, dass der Zulaufkanal 34a in Bezug auf den Radialspalt 32 bzw. das Injektorgehäuse 12 in tangentialer Richtung in dem Hochdruckraum 15 mündet. Weiterhin ist erkennbar, dass die Mittelachse 62a der Zuströmbohrung 52a in Umfangsrichtung um die Längsachse 18 betrachtet nahe der ersten Einströmöffnung 56a angeordnet ist. Ein beispielhaft eingezeichneter Strömungsweg 64 des in den Hochdruckraum 15 aus dem Zulaufkanal 34a strömenden Kraftstoffs führt in Umfangsrichtung im Gegenuhrzeigersinn in Richtung der Zuströmbohrung 52a. Insbesondere erkennt man, dass die beiden Mittelachsen 61a, 62a einen Winkel β zwischen 5° und 25° zueinander aufweisen, sodass die Länge des Strömungswegs 64 für den Kraftstoff zwischen den beiden Einströmöffnungen 56a, 58a im Gegenuhrzeigersinn entsprechend des Winkels δ zwischen 335° und 355° beträgt. Die Mittelachse 62a der Zuströmbohrung 52a weist dabei einen Winkel γ von maximal 70° zu einer Tangente 65 im Bereich der Einströmöffnung 58a auf, sodass der Kraftstoff zum Einströmen in die Zulaufbohrung 52a eine starke Richtungsänderung durchführen muss.
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Zuletzt wird erläutert, dass entsprechend der Darstellung der 1 es auch alternativ denkbar ist, den Zulaufkanal 34b in Bezug zur Längsachse 18 unterhalb des Bereichs des Ventilstücks 28 in den Hochdruckraum 15 münden zu lassen. Hier erkennt man auch, dass der Zulaufkanal 34b zur Längsachse 18 in einem schrägen Winkel α angeordnet sein kann bzw. in dem Hochdruckraum 15 mündet. Bei einer Ausbildung des Zulaufkanals 34b entfällt der Zulaufkanal 34.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere ist es denkbar, die Merkmale der Ausführungsformen gemäß der 1 und 2, d.h. das Merkmal des in Längsrichtung verlaufenden Abstands a zwischen einer der ersten Einströmöffnung 56 des Zulaufkanals 34 in den Hochdruckraum 15 und der zweiten Einströmöffnung 58 der Zulaufbohrung 52 mit den Merkmalen der Ausführungsform gemäß der 3, d.h. des in Umfangsrichtung um das Ventilstück 28 verlängerten Strömungswegs für den Kraftstoff zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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