DE102019215119A1

DE102019215119A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE102019215119A1
Application number: DE102019215119.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2021-04-01

Abstract

Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einer Düsennadel (3), die durch ihre Längsbewegung Einspritzöffnungen (4) öffnet und schließt. Ein hülsenförmiges, eine Längsachse (11) aufweisendes Ventilelement (8) weist einen Magnetanker (108) und an seinem dem Magnetanker (108) abgewandten Ende eine Ventildichtfläche (13) auf, mit der das Ventilelement (8) mit einem an einem Ventilstück (5) ausgebildeten, kreisförmigen Ventilsitz (14) zum Öffnen und Schließen eines Ablaufquerschnitts zusammenwirkt. Im Ventilstück (5) ist ein Ventilraum (23) ausgebildet, der über den Ablaufquerschnitt mit einem Niederdruckraum (19) verbindbar und über eine Ablaufdrossel (24) mit einem Steuerraum (21) verbunden ist, wobei über den Druck im Steuerraum (21) eine Schließkraft auf die Düsennadel (3) ausgeübt werden kann. Am Ventilstück (5) ist radial einwärts zum Ventilsitz (14) ein umlaufender Ringgrat (25) ausgebildet, der mit dem Ventilelement (8) einen ringförmigen Drosselquerschnitt (30) ausbildet, über den der Ventilraum (23) mit dem Ventilsitz (14) verbunden ist.Fuel injector for injecting fuel under high pressure, with a nozzle needle (3) which opens and closes injection openings (4) through its longitudinal movement. A sleeve-shaped valve element (8) with a longitudinal axis (11) has a magnet armature (108) and at its end facing away from the magnet armature (108) a valve sealing surface (13) with which the valve element (8) can be connected to a valve piece (5 ) formed, circular valve seat (14) cooperates for opening and closing a drain cross-section. A valve chamber (23) is formed in the valve piece (5), which can be connected to a low-pressure chamber (19) via the outlet cross-section and is connected to a control chamber (21) via an outlet throttle (24) Closing force can be exerted on the nozzle needle (3). A circumferential annular ridge (25) is formed on the valve piece (5) radially inwards to the valve seat (14) and forms an annular throttle cross-section (30) with the valve element (8), via which the valve chamber (23) connects to the valve seat (14) is.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, wie er vorzugsweise Verwendung findet, um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen.The invention relates to a fuel injector such as is preferably used to introduce fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

Kraftstoffinjektoren zum Einbringen von Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Kraftstoffinjektor ist dabei mit einer Kraftstoffhochdruckquelle, beispielsweise mit einem Hochdrucksammelraum, einem sogenannten Rail, verbunden und weist eine längsbewegliche Düsennadel auf, die eine oder mehrere Einspritzöffnungen durch ihre Längsbewegung öffnet und schließt. Der durch die Einspritzöffnungen austretende Kraftstoff wird durch den hohen Druck und die damit einhergehende hohe Beschleunigung beim Austritt aus den Einspritzöffnungen fein zerstäubt, so dass eine effektive Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs im Brennraum stattfinden kann.Fuel injectors for introducing fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine are known from the prior art. The fuel injector is connected to a high-pressure fuel source, for example a high-pressure collecting chamber, a so-called rail, and has a longitudinally movable nozzle needle which opens and closes one or more injection openings through its longitudinal movement. The fuel exiting through the injection openings is finely atomized by the high pressure and the associated high acceleration when exiting the injection openings, so that effective combustion of the injected fuel can take place in the combustion chamber.

Die Steuerung der Düsennadel erfolgt meist servo-hydraulisch, d.h. die Schließkraft, mit der die Düsennadel gegen einen Düsensitz zum Verschließen der Einspritzöffnungen gedrückt wird, wird hydraulisch erzeugt, indem die Düsennadel einen Steuerraum begrenzt, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Wenn eine Einspritzung erfolgen soll, so wird der Druck im Steuerraum mit Hilfe eines Steuerventils abgesenkt, so dass die Düsennadel in den Steuerraum ausweicht und damit die Einspritzöffnungen freigibt. Das Steuerventil ist dabei elektrisch steuerbar und weist einen magnetischen oder piezoelektrischen Aktor auf.The nozzle needle is usually controlled servo-hydraulically, i.e. the closing force with which the nozzle needle is pressed against a nozzle seat to close the injection openings is generated hydraulically, in that the nozzle needle delimits a control chamber that can be filled with fuel under high pressure. If an injection is to take place, the pressure in the control chamber is lowered with the aid of a control valve, so that the nozzle needle escapes into the control chamber and thus releases the injection openings. The control valve is electrically controllable and has a magnetic or piezoelectric actuator.

Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff im Steuerraum wird über eine Ablaufdrossel in einen Ventilraum und von dort in einen Niederdruckraum abgesteuert, wobei das Steuerventil den Strömungsquerschnitt vom Ventilraum in den Niederdruckraum öffnet und schließt. Der Druck im Steuerraum ändert sich dabei nur wenig, da der Druck durch die in den Steuerraum nachrückende Düsennadel hoch gehalten wird und die Ablaufdrossel den Abfluss von Kraftstoff in den Ventilraum begrenzt. Der Druck im Ventilraum sinkt hingegen durch das geöffnete Steuerventil relativ stark. Einerseits muss dabei eine gewisse Druckgrenze unterschritten werden, damit der Abfluss des Kraftstoffs aus dem Steuerraum in den Ventilraum nur durch die Ablaufdrossel bestimmt wird und praktisch nicht vom Druck im Ventilraum abhängt. Andererseits sollte der Druck im Ventilraum aber nicht zu tief absinken, um die Entstehung von Kavitationsblasen nicht zu begünstigen, die sonst in diesem Bereich implodieren und Schäden verursachen können.The fuel under high pressure in the control chamber is diverted via an outlet throttle into a valve chamber and from there into a low-pressure chamber, the control valve opening and closing the flow cross-section from the valve chamber into the low-pressure chamber. The pressure in the control chamber changes only slightly, since the pressure is kept high by the nozzle needle advancing into the control chamber and the discharge throttle limits the outflow of fuel into the valve chamber. In contrast, the pressure in the valve chamber drops relatively sharply due to the open control valve. On the one hand, the pressure must fall below a certain limit so that the outflow of fuel from the control chamber into the valve chamber is only determined by the discharge throttle and practically does not depend on the pressure in the valve chamber. On the other hand, the pressure in the valve chamber should not drop too low in order not to favor the formation of cavitation bubbles, which could otherwise implode in this area and cause damage.

Das Steuerventil umfasst ein bewegliches Ventilelement, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und das bei seiner Bewegung einen Abströmquerschnitt öffnet und schließt, durch den der Kraftstoff aus dem Ventilraum in den Niederdruckraum fließt. Um den gewünschten Druckbereich im Ventilraum einzuhalten wird der Hub des Steuerventils begrenzt, d.h. es öffnet zwar so weit, dass die gewünschte Druckabsenkung stattfindet, jedoch nicht unnötig weit, um einen zu starken Druckabfall im Ventilraum zu verhindern. Durch thermische und elastische Verformungen der Bauteile im Bereich des Steuerventils kann es jedoch zu einer Abnahme des maximalen Steuerventilhubs kommen. Deshalb muss der Maximalhub des Steuerventilelements so bemessen sein, dass eine mögliche Abnahme des maximalen Steuerventilhubs vorgehalten wird, d.h. der Injektor wird mit einem maximalen Hub des Steuerventils gefertigt, der größer ist als der eigentlich notwendige Steuerventilhub. Dadurch wird zumindest in einigen Betriebszuständen der Druck im Ventilraum weiter als notwendig abgesenkt, womit gewisse Kavitationsschäden in Kauf genommen werden. Das Problem verschärft sich mit steigendem maximalen Einspritzdruck. Je höher der maximale Einspritzdruck, desto höher ist der vorzuhaltende Schaltventilhub und damit wächst auch die Gefahr von Kavitationsschäden im Bereich des Steuerventils.The control valve comprises a movable valve element which interacts with a valve seat and which, when it moves, opens and closes an outflow cross-section through which the fuel flows from the valve chamber into the low-pressure chamber. In order to maintain the desired pressure range in the valve chamber, the stroke of the control valve is limited, i.e. it opens so far that the desired pressure reduction takes place, but not unnecessarily wide in order to prevent an excessive pressure drop in the valve chamber. However, thermal and elastic deformations of the components in the area of the control valve can lead to a decrease in the maximum control valve lift. The maximum stroke of the control valve element must therefore be dimensioned in such a way that a possible decrease in the maximum control valve stroke is reserved, i.e. the injector is manufactured with a maximum stroke of the control valve that is greater than the actually necessary control valve stroke. As a result, at least in some operating states, the pressure in the valve chamber is lowered further than necessary, which means that certain cavitation damage is accepted. The problem worsens as the maximum injection pressure increases. The higher the maximum injection pressure, the higher the switching valve lift to be maintained, and the greater the risk of cavitation damage in the area of the control valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine stabile Steuerung des Drucks im Ventilraum unter allen Betriebsbedingungen möglich ist auch bei elastischen und thermischen Verformungen innerhalb des Steuerventils und des Injektors, ohne dass damit eine übergroße Kavitationsneigung provoziert wird. Dazu weist der Kraftstoffinjektor eine Düsennadel auf, die durch ihre Längsbewegung Einspritzöffnungen öffnet und schließt und mit einem hülsenförmigen, eine Längsachse aufweisenden Ventilelement, wobei das Ventilelement einen Magnetanker umfasst und an seinem dem Magnetanker abgewandten Ende eine Ventildichtfläche aufweist. Das Ventilelement wirkt mit seiner Ventildichtfläche mit einem kreisförmigen Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Ablaufquerschnitts zusammen, wobei im Ventilstück ein Ventilraum ausgebildet ist, der über den Ablaufquerschnitt mit einem Niederdruckraum verbindbar ist und der über eine Ablaufdrossel mit einem Steuerraum verbunden ist. Dabei wird über den Druck im Steuerraum eine Schließkraft auf die Düsennadel ausgeübt. Am Ventilstück ist radial einwärts zum Ventilsitz ein umlaufender Ringgrat ausgebildet, der mit dem Ventilelement einen ringförmigen Drosselquerschnitt ausbildet, über den der Ventilraum mit dem Ventilsitz verbunden ist.The fuel injector according to the invention has the advantage that stable control of the pressure in the valve chamber is possible under all operating conditions, even with elastic and thermal deformations within the control valve and the injector, without causing an excessive tendency to cavitation. For this purpose, the fuel injector has a nozzle needle that opens and closes injection openings through its longitudinal movement and with a sleeve-shaped valve element having a longitudinal axis, the valve element comprising a magnet armature and a valve sealing surface at its end facing away from the magnet armature. The valve element interacts with its valve sealing surface with a circular valve seat to open and close an outlet cross-section, a valve chamber being formed in the valve piece which can be connected to a low-pressure chamber via the outlet cross-section and which is connected to a control chamber via an outlet throttle. A closing force is exerted on the nozzle needle via the pressure in the control chamber. A circumferential annular ridge is formed on the valve piece radially inwardly to the valve seat, which, with the valve element, forms an annular throttle cross-section via which the valve chamber is connected to the valve seat.

Zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung wird das Steuerventil geöffnet, d.h. das Ventilelement wird beispielsweise mit einem Elektromagneten aus dem Ventilsitz gehoben und gibt dadurch den Ablaufquerschnitt frei. Der abfließende Kraftstoff aus dem Ventilraum, der seinerseits wieder über die Ablaufdrossel mit dem Steuerraum verbunden ist, passiert damit zuerst den Drosselquerschnitt, der zwischen dem Ringgrat und dem Ventilelement ausgebildet ist, und fließt erst anschließend durch den Ablaufquerschnitt. Sobald das Ventilelement einen bestimmten minimalen Hub durchfahren hat, wird die Drosselung des ablaufenden Kraftstoffs nicht mehr durch das Ventilelement und den Ablaufquerschnitt bestimmt, sondern durch den Drosselquerschnitt, so dass der weitere Hub des Ventilelements keinen Einfluss mehr auf den ablaufenden Kraftstoff hat, da der Drosselquerschnitt zwischen dem Ringgrat und dem Ventilelement den engsten Querschnitt darstellt. Damit kann ein relativ großer Maximalhub des Ventilelements vorgehalten werden, der keinen Einfluss auf die Absenkung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum hat, da der Drosselquerschnitt die Dynamik des ablaufenden Kraftstoffs beherrscht.To control the fuel injection, the control valve is opened, ie the valve element is lifted out of the valve seat, for example with an electromagnet, and thereby releases the drain cross-section. The outflowing fuel from the valve chamber, which in turn is connected to the control chamber via the outlet throttle, first passes through the throttle cross-section that is formed between the annular ridge and the valve element, and only then flows through the outlet cross-section. As soon as the valve element has passed a certain minimum stroke, the throttling of the outflowing fuel is no longer determined by the valve element and the outlet cross-section, but rather by the throttle cross-section, so that the further stroke of the valve element no longer has any influence on the outflowing fuel, since the throttle cross-section represents the narrowest cross section between the ring ridge and the valve element. In this way, a relatively large maximum lift of the valve element can be maintained, which has no influence on the lowering of the fuel pressure in the control chamber, since the throttle cross-section controls the dynamics of the fuel flowing out.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Außenseite des Ringgrats eine zylindrische Fläche ausgebildet, zwischen der und einer zylindrischen Innenfläche des Ventilelements der ringförmige Drosselquerschnitt gebildet ist. Ein solcher ringförmiger Drosselquerschnitt lässt sich relativ einfach ausbilden, so dass die gewünschte Drosselwirkung gut einstellbar ist.In a first advantageous embodiment, a cylindrical surface is formed on the outside of the annular ridge, between which and a cylindrical inner surface of the valve element the annular throttle cross section is formed. Such an annular throttle cross-section can be designed relatively easily, so that the desired throttling effect can be easily adjusted.

Zur geometrischen Begrenzung dieser zylindrischen Fläche kann in vorteilhafter Weise zwischen der zylindrischen Fläche des Ringgrats und dem Ventilsitz an der Außenfläche des Ringgrats eine Auskehlung ausgebildet sein. Durch diese werden die Wirkungen von Drosselquerschnitt und Ablaufquerschnitt, der durch das Ventilelement aufgesteuert wird, hydraulisch getrennt und damit deren Funktion sicher gestellt.For the geometric delimitation of this cylindrical surface, a groove can advantageously be formed between the cylindrical surface of the annular ridge and the valve seat on the outer surface of the annular ridge. This hydraulically separates the effects of the throttle cross-section and the outlet cross-section, which is opened by the valve element, and thus ensures their function.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventilelement auf einem Ventilbolzen in Richtung der Längsachse geführt. Damit ist eine genaue Ausrichtung bzgl. des Ventilsitzes und des Ringgrats, d.h. des Ventilstücks, gewährleistet und damit die Funktion des Drosselquerschnitts.In a further advantageous embodiment, the valve element is guided on a valve pin in the direction of the longitudinal axis. This ensures precise alignment with regard to the valve seat and the annular ridge, i.e. the valve piece, and thus the function of the throttle cross-section.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wirkt der Magnetanker mit einem Elektromagneten zusammen, so dass der Magnetanker und damit das Ventilelement durch Bestromen des Elektromagneten in Richtung der Längsachse bewegbar ist. Da der Magnetanker im Lauf seines Hubs am Elektromagneten oder an einem anderen Anschlagelement anschlägt, lässt sich der Maximalhub des Ventilelements so präzise einstellen.In a further advantageous embodiment, the magnet armature interacts with an electromagnet, so that the magnet armature and thus the valve element can be moved in the direction of the longitudinal axis by energizing the electromagnet. Since the magnet armature strikes the electromagnet or another stop element in the course of its stroke, the maximum stroke of the valve element can be precisely adjusted.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Drosselquerschnitt bei geöffnetem Ablaufquerschnitt der kleinste Strömungsquerschnitt der Verbindung vom Ventilraum zum Niederdruckraum, wenn das Ventilelement einen Minimalhub durchfahren hat. Damit stellt der Drosselquerschnitt den engsten Querschnitt auf dem Ablaufpfad dar und die oben bereits geschilderte Funktionalität ist damit hergestellt.In a further advantageous embodiment, the throttle cross-section when the outlet cross-section is open is the smallest flow cross-section of the connection from the valve chamber to the low-pressure chamber when the valve element has passed through a minimum stroke. The throttle cross-section thus represents the narrowest cross-section on the drainage path and the functionality already described above is thus established.

FigurenlisteFigure list

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors dargestellt. Es zeigt

1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor mit allen wesentlichen Komponenten,
2 einen Ausschnitt aus 1 im Bereich des Steuerventils,
3 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt aus der 2 im Bereich des Ventilsitzes des Steuerventils und
4 qualitativ den Verlauf des Drucks im Steuerraum bzw. Ventilraum abhängig vom Hub des Steuerventils.

In the drawing, an embodiment of the fuel injector according to the invention is shown. It shows

1 in a longitudinal section a fuel injector according to the invention with all essential components,
2 a section 1 in the area of the control valve,
3 another enlarged excerpt from the 2 in the area of the valve seat of the control valve and
4th qualitatively the course of the pressure in the control chamber or valve chamber depending on the stroke of the control valve.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Teile gezeigt sind. Der Kraftstoffinjektor weist einen Haltekörper 1 auf, in dem ein Druckraum 2 ausgebildet ist. Der Druckraum 2 ist über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckanschluss mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar. An den Haltekörper 1 schließt sich ein Düsenkörper 7 an, der durch eine in der Zeichnung ebenfalls nicht gezeigte Spannmutter mit dem Haltekörper 1 fest verbunden ist, wobei der Druckraum 2 sowohl im Haltekörper 1 als auch im Düsenkörper 7 ausgebildet ist. An dem im Einbauzustand des Kraftstoffinjektors dem Brennraum zugewandten Ende wird der Druckraum 2 von einem konischen Körpersitz 10 begrenzt, wobei stromabwärts des Körpersitzes 10 mehrere Einspritzöffnungen 4 im Düsenkörper 7 ausgebildet sind, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann.In 1 a fuel injector according to the invention is shown in longitudinal section, only the essential parts being shown. The fuel injector has a holding body 1 on, in which a pressure room 2 is trained. The printing room 2 can be filled with fuel under high pressure via a high-pressure fuel connection not shown in the drawing. To the holding body 1 a nozzle body closes 7th on, by a clamping nut, also not shown in the drawing, with the holding body 1 is firmly connected, the pressure chamber 2 both in the holding body 1 as well as in the nozzle body 7th is trained. The pressure chamber is at the end facing the combustion chamber when the fuel injector is installed 2 from a conical body seat 10 limited, being downstream of the body seat 10 multiple injection ports 4th in the nozzle body 7th are formed through which the fuel can be injected.

Innerhalb des Druckraums 2 ist eine kolbenförmige, längsbewegliche Düsennadel 3 angeordnet, die an ihrem dem Körpersitz 10 zugewandten Ende eine Nadelsitzfläche 9 ausbildet, mit der die Düsennadel 3 zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen 4 zusammenwirkt. Die Düsennadel 3 weist eine Längsachse 11 auf, längs derer sie beweglich innerhalb des Druckraums 2 gelagert ist. Dazu ist die Düsennadel 3 mit ihrem dem Körpersitz 10 abgewandten Ende in einem Ventilstück 5 aufgenommen, wobei das Ventilstück 5 den Druckraum 2 an dem dem Körpersitz 10 abgewandten Ende verschließt und dabei durch eine Spannschraube 6 innerhalb des Gehäuses 1 fixiert ist.Inside the print room 2 is a piston-shaped, longitudinally movable nozzle needle 3 arranged on her the body seat 10 facing end a needle seat 9 forms with which the nozzle needle 3 to open and close the injection openings 4th cooperates. The jet needle 3 has a longitudinal axis 11 along which they are movable within the pressure space 2 is stored. This is the nozzle needle 3 with her body seat 10 remote end in a valve piece 5 added, the valve piece 5 the pressure room 2 on the body seat 10 opposite end closes and thereby by a clamping screw 6th inside the case 1 is fixed.

Die Düsennadel 3 und das Ventilstück 5 begrenzen einen Steuerraum 21, der über eine im Ventilstück 5 ausgebildete Zulaufdrossel 22 mit dem Druckraum 2 in Verbindung steht. Entlang der Längsachse 11 ist im Ventilstück 5 weiterhin eine Ablaufbohrung 17 ausgebildet, die in eine Ablaufdrossel 24 übergeht. Wie in 2 in einer vergrößerten Darstellung im Bereich der Ablaufdrossel 24 dargestellt, mündet die Ablaufdrossel 24 in einen Ventilraum 23, der ebenfalls innerhalb des Ventilstücks 5 ausgebildet ist.The jet needle 3 and the valve piece 5 delimit a control room 21 that has one in the valve piece 5 trained inlet throttle 22nd with the pressure room 2 communicates. Along the longitudinal axis 11 is in the valve piece 5 furthermore a drain hole 17th formed into an outlet throttle 24 transforms. As in 2 in an enlarged view in the area of the outlet throttle 24 shown, the outlet throttle opens 24 into a valve chamber 23 , which is also inside the valve piece 5 is trained.

Dem Ventilstück 5 abgewandt ist in einem Ventilkörper 101, der Teil des Haltekörpers 1 ist, ein Niederdruckraum 19 ausgebildet, der über einen Niederdruckanschluss mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Rücklaufleitung verbunden ist und damit stets auf einem niedrigen Kraftstoffdruck. Im Niederdruckraum 19 ist ein Elektromagnet 18 angeordnet, der mit einem Ventilelement 8 zusammenwirkt, wobei das Ventilelement 8 neben einem hülsenförmigen Abschnitt 208, wie in 2 dargestellt, auch einen Magnetanker 108 umfasst. Der Magnetanker 108 wirkt mit dem Elektromagneten 118 zusammen, so dass bei Bestromung des Elektromagneten 18 der Magnetanker 108 und damit das gesamte Ventilelement 8 entgegen der Kraft einer Ventilfeder 26 bewegt werden kann.The valve piece 5 is turned away in a valve body 101 , the part of the holding body 1 is, a low pressure room 19th formed, which is connected via a low-pressure connection to a return line, not shown in the drawing, and thus always at a low fuel pressure. In the low pressure room 19th is an electromagnet 18th arranged with a valve element 8th cooperates, the valve element 8th next to a sleeve-shaped section 208 , as in 2 shown, also a magnet armature 108 includes. The magnet anchor 108 works with the electromagnet 118 together, so that when the electromagnet is energized 18th the magnet armature 108 and thus the entire valve element 8th against the force of a valve spring 26th can be moved.

Am Ventilelement 8 ist eine Ventildichtfläche 13 ausgebildet, die im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und die mit einem ebenfalls ringförmigen Ventilsitz 14 am Ventilstück 5 zusammenwirkt. Der hülsenförmige Abschnitt 208 des Ventilelements 8 wird an seiner Innenseite auf einem Ventilbozen 12 geführt, der kolbenförmig ausgebildet ist und der von der Ventilfeder 26 umgeben ist. Der Ventilbolzen 12 und das Ventilelement 8 begrenzen dabei den Ventilraum 23, wobei das Ventilelement 8 zusätzlich in einer Führungshülse 20 geführt ist, die einstückig mit dem Ventilelement 5 ausgebildet ist. Zur Abführung des Kraftstoffs, der durch das Steuerventil, welches durch das Ventilelement 8 gebildet ist, abgeführt wird, sind in der Führungshülse 20 Querbohrungen 16 ausgebildet, von denen mehrere über den Umfang verteilt angeordnet sind.On the valve element 8th is a valve sealing surface 13th formed, which is formed substantially ring-shaped and which with a likewise ring-shaped valve seat 14th on the valve piece 5 cooperates. The sleeve-shaped section 208 of the valve element 8th is on its inside on a valve bolt 12th out, which is piston-shaped and that of the valve spring 26th is surrounded. The valve pin 12th and the valve element 8th limit the valve space 23 , the valve element 8th additionally in a guide sleeve 20th is guided, which is integral with the valve element 5 is trained. For discharging the fuel that is passed through the control valve, which is passed through the valve element 8th is formed, is discharged, are in the guide sleeve 20th Cross bores 16 formed, of which several are arranged distributed over the circumference.

Ist der Elektromagnet 18 nicht bestromt, so wird das Ventilelement 8 durch die Ventilfeder 26 gegen den Ventilsitz 14 gedrückt, so dass der Ventilraum 23 gegenüber dem Niederdruckraum 19 verschlossen ist. Der Ventilbolzen 12 wird durch den Druck, der innerhalb des Ventilraums 23 herrscht, vom Ventilstück 5 weggedrückt und bleibt damit in seiner Position. Durch die Verbindung über die Zulaufdrossel 22 mit dem Druckraum 2 herrscht im Steuerraum 21, der über die Ablaufbohrung 17 und die Ablaufdrossel 24 mit dem Ventilraum 23 verbunden ist, der gleich hohe Kraftstoffdruck wie im gesamten Hochdruckraum 2.Is the electromagnet 18th not energized, so the valve element 8th by the valve spring 26th against the valve seat 14th pressed so that the valve chamber 23 compared to the low pressure room 19th is locked. The valve pin 12th is determined by the pressure inside the valve chamber 23 prevails, from the valve piece 5 pushed away and thus remains in its position. Through the connection via the inlet throttle 22nd with the pressure room 2 prevails in the control room 21 that is over the drain hole 17th and the outlet throttle 24 with the valve chamber 23 is connected, the same high fuel pressure as in the entire high-pressure chamber 2 .

Soll eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, so wird der Elektromagnet 18 bestromt und zieht dadurch das Ventilelement 8 vom Ventilsitz 14 weg. Dies öffnet einen ringförmigen Ablaufquerschnitt zwischen dem Ventilelement 8 und dem Ventilsitz 14, durch den Kraftstoff, der unter hohem Druck im Ventilraum 23 vorliegt, über den Ablaufquerschnitt und die Querbohrungen 16 in den Niederdruckraum 19 abströmt, so dass der Druck im Ventilraum 23 abnimmt. Über die Ablaufdrossel 24 strömt auch Kraftstoff aus dem Steuerraum 21 in den Ventilraum 23 ab, wobei dieser Abfluss praktisch nur durch die Ablaufdrossel 24 bestimmt wird. Durch den hydraulischen Druck im Druckraum 2 wird die Ventilnadel 3 vom Körpersitz 10 weg und in den Steuerraum 21 hinein bewegt und gibt einen Strömungsquerschnitt zwischen der Nadelsitzfläche 9 und dem Körpersitz 10 frei, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 2 zu den Einspritzöffnungen 4 strömt und durch diese ausgespritzt wird. Soll die Einspritzung beendet werden, so wird die Bestromung des Elektromagneten 18 beendet und die Ventilfeder 26 drückt das Ventilelement 8 zurück in seine Schließstellung, d.h. in Anlage an den Ventilsitz 14. Über den nachströmenden Kraftstoff in den Steuerraum 21 und den Ventilraum 23 über die Zulaufdrossel 22 bzw. über die Längsbohrung 17 und die Ablaufdrossel 24 steigt auch dort der Druck wieder auf das Druckniveau im Druckraum 2 an, so dass der Injektor für die nächste Kraftstoffeinspritzung bereit ist.If fuel is to be injected, the electromagnet is activated 18th energized and thereby pulls the valve element 8th from the valve seat 14th path. This opens an annular drain cross section between the valve element 8th and the valve seat 14th , by the fuel, which is under high pressure in the valve chamber 23 is present, via the drain cross-section and the cross bores 16 in the low pressure room 19th flows off, so that the pressure in the valve chamber 23 decreases. Via the outlet throttle 24 fuel also flows out of the control room 21 into the valve chamber 23 from, whereby this outflow practically only through the outlet throttle 24 is determined. Due to the hydraulic pressure in the pressure chamber 2 becomes the valve needle 3 from the body seat 10 away and into the control room 21 moves in and gives a flow cross-section between the needle seat surface 9 and the body fit 10 free so that fuel from the pressure chamber 2 to the injection ports 4th flows and is sprayed through this. If the injection is to be ended, the solenoid is energized 18th finished and the valve spring 26th pushes the valve element 8th back to its closed position, ie in contact with the valve seat 14th . Via the inflowing fuel into the control room 21 and the valve chamber 23 via the inlet throttle 22nd or via the longitudinal hole 17th and the outlet throttle 24 There, too, the pressure rises to the pressure level in the pressure chamber 2 so that the injector is ready for the next fuel injection.

In 3 ist der mit III bezeichnete Ausschnitt der 2 nochmals vergrößert dargestellt. Am Ventilstück 5 ist an der Innenseite des Ventilraums 23 ein umlaufender Ringgrat 25 ausgebildet. Der Ringgrat 25 weist eine äußere zylindrische Fläche 27 auf, zwischen der und der zylindrischen Innenseite des Ventilelements 8 ein Drosselquerschnitt 30 ausgebildet ist. Bei geöffnetem Ventilelement 8, d.h. wenn zwischen der Ventildichtfläche 13 und dem Ventilsitz 14 ein Ablaufquerschnitt aufgesteuert ist, fließt der Kraftstoff aus dem Ventilraum 23 über den Drosselquerschnitt 30 und den Ablaufquerschnitt in den Niederdruckraum 19 ab. Der Hub des Ventilelements 8 ist dabei so bemessen, dass der Drosselquerschnitt 30 auch bei maximalem Hub des Ventilelements 8 erhalten bleibt. Der maximale Hub des Ventilelements 8 ist dazu etwa in der Größenordnung der Dicke des Drosselquerschnitts 30, also dem radialen Abstand der zylindrischen Fläche 27 von der Innenfläche 28 des Ventilelements. Zwischen dem Drosselquerschnitt 30 und dem Ablaufquerschnitt zwischen der Ventildichtfläche 10 und dem Ventilsitz 14 ist im Ventilstück 5 eine Auskehlung 15 ausgebildet, um die beiden Bereiche hydraulisch zu trennen und eine gegenseitige Beeinflussung ihrer Funktion zu vermeiden.In 3 is the one with III designated section of the 2 shown enlarged again. On the valve piece 5 is on the inside of the valve chamber 23 a circumferential ring ridge 25th educated. The ring ridge 25th has an outer cylindrical surface 27 on, between the and the cylindrical inside of the valve element 8th a throttle cross-section 30th is trained. With the valve element open 8th , ie if between the valve sealing surface 13th and the valve seat 14th a drain cross-section is opened, the fuel flows out of the valve chamber 23 over the throttle cross-section 30th and the drain cross-section into the low-pressure space 19th from. The stroke of the valve element 8th is dimensioned so that the throttle cross-section 30th even with the maximum stroke of the valve element 8th preserved. The maximum stroke of the valve element 8th is approximately in the order of magnitude of the thickness of the throttle cross-section 30th , i.e. the radial distance between the cylindrical surface 27 from the inner surface 28 of the valve element. Between the throttle cross-section 30th and the drain cross-section between the valve sealing surface 10 and the valve seat 14th is in the valve piece 5 a recess 15th designed to hydraulically separate the two areas and to avoid mutual interference with their function.

Zur Veranschaulichung des Effekts, den der Drosselquerschnitt 30 auf die Funktion des Injektors hat, muss zunächst der Effekt des Steuerventils auf die Druckverhältnisse im Ventilraum 23 erläutert werden. In 4 ist dazu der Verlauf des Drucks p im Ventilraum 23 abhängig vom Hub h des Ventilelements 8 dargestellt, d.h. der minimale Druck, der sich beim Öffnen des Ventilelements 8 um den Hub h im Ventilraum 23 einstellt. Ist der Hub nur gering, so bleibt der Druck im Ventilraum 23 relativ hoch, d.h. in dem Bereich, der in der 4 mit A bezeichnet ist. Dieser Druck reicht jedoch nicht aus, um eine stabile Abströmung des Kraftstoffs aus dem Steuerraum 21 in den Ventilraum 23 zu erreichen. Für eine einwandfreie Funktion ist es deshalb erforderlich, dass das Ventilelement 8 einen größeren Hub h durchfährt, damit der Druck im Ventilraum 23 weiter abfällt. Dieser Zusammenhang ist mit der Kurve I in der 4 dargestellt. Je weiter das Ventilelement 8 bewegt wird, also je größer der Hub h, desto geringer ist die Drosselung am Ablaufquerschnitt und desto weiter sinkt der Druck p im Ventilraum 23 ab.To illustrate the effect that the throttle cross-section 30th has on the function of the injector, the effect of the control valve on the pressure conditions in the valve chamber must first 23 explained. In 4th is the course of the pressure p in the valve chamber 23 depending on the stroke h of the valve element 8th shown, ie the minimum pressure that occurs when the valve element is opened 8th by the stroke h in the valve chamber 23 adjusts. If the stroke is only small, the pressure remains in the valve chamber 23 relatively high, ie in the area that is in the 4th is denoted by A. However, this pressure is not sufficient to ensure a stable outflow of fuel from the control chamber 21 into the valve chamber 23 to reach. It is therefore necessary for the valve element to function properly 8th travels through a larger stroke h, so that the pressure in the valve chamber 23 continues to drop. This relationship is with the curve I. in the 4th shown. The further the valve element 8th is moved, i.e. the greater the stroke h, the lower the throttling at the outlet cross-section and the further the pressure p in the valve chamber drops 23 from.

Ist der Hub des Ventilelements 8 jedoch zu groß, wobei der maximale Hub im Kraftstoffinjektor durch den axialen Abstand zwischen dem Magnetanker 108 und dem Elektromagneten 19 gegeben ist, so fällt der Druck p in einen Bereich, der in der 4 mit B bezeichnet ist. Ein Druck in diesem Bereich innerhalb des Ventilraums 23 führt zu verstärkter Kavitation, denn der Kraftstoff, der im Steuerraum 21 unter hohem Druck ansteht, wird dann stark entspannt. Dies begünstigt die Entstehung von Kavitationsblasen, die im weiteren Verlauf der Strömung innerhalb des Steuerventils oder auch im Niederdruckraum implodieren und dort zu Schäden führen können.Is the stroke of the valve element 8th however too large, the maximum stroke in the fuel injector being due to the axial distance between the magnet armature 108 and the electromagnet 19th is given, the pressure p falls in a range that is in the 4th is denoted by B. A pressure in this area within the valve chamber 23 leads to increased cavitation, because the fuel in the control room 21 is present under high pressure, is then strongly relaxed. This favors the formation of cavitation bubbles, which implode in the further course of the flow inside the control valve or in the low-pressure chamber and can lead to damage there.

Deshalb ist es wichtig, dass der minimale Druck im Ventilraum 23 zwischen den Druckgrenzen A und B bleibt. Damit muss der maximale Hub des Ventilelements 8 im Bereich hvi gehalten werden, der in 4 gekennzeichnet ist. Dieser Bereich umfasst nur wenige µm, so dass das Ventilelement 8 bei seiner Fertigung genau darauf eingestellt werden muss. Durch thermische Ausdehnungen und elastische Verformungen des Kraftstoffinjektors nimmt der maximale Hub des Ventilelements 8 ab, so dass der minimale Druck im Ventilraum 23 ebenfalls ansteigt und schließlich den Bereich A erreicht, was die Funktionalität des Kraftstoffinjektors bei diesen Betriebsbedingungen beeinträchtigt. Damit dies nicht geschieht, muss ein Hub vorgehalten werden, d.h. der Hub des Ventilelements 8 muss größer eingestellt werden, als dies für die Funktionalität des Kraftstoffinjektors während eines Großteils des Injektorbetriebs notwendig wäre. Da sich der Druck dann nahe der Druckgrenze B bewegt, besteht die Gefahr von Kavitationsschäden.Therefore it is important that the minimum pressure in the valve chamber 23 remains between the pressure limits A and B. This means that the maximum stroke of the valve element 8th be kept in the area hvi, which is in 4th is marked. This area only covers a few µm, so that the valve element 8th must be precisely adjusted during its production. The maximum stroke of the valve element increases due to thermal expansion and elastic deformation of the fuel injector 8th so that the minimum pressure in the valve chamber 23 also increases and finally reaches region A, which impairs the functionality of the fuel injector under these operating conditions. So that this does not happen, a stroke must be kept, ie the stroke of the valve element 8th must be set larger than would be necessary for the functionality of the fuel injector during most of the injector operation. Since the pressure then moves close to the pressure limit B, there is a risk of cavitation damage.

Durch den Drosselquerschnitt 30 wird die Drosselung beim Ablauf aus dem Ventilraum 23 in den Niederdruckraum 19 nicht nur durch das Ventilelement 8 bestimmt, sondern auch durch den Drosselquerschnitt 30. Mit steigendem Hub des Ventilelements 8 bildet der Drosselquerschnitt 30 die engste Stelle des Ablaufpfades und dominiert damit die Drosselung. Dadurch sinkt der Druck im Ventilraum 23 bei gegebenem Ventilhub nicht so stark ab wie bei dem bekannten Steuerventil, was durch die Kurve II in 4 dargestellt ist. Der Bereich, in dem sich der maximale Hub des Ventilelements 8 jetzt bewegen muss, ist in der 4 mit h_V2 bezeichnet und dieser ist deutlich größer als der Bereich hvi. Der maximale Ventilelementhub lässt sich deshalb deutlich einfacher einstellen, da ein größerer Bereich zur Verfügung steht, was die Funktionalität des Kraftstoffinjektors über dessen gesamte Lebensdauer sicherstellt. Darüber hinaus verläuft der Zusammenhang zwischen dem Druck und dem maximalen Hub des Ventilelements deutlich flacher, wie in 4 dargestellt, so dass der minimale Druck im Ventilraum 23 weniger stark vom Hub des Ventilelements 8 abhängt.Through the throttle cross-section 30th is the throttling when draining from the valve chamber 23 in the low pressure room 19th not just through the valve element 8th determined, but also by the throttle cross-section 30th . With increasing stroke of the valve element 8th forms the throttle cross-section 30th the narrowest point of the drainage path and thus dominates the throttling. This reduces the pressure in the valve chamber 23 for a given valve lift, it does not decrease as much as with the known control valve, which is indicated by the curve II in 4th is shown. The area in which the maximum stroke of the valve element 8th must move now is in the 4th designated by h _V2 and this is significantly larger than the area hvi. The maximum valve element lift can therefore be set much more easily, since a larger area is available, which ensures the functionality of the fuel injector over its entire service life. In addition, the relationship between the pressure and the maximum stroke of the valve element is much flatter, as in FIG 4th shown so that the minimum pressure in the valve chamber 23 less pronounced on the stroke of the valve element 8th depends.

Claims

Fuel injector for injecting fuel under high pressure, with a nozzle needle (3) which opens and closes injection openings (4) through its longitudinal movement, and with a sleeve-shaped valve element (8) having a longitudinal axis (11), the valve element (8) comprises a magnet armature (108) and at its end facing away from the magnet armature (108) has a valve sealing surface (13) with which the valve element (8) with a circular valve seat (14) formed on a valve piece (5) for opening and closing a The outlet cross-section interacts, with a valve chamber (23) being formed in the valve piece (5), which can be connected to a low-pressure chamber (19) via the outlet cross-section and is connected to a control chamber (21) via an outlet throttle (24), the pressure in the Control chamber (21) a closing force can be exerted on the nozzle needle (3), characterized in that a circumferential ring size on the valve piece (5) radially inwards to the valve seat (14) at (25) is formed, which forms an annular throttle cross-section (30) with the valve element (8), via which the valve chamber (23) is connected to the valve seat (14).

Fuel injector Claim 1 , characterized in that the ring ridge (25) has a cylindrical surface (27) on its outer side, between which and a cylindrical inner surface (28) of the valve element (8), the annular throttle cross-section (30) is formed.

Fuel injector Claim 2 , characterized in that a groove (15) is formed between the cylindrical surface (27) of the annular ridge (25) and the valve seat (14) on the outside of the annular ridge (25).

Fuel injector Claim 1 , characterized in that the valve element (8) is guided on a valve pin (12) in the direction of the longitudinal axis (11).

Fuel injector Claim 1 , characterized in that the magnet armature (108) interacts with an electromagnet (18) so that the magnet armature (108) and thus the valve element (8) can be moved in the direction of the longitudinal axis (11) by energizing the electromagnet (18).

Fuel injector Claim 1 , characterized in that the throttle cross-section (30) when the outlet cross-section is open represents the smallest flow cross-section of the connection from the valve chamber (23) to the low-pressure chamber (19) when the valve element (8) has passed a minimum stroke.