EP1526274A1 - Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung Download PDF

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EP1526274A1
EP1526274A1 EP20040021298 EP04021298A EP1526274A1 EP 1526274 A1 EP1526274 A1 EP 1526274A1 EP 20040021298 EP20040021298 EP 20040021298 EP 04021298 A EP04021298 A EP 04021298A EP 1526274 A1 EP1526274 A1 EP 1526274A1
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EP
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valve
valve body
injection device
fuel injection
fuel
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device, especially for one Internal combustion engine with direct injection, with a Housing and at least two arranged in the housing and mutually coaxial valve elements, each of which at least one fuel outlet is associated, with a valve elements in the closing direction acting biasing device, and with each at least one pressure surface acting in the opening direction at the valve elements, the pressure surfaces respectively to limit a pressure chamber, which with a high-pressure connection can be connected.
  • a fuel injection device of the aforementioned Art is known from DE 40 23 223 A1.
  • This one shows Fuel injector with a housing in which two are guided to each other coaxial valve elements.
  • Both Valve elements are each a series of fuel outlet openings assigned, and both valve elements are counteracted by means of screw compression springs with sealing edges corresponding housing-side valve seats pressed.
  • the pressure is in a pressure chamber, by an in Opening direction acting pressure surface of the outer Valve element is limited increased. This raises this against the force of the spring from the valve seat, so that Fuel through its associated fuel outlet channels can escape.
  • the outside Valve element has lifted, is also the inner Valve element associated pressure surface with high pressure applied.
  • the pressure of the Fuel is also opens the inner valve element against the force of the compression spring.
  • Such fuel injectors are also called "Coaxial vario nozzles". With them, depending on Fuel quantity to be injected a different Fuel outlet cross section provided become. This has the advantage that even if only one small amount of fuel is to be injected, this can be atomized comparatively well.
  • the present invention has the object, a fuel injection device of the type mentioned above to further that one operated with her Internal combustion engine a particularly good emission behavior shows.
  • the inner valve element comprises at least: a valve body, with a housing-side Valve seat cooperates, and a guide body, the is guided in the outer valve element and the Valve body normally applied in the closing direction, being between the valve body and the outer Valve element, a radial gap is present.
  • the fuel injection device according to the invention be in an internal combustion engine significantly improves the HC values in the exhaust gas. This depends together that in the fuel injection device according to the invention reliably prevents that inner valve element at an opening or Closing movement of the outer valve element unintentionally opens and thereby small amounts of fuel from the fuel injection device escape.
  • the Fuel injection device is inner valve element in a guide body and a Divided valve body.
  • the valve body is that area the valve element, with the housing-side valve seat working together and ultimately through his movement the Flow path of the fuel to the corresponding Fuel outlet opens or blocks.
  • a radial gap is present, so that the outer Valve element, in particular during its closing operation no lateral forces can transfer to this valve body (The outer valve element contacts the valve body of inner valve element so not). These lateral forces could lead to a tilting of the inner valve element and subsequently to a reduced seal between inner valve element and housing lead. Instead, it is the inner valve element via a guide body in outer valve element which guides the valve body in Closing direction acted upon.
  • the guide body a Guide and sealing portion has, which in the vicinity the valve body is formed and in the outer Valve element is slidably guided and fluid-tight.
  • the Guide body has a guide and sealing portion, which is formed away from the valve body and in outer valve element is slidably guided and fluid-tight. This corresponds to the embodiment in conventional Fuel injectors, what the realization reduces the invention to be made changes and the Manufacturing costs keeps low.
  • a particularly advantageous embodiment of Fuel injection device according to the invention draws characterized in that in a valve body facing End face of the guide body with a Leakage connection connected leakage channel opens. hereby is a "pressure infiltration" avoided. Below this is understood that the area where the guide body and the valve body abut, with high pressure is applied, whereby a deliberate opening of the inner Valve element or the valve body below Prevented or at least delayed.
  • the Leakage channel at its end facing away from the valve body in an annular space opens, between the inner and the outer valve element is formed. It goes without saying that this annulus on that side of the leadership and Sealing section must be present, of the Fuel outlet channels facing away.
  • Such a Leakage channel can be simple, because of this Annular space usually anyway with a leakage connection connected is. This keeps the manufacturing costs low.
  • the guide body and the valve body only approximately linear with a circumferential and with respect to the valve body radially outside touch lying sealing edge. By such linear contact becomes locally high Surface pressure achieved by the high sealing effect can be realized. This will be a Pressurization facing away from the valve seat Front surface of the valve body prevents or at least reduces what the functional reliability in particular of the inner valve element increases.
  • a particularly advantageous embodiment of the fuel injection device is also characterized by the fact that the valve body has a rounded sealing surface, which cooperates with a housing-side seat edge. This allows so-called “runout tolerances” in one be compensated to certain extent, which the Production costs and thus also the production costs can lower.
  • the "runout tolerances” are around angular deviations of the contact surface between the Valve body and the guide body from one to Longitudinal axis orthogonal plane.
  • a fuel system carries the whole Reference numeral 10. It is used to supply a Internal combustion engine with fuel, which, however, in Figure 1 not shown in detail.
  • To the fuel system 10 includes a reservoir 12, from a conveyor 14, the fuel to a Fuel rail ("rail") 16 promotes.
  • the Conveyor 14 compresses the fuel while a very high pressure, in which he is in the fuel manifold 16 is stored.
  • the latter are several Fuel injectors 18 connected, from which only two are shown in Figure 1. These inject the fuel in each one directly to them associated combustion chamber 20 of the internal combustion engine.
  • a leakage port 24 leads from the fuel injectors 28 via a Leakage line 26 to the reservoir 12 back.
  • FIG. 2 and 3 show one of the fuel injectors 18 more in detail: it includes a housing 28, of which in FIG. 2 only one nozzle body 30 and a portion of an end piece 32 are shown.
  • Nozzle body 30 is a generally cylindrical and in Longitudinally extending recess 34 is present.
  • an outer valve element 36 sliding and guided fluid-tight.
  • a through hole 38 is present, into which an inner Valve element 40 is inserted.
  • This consists of one Guide body 42 and a valve body 44th
  • the outer valve element 36 has on its outer Lateral surface on a circumferential shoulder, which has a in Opening direction acting pressure surface 46 forms. These defines an annular pressure space 48 in the wall the recess 34 is formed and via a High-pressure passage 50 connected to the high-pressure port 22 is.
  • At the lower end in Figures 2 and 3 of the outer Valve element 36 is also one in the opening direction acting pressure surface 52 present ( Figure 3), the one Pressure chamber 54 limited, the one between the outer Valve element 36 and the wall of the recess 34 formed Annular space 56 with the pressure chamber 48 and thus ultimately is connected to the high pressure port 22.
  • the Pressure surface 52 is radially inward of a sealing edge 58 bounded with an opposite conical Seat surface 60, which is present on the nozzle body 30, cooperates.
  • the outer valve element 36 is of a compression spring 61, which is supported on the end piece 32, in Direction seat 60 acted upon.
  • the outer one Valve element 36 is a series of fuel exit channels 62 assigned.
  • the guide body 42 of the inner valve member 40th it is an elongate bolt-like part, which has a smaller outer diameter overall as the inner diameter of the through hole 38 in outer valve element 36.
  • Am in in Figure 2 lower end of the Guide body 42 is a leadership and Sealing section 64 present over which the guide body 42nd is guided in the outer valve element 36.
  • the valve body 44 includes a cylindrical central portion 66, a follow this, tapering off Seal portion 68, and a tapered end portion 70th Between the central portion 66 and the recess 38 in outer valve element 36 is a radial gap in Figure 3 71 visible.
  • a leakage channel 79 leads from the end face 78 of the guide body 42 through the Guide body 42 obliquely through and opens into a Radial wall surface of the guide body 42, in FIG. 2 above the guide and sealing section 64 in FIG one between the guide body 42 and the recess 34th formed annulus 77th This is ultimately on the Leakage port 24 connected to the leakage line 26.
  • the sealing section 68 has a rounded sealing surface 80 on ( Figure 3), which a ring segment of the surface corresponds to a ball and a pressure chamber 81 limited.
  • One Center 82 of this ball lies on a central axis 84 of the inner valve element 40.
  • the sealing surface 80 of Valve body 44 cooperates with a seat edge 86, in the wall of the recess 34 in the nozzle body 30th is trained.
  • the inner valve element 40 is of a Compression spring 88, which is also supported on the end piece 32, acted upon against the seat edge 86.
  • the inner Valve element 40 is also a series of fuel triplet channels 90 assigned.
  • the fuel injector 18 operates as follows:
  • the pressure which then also prevails in the pressure chamber 81, is sufficient in this case, however, not to be at the radially outside from the seat edge 86 lying region of the sealing surface 80th the valve body 44 such in the opening direction to produce an effective force, that also the inner one Valve element 40 against the force of the spring 88 opens.
  • Out the fuel outlet channels 90 can thus no Leak fuel.
  • the valve body 44 from outer valve element 36 is not touched (gap 71), this can neither during the opening process nor during the closing process, lateral forces on the valve body 44 transmitted.
  • the outer valve element 36 can therefore also induce no tilting movement of the valve body 44 through the sealing surface 80 at least partially from the Seat edge 86 lift off and thus the exit of a small Fuel quantity would result.
  • FIG. 1 An alternative embodiment of a fuel injection device 18 is shown in FIG. there carry such elements and areas, which are equivalent Functions to elements and areas of the previous one Figures have the same reference numerals.
  • Figure 5 Fuel injection device 18 to that of Figure 2 relates to the arrangement of the guiding and sealing portion 64 on the outer valve element 36:

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) umfasst ein Gehäuse (28) und zwei zueinander koaxiale Ventilelemente (36, 40). Diesen ist jeweils eine Kraftstoff-Austrittsöffnung (62, 90) zugeordnet. Eine Vorspanneinrichtung kann die Ventilelemente (36, 40) in Schließrichtung beaufschlagen. An den Ventilelementen (36, 40) sind in Öffnungsrichtung wirkende Druckflächen (52, 80) vorhanden, welche jeweils einen Druckraum (54, 81) begrenzen, der mit einem Hochdruckanschluss (22) verbunden werden kann. Es wird vorgeschlagen, dass das innere Ventilelement (40) mindestens umfasst: einen Ventilkörper (44), der mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet, und einen Führungskörper (42), der in dem äußeren Ventilelement (36) geführt ist und der den Ventilkörper (44) im Normalfall in Schließrichtung beaufschlagt, wobei zwischen dem Ventilkörper (44) und dem äußeren Ventilelement (36) ein radialer Spalt (71) vorhanden ist. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse und mindestens zwei in dem Gehäuse angeordneten und zueinander koaxialen Ventilelementen, denen jeweils mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung zugeordnet ist, mit einer die Ventilelemente in Schließrichtung beaufschlagenden Vorspanneinrichtung, und mit jeweils mindestens einer in Öffnungsrichtung wirkenden Druckfläche an den Ventilelementen, wobei die Druckflächen jeweils einen Druckraum begrenzen, der mit einem Hochdruckanschluss verbunden werden kann.
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 40 23 223 A1 bekannt. Diese zeigt eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Gehäuse, in dem zwei zueinander koaxiale Ventilelemente geführt sind. Beiden Ventilelementen ist jeweils eine Reihe von Kraftstoff-Austrittsöffnungen zugeordnet, und beide Ventilelemente werden über Schrauben-Druckfedern mit Dichtkanten gegen entsprechende gehäuseseitige Ventilsitze gedrückt. Um das äußere Ventilelement gegen die Kraft der Druckfeder zu öffnen, wird der Druck in einem Druckraum, der von einer in Öffnungsrichtung wirkenden Druckfläche des äußeren Ventilelements begrenzt wird, erhöht. Hierdurch hebt dieses gegen die Kraft der Feder vom Ventilsitz ab, so dass Kraftstoff durch die ihm zugeordneten Kraftstoff-Austrittskanäle austreten kann. Wenn das äußere Ventilelement abgehoben hat, wird auch die dem inneren Ventilelement zugeordnete Druckfläche mit hohem Druck beaufschlagt. Je nachdem, wie hoch der Druck des Kraftstoffes ist, öffnet auch das innere Ventilelement gegen die Kraft der Druckfeder.
Derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen werden auch als "Koaxial-Variodüsen" bezeichnet. Mit ihnen kann je nach einzuspritzender Kraftstoffmenge ein unterschiedlicher Kraftstoff-Austrittsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass auch dann, wenn nur eine geringe Kraftstoffmenge'eingespritzt werden soll, dieser vergleichsweise gut zerstäubt werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine mit ihr betriebene Brennkraftmaschine ein besonders gutes Emissionsverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das innere Ventilelement mindestens umfasst: einen Ventilkörper, der mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet, und einen Führungskörper, der in dem äußeren Ventilelement geführt ist und der den Ventilkörper im Normalfall in Schließrichtung beaufschlagt, wobei zwischen dem Ventilkörper und dem äußeren Ventilelement ein radialer Spalt vorhanden ist.
Vorteile der Erfindung
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bei einer Brennkraftmaschine werden die HC-Werte im Abgas deutlich verbessert. Dies hängt damit zusammen, dass bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zuverlässig verhindert wird, dass das innere Ventilelement bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung des äußeren Ventilelements ungewollt öffnet und hierdurch geringe Kraftstoffmengen aus der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung austreten.
Erreicht wird dies durch eine Entkopplung eines Teils des inneren Ventilelements vom äußeren Ventilelement: Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist das innere Ventilelement in einen Führungskörper und einen Ventilkörper aufgeteilt. Der Ventilkörper ist jener Bereich des Ventilelements, der mit dem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet und der letztlich durch seine Bewegung den Strömungsweg des Kraftstoffs zu der entsprechenden Kraftstoff-Austrittsöffnung freigibt oder blockiert. Zwischen diesem Ventilkörper und dem äußeren Ventilelement ist jedoch ein radialer Spalt vorhanden, so dass das äußere Ventilelement insbesondere während seines Schließvorgangs keine Querkräfte auf diesen Ventilkörper übertragen kann (das äußere Ventilelement berührt den Ventilkörper des inneren Ventilelements also nicht). Diese Querkräfte könnten zu einem Verkippen des inneren Ventilelements und in der Folge zu einer reduzierten Abdichtung zwischen innerem Ventilelement und Gehäuse führen. Stattdessen ist das innere Ventilelement über einen Führungskörper im äußeren Ventilelement geführt, der den Ventilkörper in Schließrichtung beaufschlagt.
So kann es zwar vorkommen, dass das äußere Ventilelement Querkräfte auf den Führungskörper des inneren Ventilelements überträgt und hierdurch beim Schließen des äußeren Ventilelements der Führungskörper verkippt; durch die Entkopplung des Führungskörpers vom Ventilkörper wird dies jedoch nicht an den Ventilkörper weitergeleitet, so dass dieser zuverlässig in der geschlossenen Stellung verbleiben kann.
Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen erzielt werden können, wenn nur das innere Ventilelement durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene zweigeteilte Ausgestaltung ersetzt wird. Hierdurch können die Kosten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung niedrig gehalten werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Zunächst wird vorgeschlagen, dass der Führungskörper einen Führungs- und Dichtabschnitt aufweist, welcher in der Nähe des Ventilkörpers ausgebildet ist und im äußeren Ventilelement gleitend und fluiddicht geführt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein dem inneren Ventilelement zugeordnetes Totvolumen vergleichsweise klein gehalten werden kann, was die Präzision bei der Einspritzung von Kraftstoff durch die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung verbessert, da ein ungewolltes Austreten von Kraftstoff nochmals verringert oder sogar ganz vermieden werden kann. Auch das Emissionsverhalten wird hierdurch nochmals verbessert.
Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass der Führungskörper einen Führungs- und Dichtabschnitt aufweist, welcher vom Ventilkörper entfernt ausgebildet ist und im äußeren Ventilelement gleitend und fluiddicht geführt ist. Dies entspricht der Ausführungsform bei herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen, was die zur Realisierung der Erfindung vorzunehmenden Änderungen reduziert und die Herstellkosten niedrig hält.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in eine dem Ventilkörper zugewandte Stirnfläche des Führungskörpers ein mit einem Leckageanschluss verbundener Leckagekanal mündet. Hierdurch wird eine "Druckunterwanderung" vermieden. Hierunter wird verstanden, dass der Bereich, an dem der Führungskörper und der Ventilkörper aneinander stoßen, mit hohem Druck beaufschlagt wird, wodurch ein gewolltes Öffnen des inneren Ventilelements beziehungsweise des Ventilkörpers unter Umständen verhindert oder zumindest verzögert würde.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Leckagekanal an seinem vom Ventilkörper abgewandten Ende in einen Ringraum mündet, der zwischen dem inneren und dem äußeren Ventilelement ausgebildet ist. Es versteht sich, dass dieser Ringraum auf jener Seite des Führungs- und Dichtabschnitts vorhanden sein muss, der von den Kraftstoff-Austrittskanälen abgewandt ist. Ein solcher Leckagekanal kann einfach ausgeführt sein, da dieser Ringraum üblicherweise ohnehin mit einem Leckageanschluss verbunden ist. Dies hält die Herstellkosten niedrig.
Ferner wird vorgeschlagen, dass sich der Führungskörper und der Ventilkörper nur in etwa linienhaft mit einer umlaufenden und bezüglich des Ventilkörpers radial außen liegenden Dichtkante berühren. Durch eine solche linienhafte Berührung wird örtlich eine hohe Flächenpressung erzielt, durch die eine hohe Dichtwirkung realisiert werden kann. Hierdurch wird eine Druckbeaufschlagung der vom Ventilsitz abgewandten Stirnfläche des Ventilkörpers verhindert oder zumindest reduziert, was die Funktionszuverlässigkeit insbesondere des inneren Ventilelements erhöht.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass in einer dem Führungskörper zugewandten Stirnfläche des Ventilkörpers oder in einer dem Ventilkörper zugewandten Stirnfläche des Führungskörpers eine Ausnehmung vorhanden ist, deren radial äußere Begrenzung als ringförmiger Kragen mit einer umlaufenden Dichtkante ausgebildet ist. Hierdurch wird die Herstellung der umlaufenden Dichtkante vereinfacht, was die Herstellkosten der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung senkt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der Ventilköper eine gerundete Dichtfläche aufweist, welche mit einer gehäuseseitigen Sitzkante zusammenarbeitet. Hierdurch können so genannte "Planlauftoleranzen" in einem gewissen Umfange ausgeglichen werden, was den Fertigungsaufwand und somit auch die Herstellungskosten senken kann. Bei den "Planlauftoleranzen" handelt es sich um Winkelabweichungen der Kontaktfläche zwischen dem Ventilkörper und dem Führungskörper von einer zur Längsachse orthogonalen Ebene.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese gerundete Dichtfläche einem Ringsegment der Oberfläche einer Kugel entspricht, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse des inneren Ventilelements liegt. Diese vom Grundsatz her von Kugelgelenken bekannte Ausgestaltung ermöglicht auch im Betrieb eine "schräge" Anordnung des Ventilkörpers ohne Reduzierung der Abdichtung zwischen Ventilkörper und Gehäuse. Hierdurch kann auf während des Betriebs entstehende Winkelabweichungen automatisch reagiert werden, ohne dass die Funktionsfähigkeit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung beeinträchtigt wird.
Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen;
Figur 2
eine teilweise geschnittene Darstellung einer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von Figur 1;
Figur 3
eine Detailansicht III von Figur 2;
Figur 4a
ein Diagramm, in dem der Hub eines äußeren Ventilelements der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Figur 2 über der Zeit aufgetragen ist;
Figur 4b
ein Diagramm ähnlich Figur 4a für ein inneres Ventilelement; und
Figur 5
eine Darstellung ähnlich Figur 2 einer alternativen Ausführungsform einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es dient zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, welche jedoch in Figur 1 nicht im Detail dargestellt ist.
Zu dem Kraftstoffsystem 10 gehört ein Vorratsbehälter 12, aus dem eine Fördereinrichtung 14 den Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") 16 fördert. Die Fördereinrichtung 14 komprimiert den Kraftstoff dabei auf einen sehr hohen Druck, bei dem er in der Kraftstoff-Sammelleitung 16 gespeichert ist. An Letztere sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 angeschlossen, von denen in Figur 1 nur zwei dargestellt sind. Diese spritzen den Kraftstoff jeweils in einen ihnen unmittelbar zugeordneten Brennraum 20 der Brennkraftmaschine ein. Die Verbindung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 mit der Kraftstoff-Sammelleitung 16 erfolgt über einen Hochdruckanschluss 22. Ein Leckageanschluss 24 führt von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 28 über eine Leckageleitung 26 zum Vorratsbehälter 12 zurück.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 stärker im Detail: Sie umfasst ein Gehäuse 28, von dem in Figur 2 nur ein Düsenkörper 30 und ein Bereich eines Endstücks 32 gezeigt sind. In dem Düsenkörper 30 ist eine insgesamt zylindrische und in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung 34 vorhanden. In deren oberem Bereich ist ein äußeres Ventilelement 36 gleitend und fluiddicht geführt. Im äußeren Ventilelement 36 ist eine Durchgangsbohrung 38 vorhanden, in die ein inneres Ventilelement 40 eingesetzt ist. Dieses besteht aus einem Führungskörper 42 und einem Ventilkörper 44.
Das äußere Ventilelement 36 weist auf seiner äußeren Mantelfläche einen umlaufenden Absatz auf, welcher eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfläche 46 bildet. Diese begrenzt einen ringförmigen Druckraum 48, der in der Wand der Ausnehmung 34 ausgebildet ist und über einen Hochdruckkanal 50 mit dem Hochdruckanschluss 22 verbunden ist. An dem in den Figuren 2 und 3 unteren Ende des äußeren Ventilelements 36 ist ebenfalls eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfläche 52 vorhanden (Figur 3), die einen Druckraum 54 begrenzt, der über einen zwischen dem äußeren Ventilelement 36 und der Wand der Ausnehmung 34 gebildeten Ringraum 56 mit dem Druckraum 48 und somit letztlich auch mit dem Hochdruckanschluss 22 verbunden ist. Die Druckfläche 52 wird nach radial innen von einer Dichtkante 58 begrenzt, die mit einer gegenüberliegenden konischen Sitzfläche 60, die am Düsenkörper 30 vorhanden ist, zusammenarbeitet. Das äußere Ventilelement 36 wird von einer Druckfeder 61, die sich am Endstück 32 abstützt, in Richtung Sitzfläche 60 beaufschlagt. Dem äußeren Ventilelement 36 ist eine Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 62 zugeordnet.
Beim Führungskörper 42 des inneren Ventilelements 40 handelt es sich um ein langgestrecktes bolzenartiges Teil, welches insgesamt einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 38 im äußeren Ventilelement 36. Am in Figur 2 unteren Ende des Führungskörpers 42 ist jedoch ein Führungs- und Dichtabschnitt 64 vorhanden, über den der Führungskörper 42 im äußeren Ventilelement 36 geführt ist. Der Ventilkörper 44 umfasst einen zylindrischen Zentralabschnitt 66, einen sich an diesen anschließenden, sich abgerundet verjüngenden Dichtabschnitt 68, und einen kegelförmigen Endabschnitt 70. Zwischen dem Zentralabschnitt 66 und.der Ausnehmung 38 im äußeren Ventilelement 36 ist in Figur 3 ein radialer Spalt 71 sichtbar.
In einer dem Führungskörper 42 zugewandten Stirnfläche des Zentralabschnitts 66 ist eine Ausnehmung 72 vorhanden. Deren radial äußere Begrenzung ist als ringförmiger Kragen 74 mit einer umlaufenden Dichtkante 76 ausgebildet. Die Dichtkante 76 liegt im Normalbetrieb an einer planen Endfläche 78 des Führungskörpers 42 an. Ein Leckagekanal 79 führt von der Endfläche 78 des Führungskörpers 42 durch den Führungskörper 42 schräg hindurch und mündet in eine radiale Wandfläche des Führungskörpers 42, und zwar in Figur 2 oberhalb des Führungs- und Dichtabschnitts 64 in einen zwischen dem Führungskörper 42 und der Ausnehmung 34 gebildeten Ringraum 77. Dieser ist letztlich über den Leckageanschluss 24 mit der Leckageleitung 26 verbunden.
Der Dichtabschnitt 68 weist eine gerundete Dichtfläche 80 auf (Figur 3), welche einem Ringsegment der Oberfläche einer Kugel entspricht und einen Druckraum 81 begrenzt. Ein Mittelpunkt 82 dieser Kugel liegt auf einer Mittelachse 84 des inneren Ventilelements 40. Die Dichtfläche 80 des Ventilkörpers 44 arbeitet mit einer Sitzkante 86 zusammen, die in der Wand der Ausnehmung 34 im Düsenkörper 30 ausgebildet ist. Das innere Ventilelement 40 wird von einer Druckfeder 88, die sich ebenfalls am Endstück 32 abstützt, gegen die Sitzkante 86 beaufschlagt. Dem inneren Ventilelement 40 ist ebenfalls eine Reihe von Kraftstoff-Astrittskanälen 90 zugeordnet.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 arbeitet folgendermaßen:
Wenn nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll, wird an den Hochdruckanschluss 22 ein mittlerer Druck angelegt. Hierdurch liegt auch im Druckraum 48 und im Druckraum 54 ein entsprechender Druck an, der an den Druckflächen 46 und 52 entsprechende in Öffnungsrichtung des äußeren Ventilelements 36 wirkende Kräfte erzeugt. Dies hat zur Folge, dass das äußere Ventilelement 36 gegen die Kraft der Feder 61 öffnet, das heißt, dass die Dichtkante 58 von der Sitzfläche 60 abhebt. Hierdurch kann Kraftstoff durch die Kraftstoff-Austrittskanäle 62 ausströmen.
Der Druck, der dann auch im Druckraum 81 herrscht, reicht in diesem Fall jedoch nicht aus, um an dem radial außerhalb von der Sitzkante 86 liegenden Bereich der Dichtfläche 80 des Ventilkörpers 44 eine solche in Öffnungsrichtung wirkende Kraft zu erzeugen, dass auch das innere Ventilelement 40 gegen die Kraft der Feder 88 öffnet. Aus den Kraftstoff-Austrittskanälen 90 kann somit kein Kraftstoff austreten. Dadurch, dass der Ventilkörper 44 vom äußeren Ventilelement 36 nicht berührt wird (Spalt 71), kann dieses weder während des Öffnungsvorganges noch während des Schließvorganges Querkräfte an den Ventilkörper 44 übertragen. Das äußere Ventilelement 36 kann daher auch keine Kippbewegung beim Ventilkörper 44 induzieren, durch die die Dichtfläche 80 wenigstens bereichsweise von der Sitzkante 86 abheben und somit zum Austritt einer geringen Kraftstoffmenge führen würde.
Durch die Entkopplung des Ventilkörpers 44 vom äußeren Ventilelement 36 wird also wirkungsvoll verhindert, dass während des Öffnungsvorgangs des äußeren Ventilelements 36 oder/und während des anschließenden Schließvorganges (wenn der Druck am Hochdruckanschluss 22 wieder abgesenkt wird) Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittskanälen 90 ungewollt austritt. Dies ergibt sich auch aus den Figuren 4a und 4b: In 4a ist der Hub des äußeren Ventilelements 36 dargestellt, in Figur 4b der Hub des Ventilkörpers 44, jeweils bei einem am Hochdruckanschluss 22 anliegenden mittleren Kraftstoffdruck. Man erkennt, dass die Stellung des Ventilkörpers 44 während des Öffnens und während des Schließens des äußeren Ventilelements 36 nicht beeinflusst wird.
Soll eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden, wird am Hochdruckanschluss 22 ein entsprechender hoher Kraftstoffdruck angelegt. Dieser ist so hoch, dass nach dem Öffnen des äußeren Ventilelements 36 der dann auch im Druckraum 81 herrschende und an der Dichtfläche 80 anliegende Druck ausreicht, um das innere Ventilelement 40 gegen die Kraft der Feder 88 zu öffnen.' Kraftstoff kann nun durch beide Reihen von Kraftstoff-Austrittskanälen 62 und 90 austreten.
Durch die Dichtkante 76 wird wirkungsvoll verhindert, dass unter hohem Druck stehender Kraftstoff über den Spalt 71 in die Ausnehmung 72 gelangen und dort eine in Schließrichtung des Ventilkörpers 44 wirkende Kraft erzeugen kann. Dies könnte das sichere Öffnen des Ventilkörpers 44 beeinträchtigen. Zusätzlich wird dennoch in die Ausnehmung 72 eintretender Kraftstoff durch den Leckagekanal 79 zum Leckageanschluss 24 abgeführt.
Eine alternative Ausführungsform einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 ist in Figur 5 gezeigt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der vorhergehenden Figuren aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Ein wesentlicher Unterschied der in Figur 5 gezeigten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 zu jener von Figur 2 betrifft die Anordnung des Führungs- und Dichtabschnitts 64 am äußeren Ventilelement 36:
Während bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Führungs- und Dichtabschnitt 64 an dem in der dortigen Figur unteren Ende des äußeren Ventilelements 36 angeordnet ist, ist er bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform am oberen Ende, also vom Ventilkörper 44 entfernt, angeordnet. Entsprechend führt der Leckagekanal 79 nicht schräg, sondern koaxial zum äußeren Ventilelement 36 durch dieses hindurch und wird erst oberhalb von dem Führungs- und Dichtabschnitt 64 in einem Zwischenstück 92 schräg nach außen geführt.

Claims (9)

  1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18), insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse (28) und mindestens zwei in dem Gehäuse (28) angeordneten und zueinander koaxialen Ventilelementen (36, 40), denen jeweils mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung (62, 90) zugeordnet ist, mit einer die Ventilelemente (36, 40) in Schließrichtung beaufschlagenden Vorspanneinrichtung (61, 88), und mit jeweils mindestens einer in Öffnungsrichtung wirkenden Druckfläche (46, 52, 80) an den Ventilelementen (36, 40), wobei die Druckflächen (36, 52, 80) jeweils einen Druckraum (48, 54, 81) begrenzen, der mit einem Hochdruckanschluss (22) verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ventilelement (40) mindestens umfasst: einen Ventilkörper (44), der mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz (86) zusammenarbeitet, und einen Führungskörper (42), der in dem äußeren Ventilelement (36) geführt ist und der den Ventilkörper (44) im Normalfall in Schließrichtung beaufschlagt, wobei zwischen dem Ventilkörper (44) und dem äußeren Ventilelement (36) ein radialer Spalt (71) vorhanden ist.
  2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (42) einen Führungs- und Dichtabschnitt (64) aufweist, welcher in der Nähe des Ventilkörpers (44) ausgebildet ist und im äußeren Ventilelement (36) gleitend und fluiddicht geführt ist.
  3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (42) einen Führungs- und Dichtabschnitt (64) aufweist, welcher vom Ventilkörper (44) entfernt ausgebildet ist und im äußeren Ventilelement (36) gleitend und fluiddicht geführt ist.
  4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine dem Ventilkörper (44) zugewandte Stirnfläche (78) des Führungskörpers (42) ein mit einem Leckageanschluss (24) verbundener Leckagekanal (79) mündet.
  5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagekanal (79) an seinem vom Ventilkörper (44) abgewandten Ende in einen Ringraum (77) mündet, der zwischen dem inneren Ventilelement (40) und dem äußeren Ventilelement (36) ausgebildet ist.
  6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Führungskörper (42) und der Ventilkörper (44) nur linienhaft mit einer umlaufenden und bezüglich des Ventilkörpers (42) radial außen liegenden Dichtkante (86) berühren.
  7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Führungskörper (42) zugewandten Stirnfläche des Ventilkörpers (44) oder in einer dem Ventilkörper zugewandten Stirnfläche des Führungskörpers eine Ausnehmung (72) vorhanden ist, deren radial äußere Begrenzung als ringförmiger Kragen (74) mit einer umlaufenden Dichtkante (76) ausgebildet ist.
  8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (44) eine gerundete Dichtfläche (80) aufweist, welche mit einer gehäuseseitigen Sitzkante (80) zusammenarbeitet.
  9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gerundete Dichtfläche (80) einem Ringsegment der Oberfläche einer Kugel entspricht, deren Mittelpunkt (82) auf der Mittelachse (84) des inneren Ventilelements (40) liegt.
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