EP1873393A1 - Injektor - Google Patents

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EP1873393A1
EP1873393A1 EP07107391A EP07107391A EP1873393A1 EP 1873393 A1 EP1873393 A1 EP 1873393A1 EP 07107391 A EP07107391 A EP 07107391A EP 07107391 A EP07107391 A EP 07107391A EP 1873393 A1 EP1873393 A1 EP 1873393A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
needle
injector
control
control chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07107391A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Christoph Magel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the present invention relates to an injector of a fuel injection system for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.
  • an injector which has an injector body, a nozzle needle and a control device.
  • the injector body has at least one injection hole and contains a feed path for supplying the at least one injection hole with fuel under injection pressure.
  • the nozzle needle is mounted in an adjustable stroke in the injector body and has a needle tip for controlling an injection of fuel through the at least one injection hole.
  • the control device is used to control the pressure in a control chamber, and the nozzle needle has a control area axially limiting control surface.
  • a hydraulic force acting in the closing direction of the nozzle needle acts on the control surface such that a pressure drop in the control chamber activates the nozzle needle for opening.
  • the nozzle needle comprises a needle body equipped with the needle tip, and two sleeve-shaped piston bodies which bear against one another axially, contain a low-pressure space in their interior and are supported axially on the needle body.
  • the control device is designed as a solenoid valve whose valve member controls an end opening of the sleeve body of the body remote from the needle body, which connects the control chamber with said low-pressure space.
  • Of the Feed path is passed in the injector body to a needle chamber in which at least the sleeve-shaped piston body of the nozzle needle are housed.
  • the injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the nozzle needle can be built comparatively long, without causing the risk of leakage generally occurs. This is achieved by means of at least one joint portion within the nozzle needle, whereby the nozzle needle in said joint portion with respect to bending loads, which are oriented transversely to the longitudinal center axis of the nozzle needle, flexurally designed as adjoining sections of the nozzle needle. Due to the increased flexibility or flexibility of the nozzle needle in the respective joint section, transverse loads in the nozzle needle in the region of axial guides can be reduced. In particular, this allows positional tolerances between the nozzle needle and its respective axial guidance to be compensated, thereby reducing lateral loads and wear.
  • At least one of the joint sections can have at least one rectilinear web, wherein the web extends radially with respect to a longitudinal center axis of the nozzle needle and wherein the web connects axially adjacent axial sections of the nozzle needle.
  • the bendability or flexibility of the nozzle needle is greatly increased in the joint section by a bending axis defined by the longitudinal direction of the web.
  • the respective joint section has at least two such webs, which are axially spaced from each other and offset by 90 ° from one another about the longitudinal center axis of the nozzle needle.
  • the nozzle needle can be made in one piece and in one piece, which can reduce tolerance chains. It is also possible to assemble the nozzle needle of a plurality of components, which are firmly connected to each other at least in the axial direction. In any case, the nozzle needle can be designed leak-free, so that it is virtually insensitive to attacking pressures. Furthermore, a leak-free design of the nozzle needle allows the accommodation of the nozzle needle in a needle chamber through which the feed path is passed. As a result, the nozzle needle is arranged in the fuel under high pressure, which greatly simplifies the fuel supply within the injector.
  • an injector 1 comprises an injector body 2, which consists for example of a control section 3 and a needle section 4.
  • Control section 3 and needle section 4 can be fastened to each other, for example via a connection sleeve, not shown, in the manner of a union nut.
  • the injector body 2 contains in its needle section 4 at least one injection hole 5, by an injection of fuel in an injection chamber 6 is feasible.
  • the injector body 2 contains a feed path 7, which supplies the at least one injection hole 5 with fuel under injection pressure.
  • the injector 1 is connected via the feed path 7 to a high-pressure fuel line 8.
  • injector 1 is a part of a fuel injection system for an internal combustion engine, not shown otherwise, which can be arranged in particular in a motor vehicle. In a so-called common rail system, several injectors 1 are connected to the same off high pressure line 8.
  • the injector 1 also has a nozzle needle 9, which is mounted in a manner adjustable in stroke in the injector body 2.
  • the stroke direction is oriented parallel to a longitudinal central axis 10 of the nozzle needle 9.
  • the nozzle needle 9 has a needle tip 11 which cooperates with a needle seat 12 formed on the injector body 2 or on the needle section 4 thereof.
  • the needle tip 11 serves to control an injection of fuel through the at least one spray hole 5.
  • the needle tip 11 sits in the needle seat 12 and thereby separates the at least one spray hole 5 from the feed path 7.
  • the needle tip lifts 11 from the needle seat 12 and thereby connects the at least one injection hole 5 with the feed path 7, whereby fuel passes through the at least one injection hole 5 in the injection chamber 6.
  • the injector 1 also comprises a control device 13, which is designed to control the pressure in a control chamber 38.
  • the control device 13 can - as in the embodiments shown here - be equipped with a solenoid valve 14, the valve member 15 by means of an electromagnetic actuator 16 is actuated.
  • a solenoid valve 14 is comparatively inexpensive to implement.
  • the control device 13 may also be equipped with a piezo actuator.
  • the nozzle needle 9 has on its side remote from the needle tip 11 end face on a control surface 17 which limits the control chamber 38 axially.
  • the pressure prevailing in the control chamber 38 causes a hydraulic force to be introduced into the control surface 17, specifically in the closing direction of the nozzle needle 9.
  • a pressure drop in the control chamber 38 thus reduces the closing surface on the control surface 17 attacking hydraulic forces and thus can control the nozzle needle 9 to open.
  • the nozzle needle 9 is designed in one piece in the preferred example shown here and is made from the needle tip 11 to the control surface 17 in one piece.
  • the nozzle needle 9 as such leakage is free, since it contains in particular no low-pressure space.
  • Particularly advantageous in the one-piece nozzle needle 9 is that it can be arranged in a needle chamber 18 of the injector body 2, through which the feed path 7 is passed.
  • the nozzle needle 9 is surrounded or lapped by the fuel under high pressure. Since the nozzle needle 9 is made in one piece, its functionality can be ensured even in this high-pressure environment.
  • the individual components are firmly connected together in the assembled state, at least in the axial direction. Even with this design, it is in principle possible to design the multi-part nozzle needle 9 leak-free, whereby it can be used without further in a high-pressure environment.
  • the nozzle shell 19 is in each case equipped with at least one joint section 19.
  • a hinge portion 19 is characterized in that the nozzle needle 9 in him an increased flexibility or elasticity, whereby the nozzle needle 9 in the hinge portion 19 with respect to bending loads, which are oriented transversely to the longitudinal central axis 10 of the nozzle needle 9, more flexible than in adjacent thereto
  • a hinge portion 19 may be formed by a constriction or taper in the diameter of the nozzle needle 9.
  • each hinge section 19 has at least one straight web 20 is preferred.
  • the respective web 20 extends radially with respect to the longitudinal central axis 10.
  • the respective web connects 20 axially adjacent thereto axial sections of the nozzle needle 9 with each other.
  • the respective joint section 19 has two such webs 20.
  • the webs 20 are axial Positioned spaced apart and oriented around the longitudinal central axis 10 offset by 90 ° to each other.
  • the webs 20 can be produced for example by the fact that on the nozzle needle 9 in the region of the respective joint portion 19 on diametrically opposite sides two recesses 21 are incorporated, which are separated from each other by the respective web 20.
  • the recesses 21 are then arranged mirror-symmetrically with respect to a plane of symmetry in which the longitudinal center axis 10 and the respective web 20 are located.
  • the respective web 20 preferably extends over the entire diameter of the nozzle needle 9 in the region of the respective joint portion 19.
  • the nozzle needle 9 has increased flexibility with respect to bending stresses about bending axes, which are defined by the longitudinal axes of the webs 20 , As a result, the nozzle needle 9 in the respective hinge portion 19 bendable about said bending axes.
  • the nozzle needle 9 can compensate for positional tolerances between the nozzle needle 9 and an axial guidance of the nozzle needle 9, thereby reducing lateral loads and wear in the region of the axial guidance.
  • such an axial guide 22 is formed, via which the nozzle needle 9 is mounted in the injector body 2 in the region of an end section 23 having the needle tip 11.
  • the nozzle needle 9 may be provided in said end portion 23 within the axial guide 22 with corresponding clearance surfaces 24, which are indicated in Fig. 2.
  • the nozzle needle 9 is also mounted in the region of an end portion 25 having the control surface 17 in a guide sleeve 26 by means of an axial guide 27.
  • Said guide sleeve 26 forms a radial boundary of the control chamber 38 and is fixedly arranged on an intermediate plate 28, for. B. welded thereto or integrally formed thereon.
  • the intermediate plate 28 forms an axial boundary of the control chamber 38 lying opposite the control surface 17.
  • the intermediate plate 28 limits a coupling space 29 in the axial direction. Coupling space 29 and control chamber 38 are hydraulically coupled to each other through the intermediate plate 28 via a connection path 30, for example in the form of a throttled bore.
  • the embodiment shown in FIG. 1 has exactly two hinge portions 19.
  • the one hinge portion 19 is formed in the needle tip 11 associated end portion 23, while the other hinge portion 19 in the control surface 17 associated end portion 25 is formed.
  • 19 position tolerances between the axial guide 27 of the guide sleeve 26 on the one hand and the axial guide 22 of the needle portion 4 on the other hand can be compensated on the hinge portions 19 in order to reduce the transverse forces occurring therein and the associated wear.
  • a sealing sleeve 31 is axially adjustably mounted on the nozzle needle 9 in the control surface 17 associated end portion 25, wherein also between the nozzle needle 9 and sealing sleeve 31 again an axial guide 32 is formed.
  • the sealing sleeve 31 forms a radial boundary of the control chamber 38.
  • the sealing sleeve 31 abuts axially on an intermediate plate 28, which also here on the one hand the control chamber 38 and on the other hand, a coupling space 29 axially limited. Again, there is a connection path 30 for hydraulic coupling between the coupling chamber 29 and the control chamber 38, which is passed through the intermediate plate 28.
  • the nozzle needle 9 is provided with only one hinge portion 19 which is formed in the needle tip 11 associated end portion 23.
  • An alignment between the nozzle needle 9 and the sealing sleeve 31 in the region of the control surface 17 associated end portion 25 is effected by the mobility of the sealing sleeve 31 transversely to the longitudinal center axis 10 along the intermediate plate 28 on which it rests.
  • the injector 1 is also equipped with a closing compression spring 33.
  • this is based on the guide sleeve 26 and on the embodiment shown in FIG the sealing sleeve 31.
  • the closing compression spring 33 With the help of the closing compression spring 33, the nozzle needle 9 is biased in the closing direction.
  • the control device 13 is configured to control the pressure in the coupling space 29.
  • the coupling chamber 29 is connected to a relatively unpressurized return line 35, wherein a connection between the coupling chamber 29 and return 35 through the respective control device 13, for example by the valve member between coupling space 29 and control chamber 38 15, is controlled.
  • the nozzle needle 9 and closed connection between coupling space 29 and return 35 prevails in the coupling chamber 29 as well as in the control chamber 38, the same pressure as in the needle chamber 18, so the injection pressure of Zurawpfads 7.
  • the control chamber 38 via a corresponding connection path 36, the z , B.
  • the coupling space 29 via a corresponding connection path 37th , z. B. in the form of a throttled bore also communicate directly with the needle chamber 18, so with the Zuglasspfad 7.
  • the connection between the coupling chamber 29 and return line 35 is opened, resulting in a pressure drop in the coupling space 29.
  • the opening of said connection is effected by a corresponding actuation of the control device 13, thus in particular by a corresponding control of the solenoid valve 14, ie in particular by a corresponding stroke of the valve member 15.
  • the pressure drop entering in the coupling chamber 29 propagates into the control chamber 38 and leads there a decrease in the control surface 17 acting on closing forces.
  • acting on the nozzle needle 9, acting in the closing direction forces are greatly reduced, whereby the forces acting on the nozzle needle 9, acting in the opening direction of hydraulic forces predominate.
  • the nozzle needle 9 lifts out of the needle seat 12 and the injection process begins.
  • connection between the coupling chamber 29 and return 35 is again blocked by a corresponding actuation of the control device 13 or by a corresponding control of the solenoid valve 14.
  • About the connection paths 30, 36 and 37 may be in the control chamber 38 and in the coupling space 29 rebuild the injection pressure, so that the effective in the closing direction hydraulic Forces on the control surface 17 increase again and drive the nozzle needle 9 in the closing direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1) einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Injektorkörper (2), der wenigstens ein Spritzloch (5) aufweist und in dem ein Zuführpfad (7) zur Versorgung des wenigstens einen Spritzlochs (5) mitunter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff ausgebildet ist, mit einer im Injektorkörper (2) hubverstellbar gelagerten Düsennadel (9), die eine Nadelspitze (11) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch (5) aufweist, und mit einer Steuereinrichtung (13) zum Steuern des Drucks in einem Steuerraum (38). Die Düsennadel (9) weist eine den Steuerraum (38) axial begrenzende Steuerfläche (17) auf, an der im Betrieb des Injektors (1) in Schließrichtung der Düsennadel (9) wirkende hydraulische Kräfte angreifen, derart, dass ein Druckabfall im Steuerraum (38) die Düsennadel (9) zum Öffnen ansteuert. Erfindungsgemäß weist die Düsennadel (9) zumindest einen Gelenkabschnitt (19) auf, in dem die Düsennadel (9) im Vergleich zu benachbarten Abschnitten bezüglich quer zur Längsmittelachse (10) der Düsennadel (9) orientierten Biegebelastungen biegeweicher ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 199 19 432 C2 ist ein Injektor bekannt, der einen Injektorkörper, eine Düsennadel sowie eine Steuereinrichtung aufweist. Der Injektorkörper weist wenigstens ein Spritzloch aufund enthält einen Zuführpfad zur Versorgung des wenigstens einen Spritzlochs mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff. Die Düsennadel ist im Injektorkörper hubverstellbar gelagert und weist eine Nadelspitze zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch auf. Die Steuereinrichtung dient zum Steuern des Drucks in einem Steuerraum, und die Düsennadel weist eine den Steuerraum axial begrenzende Steuerfläche auf. Im Betrieb des Injektors greift an der Steuerfläche eine in Schließrichtung der Düsennadel wirkende hydraulische Kraft an, derart, dass ein Druckabfall im Steuerraum die Düsennadel zum Öffnen ansteuert. Beim bekannten Injektor umfasst die Düsennadel einen mit der Nadelspitze ausgestatteten Nadelkörper sowie zwei hülsenförmige Kolbenkörper, die sich axial aneinander abstützen, in ihrem Inneren einen Niederdruckraum enthalten und sich axial am Nadelkörper abstützen. Die Steuereinrichtung ist als Magnetventil ausgestaltet, dessen Ventilglied eine stirnseitige Öffnung des vom Nadelkörper entfernten hülsenförmigen Kolbenkörpers steuert, die den Steuerraum mit besagtem Niederdruckraum verbindet. Der Zuführpfad ist im Injektorkörper an einem Nadelraum vorbeigeführt, in dem zumindest die hülsenförmigen Kolbenkörper der Düsennadel untergebracht sind.
  • Mit fortschreitender Entwicklung der Einspritztechnik geht auch eine Erhöhung der gewünschten Einspritzdrücke einher. Herkömmliche Injektoren mit Leckagestellen sind dann nicht mehr geeignet, da die Leckagemengen mit zunehmendem Druck immer größer werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Düsennadel vergleichsweise lang gebaut werden kann, ohne dass dabei grundsätzlich die Gefahr von Leckagestellen auftritt. Erreicht wird dies mit Hilfe wenigstens eines Gelenkabschnitts innerhalb der Düsennadel, wodurch die Düsennadel in besagtem Gelenkabschnitt im Hinblick auf Biegebelastungen, die quer zur Längsmittelachse der Düsennadel orientiert sind, biegeweicher als daran angrenzende Abschnitte der Düsennadel ausgestaltet ist. Durch die so vergrößerte Biegbarkeit bzw. Flexibilität der Düsennadel im jeweiligen Gelenkabschnitt können Querbelastungen in der Düsennadel im Bereich von Axialführungen reduziert werden. Insbesondere lassen sich dadurch Lagetoleranzen zwischen der Düsennadel und ihrer jeweiligen Axialführung ausgleichen, um dadurch Querbelastungen und Verschleiß zu reduzieren.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann wenigstens einer der Gelenkabschnitte zumindest einen geradlinigen Steg aufweisen, wobei der Steg sich bezüglich einer Längsmittelachse der Düsennadel radial erstreckt und wobei der Steg axial benachbarte Axialabschnitte der Düsennadel miteinander verbindet. Mit Hilfe eines derartigen Stegs wird im Gelenkabschnitt die Biegbarkeit bzw. Flexibilität der Düsennadel um eine durch die Längsrichtung des Stegs definierte Biegeachse stark vergrößert. Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der jeweilige Gelenkabschnitt zumindest zwei solche Stege aufweist, die axial zueinander beabstandet und um die Längsmittelachse der Düsennadel um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch wird die Flexibilität der Düsennadel im Bereich des Gelenkabschnitts um zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen erhöht, wodurch sich eine Art kardanische Beweglichkeit der über den Gelenkabschnitt miteinander verbundenen Abschnitte der Düsennadel ergibt.
  • Grundsätzlich kann die Düsennadel einteilig und aus einem Stück hergestellt werden, wodurch sich Toleranzketten reduzieren lassen. Ebenso ist es möglich, die Düsennadel aus mehreren Komponenten zusammenzubauen, die zumindest in axialer Richtung fest miteinander verbunden sind. In jedem Fall kann die Düsennadel leckagefrei ausgestaltet werden, wodurch sie für daran angreifenden Drücke quasi unempfindlich ist. Desweiteren ermöglicht eine leckage freie Bauweise der Düsennadel die Unterbringung der Düsennadel in einem Nadelraum, durch den der Zuführpfad hindurchgeführt ist. Hierdurch ist die Düsennadel in dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff angeordnet, was die Kraftstoffführung innerhalb des Injektors erheblich vereinfacht.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
    • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1 und 2
    jeweils einen stark vereinfachten prinzipiellen Längsschnitt durch einen Injektor, bei verschiedenen Aus führungs formen.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Entsprechend den Fig. 1 und 2 umfasst ein Injektor 1 einen Injektorkörper 2, der beispielsweise aus einem Steuerabschnitt 3 und einem Nadelabschnitt 4 besteht. Steuerabschnitt 3 und Nadelabschnitt 4 können beispielsweise über eine nicht gezeigte Verbindungshülse nach Art einer Überwurfmutter aneinander befestigt sein. Der Injektorkörper 2 enthält in seinem Nadelabschnitt 4 wenigstens ein Spritzloch 5, durch das eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Einspritzraum 6 durchführbar ist. Des Weiteren enthält der Injektorkörper 2 einen Zuführpfad 7, der das wenigstens eine Spritzloch 5 mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Hierzu ist der Injektor 1 über den Zuführpfad 7 an eine Kraftstoffhochdruckleitung 8 angeschlossen. Diese bildet ebenso wie der Injektor 1 einen Bestandteil einer im übrigen nicht gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Bei einem sogenannten Common-Rail-System sind mehrere Injektoren 1 an dieselbe Kraftst off hochdruckleitung 8 angeschlossen.
  • Der Injektor 1 weist außerdem eine Düsennadel 9 auf, die im Injektorkörper 2 hubverstellbar gelagert ist. Die Hubrichtung ist dabei parallel zu einer Längsmittelachse 10 der Düsennadel 9 orientiert. Die Düsennadel 9 weist eine Nadelspitze 11 auf, die mit einem am Injektorkörper 2 bzw. an dessen Nadelabschnitt 4 ausgebildeten Nadelsitz 12 zusammenwirkt. Die Nadelspitze 11 dient zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 5. In einer Schließstellung der Düsennadel 9 sitzt die Nadelspitze 11 im Nadelsitz 12 und trennt dadurch das wenigstens eine Spritzloch 5 vom Zuführpfad 7. Beim Öffnen der Düsennadel 9 hebt die Nadelspitze 11 vom Nadelsitz 12 ab und verbindet dadurch das wenigstens eine Spritzloch 5 mit dem Zuführpfad 7, wodurch Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 5 in den Einspritzraum 6 gelangt.
  • Der Injektor 1 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung 13, die dazu ausgestaltet ist, in einem Steuerraum 38 den Druck zu steuern. Die Steuereinrichtung 13 kann dabei - wie bei den hier gezeigten Ausführungsformen - mit einem Magnetventil 14 ausgestattet sein, dessen Ventilglied 15 mit Hilfe eines elektromagnetischen Stellantriebs 16 betätigbar ist. Ein derartiges Magnetventil 14 ist vergleichsweise preiswert realisierbar. Alternativ kann die Steuereinrichtung 13 auch mit einem Piezoaktuator ausgestattet sein.
  • Die Düsennadel 9 weist an ihrer von der Nadelspitze 11 abgewandten Stirnseite eine Steuerfläche 17 auf, die den Steuerraum 38 axial begrenzt. Im Betrieb des Injektors 1 bewirkt der im Steuerraum 38 herrschende Druck eine hydraulische Krafteinleitung in die Steuerfläche 17 und zwar in Schließrichtung der Düsennadel 9. Ein Druckabfall im Steuerraum 38 reduziert somit die in Schließrichtung an der Steuerfläche 17 angreifenden hydraulischen Kräfte und kann somit die Düsennadel 9 zum Öffnen ansteuern.
  • Die Düsennadel 9 ist im hier gezeigten, bevorzugten Beispiel einteilig ausgestaltet und ist von der Nadelspitze 11 bis zur Steuerfläche 17 aus einem Stück hergestellt. Durch diese Bauweise ist die Düsennadel 9 als solche leckage frei, da sie insbesondere keinen Niederdruckraum enthält. Besonders vorteilhaft bei der einteiligen Düsennadel 9 ist, dass sie in einem Nadelraum 18 des Injektorkörpers 2 angeordnet sein kann, durch den der Zuführpfad 7 hindurchgeführt ist. Bei dieser Bauweise ist die Düsennadel 9 von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff umgeben bzw. umspült. Da die Düsennadel 9 aus einem Stück hergestellt ist, kann ihre Funktionalität auch in dieser Hochdruckumgebung gewährleistet werden. Alternativ ist es grundsätzlich möglich, die Düsennadel 9 aus mehreren Teilen oder Komponenten zusammenzubauen. Zum Beispiel lassen sich die einzelnen Komponenten durch Press- und/oder Schrumpfverbindungen aneinander befestigen. Dabei sind die einzelnen Komponenten im zusammengebauten Zustand zumindest in axialer Richtung fest miteinander verbunden. Auch bei dieser Bauform ist es grundsätzlich möglich, die mehrteilige Düsennadel 9 leckagefrei auszugestalten, wodurch sie auch ohne weiteren in einer Hochdruckumgebung verwendet werden kann.
  • Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ist die Düsennade19 jeweils mit wenigstens einem Gelenkabschnitt 19 ausgestattet. Ein derartiger Gelenkabschnitt 19 charakterisiert sich dadurch, dass die Düsennadel 9 in ihm eine erhöhte Flexibilität bzw. Elastizität aufweist, wodurch die Düsennadel 9 im Gelenkabschnitt 19 im Hinblick aufBiegebelastungen, die quer zur Längsmittelachse 10 der Düsennadel 9 orientiert sind, biegeweicher ist als in daran angrenzenden Abschnitten der Düsennadel 9. Beispielsweise kann ein derartiger Gelenkabschnitt 19 durch eine Einschnürung oder Verjüngung im Durchmesser der Düsennadel 9 ausgebildet sein. Bevorzugt wird jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher jeder Gelenkabschnitt 19 zumindest einen geradlinigen Steg 20 aufweist. Der jeweilige Steg 20 erstreckt sich bezüglich der Längsmittelachse 10 radial. Außerdem verbindet der jeweilige Steg 20 axial dazu benachbarte Axialabschnitte der Düsennadel 9 miteinander. Bei den hier gezeigten bevorzugten Varianten weist der jeweilige Gelenkabschnitt 19 zwei derartige Stege 20 auf. Die Stege 20 sind axial zueinander beabstandet positioniert und um die Längsmittelachse 10 um 90° zueinander versetzt orientiert. Die Stege 20 können beispielsweise dadurch hergestellt werden, das an der Düsennadel 9 im Bereich des jeweiligen Gelenkabschnitts 19 an diametral gegenüberliegenden Seiten zwei Aussparungen 21 eingearbeitet werden, die durch den jeweiligen Steg 20 voneinander getrennt sind. Die Aussparungen 21 sind dann bezüglich einer Symmetrieebene, in der die Längsmittelachse 10 und der jeweilige Steg 20 liegen, spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Außerdem erstreckt sich der jeweilige Steg 20 vorzugsweise über den gesamten Durchmesser der Düsennadel 9 im Bereich des jeweiligen Gelenkabschnitts 19. Im Bereich eines solchen Gelenkabschnitts 19 weist die Düsennadel 9 eine erhöhte Flexibilität bezüglich Biegebeanspruchungen um Biegeachsen auf, die durch die Längsachsen der Stege 20 definiert sind. Hierdurch wird die Düsennadel 9 im jeweiligen Gelenkabschnitt 19 um besagte Biegeachsen biegeweich. Durch diese Bauweise kann die Düsennadel 9 Lagetoleranzen zwischen der Düsennadel 9 und einer Axialführung der Düsennadel 9 ausgleichen, um dadurch Querbelastungen und Verschleiß im Bereich der Axialführung zu reduzieren.
  • Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist beispielsweise im Nadelabschnitt 4 des Injektorkörpers 2 eine derartige Axialführung 22 ausgebildet, über welche die Düsennadel 9 im Bereich eines die Nadelspitze 11 aufweisenden Endabschnitts 23 im Injektorkörper 2 gelagert ist. Um den Zuführpfad 7 durch besagte Axialführung 22 hindurchzuführen, kann die Düsennadel 9 in besagtem Endabschnitt 23 innerhalb der Axialführung 22 mit entsprechenden Freischliffflächen 24 versehen sein, die in Fig. 2 angedeutet sind.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Düsennadel 9 außerdem im Bereich eines die Steuerfläche 17 aufweisenden Endabschnitts 25 in einer Führungshülse 26 mittels einer Axialführung 27 gelagert. Besagte Führungshülse 26 bildet eine radiale Begrenzung des Steuerraums 38 und ist an einer Zwischenplatte 28 ortsfest angeordnet, z. B. daran angeschweißt oder integral daran ausgebildet. Die Zwischenplatte 28 bildet einerseits eine der Steuerfläche 17 gegenüberliegende axiale Begrenzung des Steuerraums 38. Andererseits begrenzt die Zwischenplatte 28 hier einen Kopplungsraum 29 in axialer Richtung. Kopplungsraum 29 und Steuerraum 38 sind durch die Zwischenplatte 28 hindurch hydraulisch miteinander gekoppelt über einen Verbindungspfad 30, z.B. in Form einer gedrosselten Bohrung.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungs form weist genau zwei Gelenkabschnitte 19 auf. Dabei ist der eine Gelenkabschnitt 19 in dem der Nadelspitze 11 zugeordneten Endabschnitt 23 ausgebildet, während der andere Gelenkabschnitt 19 in dem der Steuerfläche 17 zugeordneten Endabschnitt 25 ausgebildet ist. Insofern können über die Gelenkabschnitte 19 Lagetoleranzen zwischen der axialführung 27 der Führungshülse 26 einerseits und der Axialführung 22 des Nadelabschnitts 4 andererseits ausgeglichen werden, um die darin auftretenden Querkräfte und den damit einhergehenden Verschleiß zu reduzieren.
  • Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist an der Düsennadel 9 in dem der Steuerfläche 17 zugeordneten Endabschnitt 25 eine Dichthülse 31 axial verstellbar gelagert, wobei auch hier zwischen Düsennadel 9 und Dichthülse 31 wieder eine Axialführung 32 ausgebildet ist. Auch die Dichthülse 31 bildet eine radiale Begrenzung des Steuerraums 38. Die Dichthülse 31 liegt axial an einer Zwischenplatte 28 an, die auch hier einerseits den Steuerraum 38 und andererseits einen Kopplungsraum 29 axial begrenzt. Auch hier existiert ein Verbindungspfad 30 zur hydraulischen Kopplung zwischen Kopplungsraum 29 und Steuerraum 38, der durch die Zwischenplatte 28 hindurchgeführt ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Düsennadel 9 nur mit genau einem Gelenkabschnitt 19 ausgestattet, der in dem der Nadelspitze 11 zugeordneten Endabschnitt 23 ausgebildet ist. Eine Ausrichtung zwischen Düsennadel 9 und Dichthülse 31 im Bereich des der Steuerfläche 17 zugeordneten Endabschnitts 25 erfolgt durch die Beweglichkeit der Dichthülse 31 quer zur Längsmittelachse 10 entlang der Zwischenplatte 28, an der sie anliegt.
  • Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist der Injektor 1 außerdem mit einer Schließdruckfeder 33 ausgestattet. Diese stützt sich einerseits an der Düsennade 19 ab, beispielsweise über einen radial davon abstehenden Bund 34. Andererseits stützt sich die Schließdruckfeder 33 bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform an der Führungshülse 26 ab und bei der in Fig. 2 gezeigten Aus führungs form an der Dichthülse 31. Mit Hilfe der Schließdruckfeder 33 ist die Düsennadel 9 in Schließrichtung vorgespannt.
  • Bei den hier gezeigten Aus führungs formen ist die Steuereinrichtung 13 zum Steuern des Drucks im Kopplungsraum 29 ausgestaltet. Durch die hydraulische Kopplung zwischen Kopplungsraum 29 und Steuerraum 38 ergibt sich dadurch eine indirekte Steuerung des Drucks im Steuerraum 38. Beispielsweise ist der Kopplungsraum 29 an einen relativ drucklosen Rücklauf 35 angeschlossen, wobei eine Verbindung zwischen Kopplungsraum 29 und Rücklauf 35 durch die jeweilige Steuereinrichtung 13, z.B. durch das Ventilglied 15, gesteuert ist. Bei geschlossener Düsennadel 9 und bei geschlossener Verbindung zwischen Kopplungsraum 29 und Rücklauf 35 herrscht im Kopplungsraum 29 ebenso wie im Steuerraum 38 derselbe Druck wie im Nadelraum 18, also der Einspritzdruck des Zuführpfads 7. Hierzu kann der Steuerraum 38 über einen entsprechenden Verbindungspfad 36, der z. B. durch wenigstens eine gedrosselte Bohrung in der Führungshülse 26 bzw. in der Dichthülse 31 realisiert sein kann, mit dem Nadelraum 18, also mit dem Zuführpfad 7. Darüber hinaus kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Kopplungsraum 29 über einen entsprechenden Verbindungspfad 37, z. B. in Form einer gedrosselten Bohrung, auch direkt mit dem Nadelraum 18, also mit dem Zuführpfad 7 kommunizieren. Hierdurch kann zum Schließen der Düsennadel 9 im Kopplungsraum 29 der erforderliche Hochdruck rascher aufgebaut werden.
  • Zum Öffnen der Düsennadel 9 wird die Verbindung zwischen Kopplungsraum 29 und Rücklauf 35 geöffnet, wodurch es zu einem Druckabfall im Kopplungsraum 29 kommt. Das Öffnen besagter Verbindung erfolgt durch eine entsprechende Betätigung der Steuereinrichtung 13, also insbesondere durch eine entsprechende Ansteuerung des Magnetventils 14, also insbesondere durch einen entsprechenden Hub des Ventilglieds 15. Der im Kopplungsraum 29 eintretende Druckabfall pflanzt sich in den Steuerraum 38 fort und führt dort zu einer Abnahme der an der Steuerfläche 17 angreifenden Schließkräfte. In der Folge werden die an der Düsennadel 9 angreifenden, in Schließrichtung wirkenden Kräfte stark reduziert, wodurch die an der Düsennadel 9 angreifenden, in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte überwiegen. In der Folge hebt die Düsennadel 9 aus dem Nadelsitz 12 ab und der Einspritzvorgang beginnt. Zum Schließen der Düsennadel 9 wird die Verbindung zwischen Kopplungsraum 29 und Rücklauf 35 wieder gesperrt durch eine entsprechende Betätigung der Steuereinrichtung 13 bzw. durch eine entsprechende Ansteuerung des Magnetventils 14. Über die Verbindungspfade 30, 36 und 37 kann sich im Steuerraum 38 bzw. im Kopplungsraum 29 wieder der Einspritzdruck aufbauen, so dass die in Schließrichtung wirksamen hydraulischen Kräfte an der Steuerfläche 17 wieder zunehmen und die Düsennadel 9 in deren Schließrichtung antreiben.

Claims (10)

  1. Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
    - mit einem Injektorkörper (2), der wenigstens ein Spritzloch (5) aufweist und in dem ein Zuführpfad (7) zur Versorgung des wenigstens einen Spritzlochs (5) mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff ausgebildet ist,
    - mit einer im Injektorkörper (2) hubverstellbar gelagerten Düsennadel (9), die eine Nadelspitze (11) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch (5) aufweist,
    - mit einer Steuereinrichtung (13) zum Steuern des Drucks in einem Steuerraum (38),
    - wobei die Düsennadel (9) eine den Steuerraum (38) axial begrenzende Steuerfläche (17) aufweist, an der im Betrieb des Injektors (1) in Schließrichtung der Düsennadel (9) wirkende hydraulische Kräfte angreifen, derart, dass ein Druckabfall im Steuerraum (38) die Düsennadel (9) zum Öffnen ansteuert,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsennadel (9) zumindest einen Gelenkabschnitt (19) aufweist, in dem die Düsennadel (9) bezüglich quer zur Längsmittelachse (10) der Düsennadel (9) orientierten Biegebelastungen biegeweicher als in dazu benachbarten Abschnitten ist.
  2. Injektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens einer der Gelenkabschnitte (19) zumindest einen geradlinigen Steg (20) aufweist, der sich bezüglich der Längsmittelachse (10) der Düsennadel (9) radial erstreckt und der axial benachbarte axiale Abschnitte der Düsennadel (9) miteinander verbindet.
  3. Injektor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der jeweilige Gelenkabschnitt (19) zumindest zwei Stege (20) aufweist, die axial zueinander beabstandet sind, und die um die Längsmittelachse (10) der Düsennadel (9) um 90° zueinander versetzt angeordnet sind, und/oder
    - dass sich der jeweilige Steg (20) über den ganzen Durchmesser der Düsennadel (9) erstreckt.
  4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der jeweilige Steg (20) dadurch ausgebildet ist, dass an der Düsennadel (9) zwei Aussparungen (21) eingearbeitet sind, die bezüglich einer Symmetrieebene, in der die Längsmittelachse (10) der Düsennadel (9) und der Steg (20) liegen, spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
  5. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Düsennadel (9) im Bereich eines die Nadelspitze (11) aufweisenden Endabschnitts (23) im Injektorkörper (2) mit Axialführung (22) gelagert ist,
    - dass die Düsennadel (9) im Bereich eines die Steuerfläche (17) aufweisenden Endabschnitts (25) in einer Führungshülse (26) mit Axialführung (27) gelagert ist,
    - dass die Führungshülse (26) den Steuerraum (38) radial begrenzt und an einer Zwischenplatte (28) ortsfest angeordnet ist, die den Steuerraum (38) axial begrenzt,
    - dass die Düsennadel (9) genau zwei solche Gelenkabschnitte (19) aufweist, wobei der eine Gelenkabschnitt (19) in dem der Nadelspitze (11) zugeordneten Endabschnitt (23) und der andere Gelenkabschnitt (19) in dem der Steuerfläche (17) zugeordneten Endabschnitt (25) ausgebildet ist.
  6. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Düsennadel (9) im Bereich eines die Nadelspitze (11) aufweisenden Endabschnitts (23) im Injektorkörper (2) mit Axialführung (22) gelagert ist,
    - dass an der Düsennadel (9) im Bereich eines die Steuerfläche (17) aufweisenden Endabschnitts (25) eine Dichthülse (31) mit Axialführung gelagert ist,
    - dass die Dichthülse (31) den Steuerraum (38) radial begrenzt und axial an einer Zwischenplatte (28) anliegt, die den Steuerraum (38) axial begrenzt,
    - dass die Düsennadel (9) genau einen solchen Gelenkabschnitt (19) aufweist, der in dem der Nadelspitze (11) zugeordneten Endabschnitt (23) ausgebildet ist.
  7. Injektor nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Schließdruckfeder (33) vorgesehen ist, die sich einerseits an der Düsennadel (9) und andererseits an der Dichthülse (31) oder an der Führungshülse (26) oder an der Zwischenplatte (28) abstützt.
  8. Injektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (13) zum Steuern des Drucks in einem mit dem Steuerraum (38) hydraulisch gekoppelten Kopplungsraum (29) ausgestaltet ist und darüber den Druck im Steuerraum (38) indirekt steuert.
  9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Düsennadel (9) einteilig und von der Nadelspitze (11) bis zur Steuerfläche (17) aus einem Stück hergestellt ist, oder
    - dass die Düsennadel (9) aus wenigstens zwei Komponenten zusammengebaut ist, die axial fest miteinander verbunden sind.
  10. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Injektorkörper (2) einen Nadelraum (18) enthält, in dem die Düsennadel (9) angeordnet ist,
    - dass der Zuführpfad (7) durch den Nadelraum (18) hindurchgeführt ist.
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