EP2156044A1 - Injektor mit druckausgeglichenem steuerventil - Google Patents

Injektor mit druckausgeglichenem steuerventil

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EP2156044A1
EP2156044A1 EP08736614A EP08736614A EP2156044A1 EP 2156044 A1 EP2156044 A1 EP 2156044A1 EP 08736614 A EP08736614 A EP 08736614A EP 08736614 A EP08736614 A EP 08736614A EP 2156044 A1 EP2156044 A1 EP 2156044A1
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EP
European Patent Office
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valve
diameter
actuator
injector
sealing diameter
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EP08736614A
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EP2156044B1 (de
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Thomas Pauer
Andreas Rettich
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2156044B1 publication Critical patent/EP2156044B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector according to the preamble of claim 1.
  • Injectors with a pressure-balanced in the axial direction control valve are known in two fundamentally different designs. Due to the pressure balance of the control valve, such injectors are particularly suitable for switching high fuel pressures, in particular beyond 2000 bar.
  • the actuator of the control valve is designed as a valve sleeve.
  • the valve sleeve defines a valve chamber formed on a diameter-reduced portion of a guide pin only radially outward, so that act from the inside of the valve chamber located under high pressure fuel no forces in the axial direction on the valve sleeve.
  • injectors are known in which the valve sleeve of the control valve is guided not on its inner circumference, but on its outer periphery.
  • valve sleeve In one variant of these injectors, only a pressure pin which is pressurized in the axial direction is arranged inside the valve sleeve, which pushes the valve chamber provided inside the valve sleeve in an axial upward direction. seals. In this variant too, the high-pressure fuel within the valve chamber does not act on the valve sleeve in the axial direction.
  • the valve chamber In another variant of the control valve with valve sleeve, the valve chamber is arranged radially outside the valve sleeve. When lifted from the valve seat valve sleeve, the valve chamber is connected via a channel formed by the valve sleeve with the low pressure region of the injector.
  • the actuator is designed as a valve pin, wherein a valve chamber of the control valve is provided at a reduced diameter portion of the valve pin.
  • This design of axially balanced control valves is characterized in that the effective in two opposite axial directions, the valve chamber limiting pressure application surfaces on the valve pin are the same size, so that the forces acting in the opposite axial directions compressive forces cancel each other.
  • the invention is therefore based on the object to propose an injector, in which the wear effects on the opening and closing behavior are minimized.
  • the sealing diameter of the actuator is less than 3 mm, at least immediately after production, ie before the use of the injector.
  • Under sealing diameter in the context of the invention is understood to mean the valve seat fitting, the valve chamber directly limiting diameter of the actuator.
  • the sealing diameter is chosen so that the sealing diameter does not exceed 3 mm also due to wear during operation of the injector.
  • the provision of a sealing diameter of less than 3 mm has the advantage that the surface of a pressure stage which arises during operation is comparatively small, and consequently also the compressive force acting on the actuator in the opening direction. This is due in particular to the fact that the area of the resulting printing increases quadratically with increasing sealing diameter.
  • control valves in the axial direction are understood in the sine of the invention also control valves, in which already in the production of a minimum pressure level, i. a one-sided pressure application surface is provided, for example in order to counteract a diameter step that arises as a result of wear, or to specifically generate a low opening force, in particular in order to be able to use actuators with lower power.
  • a minimum pressure level i. a one-sided pressure application surface
  • the sealing diameter ie the valve chamber on the valve seat directly limiting diameter of the actuator is selected from a range between 2.5 mm and 2.95 mm. Even more advantageous is the sealing diameter from a diameter range between about 1.5 mm and about 2.0 mm. Of particular advantage is an embodiment in which the sealing diameter is selected from a diameter range between about 1.0 mm and about 1.5 mm. Particularly advantageous effects on minimized wear have a sealing diameter ranging between about 0.5 mm and about 1.0 mm.
  • the valve chamber on the opposite axial side limiting diameter of the actuator is also smaller than 3.0 mm.
  • This diameter is either a guide diameter of the actuator, such as in an embodiment in which the actuator is formed as a valve sleeve and is guided on a radially inner guide pin, or in an embodiment in which the actuator is guided as in a valve piece Valve pin is executed.
  • the guide diameter or the second sealing diameter of the actuator is selected from a range between about 2.5 mm and about 2.95 mm.
  • the guide diameter or the second sealing diameter is selected from a range between about 2.0 mm and about 2.5 mm.
  • Particularly advantageous is an embodiment with a guide diameter or a second sealing diameter from a range between about 1.0 mm and about 1.5 mm.
  • a particularly preferred embodiment is formed with a guide diameter or a second sealing diameter from a range between about 0.5 mm to about 1.0 mm.
  • the sealing diameter of the actuator resting against the valve seat is the same as that of the axially spaced guide diameter or the same as the second sealing diameter spaced in the axial direction.
  • control valve is, at least immediately after production, a control valve which is completely pressure-balanced in the axial direction.
  • a sealing diameter of less than 3 mm can be realized in a control valve in which the actuator is designed as a valve sleeve.
  • the sealing diameter is the inner diameter of the valve sleeve, with which the valve sleeve rests against the valve seat, for example a conical seat.
  • the valve sleeve is guided on its inner circumference on a guide pin, which is preferably formed integrally with a valve piece, which preferably carries the valve seat.
  • a valve chamber is delimited in the axial direction by the sealing diameter (inner diameter of the valve sleeve) resting against the valve seat and by a guide diameter which is spaced apart in the axial direction and with which the valve sleeve is connected to the guide sleeve. bolt is guided.
  • the guide diameter preferably corresponds to the sealing diameter.
  • the outer diameter of the guide pin corresponds approximately to the inner diameter of the valve sleeve minus a minimum guide clearance.
  • valve sleeve is guided on its outer circumference.
  • a pressure pin is located inside the valve sleeve, wherein the inner diameter of the valve sleeve bearing against the pressure pin is a second sealing diameter (not the guide diameter).
  • valve chamber is arranged on the outer circumference of the valve sleeve.
  • sealing diameter of less than 3.0 mm is the outer diameter of the valve sleeve lying against the valve seat.
  • the invention can be realized in an injector with a control valve whose actuator is designed as a valve pin.
  • the sealing diameter preferably corresponds to the voltage applied to the valve seat outer diameter of the valve pin, which is preferably formed by a conical portion of the guide pin.
  • the valve chamber of such a control valve is limited by a guide diameter (outer diameter) of the valve pin.
  • the diameter of the valve pin within the valve chamber of the control valve is smaller, preferably by at least about 0.5 mm is smaller than the sealing diameter of the valve pin and thus also less than the guide sleeve diameter spaced apart in the axial direction of the valve pin.
  • FIG. 1 shows a first possible embodiment of a control valve of an injector, in which the control valve has an actuator designed as a valve pin,
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a control valve for an injector, in which the actuator is designed as a guided on a guide pin valve sleeve,
  • valve 3 shows a further embodiment of a control valve of an injector, in which the valve sleeve is guided on its outer circumference and
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a control valve with an axially adjustable valve sleeve, in which a valve chamber of the control valve is arranged on the outer circumference of the valve sleeve.
  • a fragment designed as a common rail injector injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine is shown.
  • the injector 1 comprises an adjustable in the axial direction one or more parts valve element 2, which is adjustable between a closed position of the fuel flow from a nozzle hole arrangement not shown releasing opening position.
  • the valve element 2 delimits with an upper end face 3 a control chamber 4 radially inside a sleeve 5.
  • an inlet throttle 6 is introduced, via which the control chamber 4 is permanently supplied with high-pressure fuel.
  • the control chamber 4 is connected via an introduced into a valve piece 7 outlet throttle 8 with a valve chamber 9 of a control valve 10.
  • control valve 10 With the control valve 10 open, fuel can flow from the control chamber 4 into a low-pressure region 11 of the injector and from there to an injector return not shown.
  • the flow cross-sections of the outlet throttle and the inlet throttle 6 are matched to one another such that when the control valve 10 is open, a net outflow of fuel from the control chamber 4 results, whereby the closing forces acting on the valve element 2 decrease and thus the valve element 2 from its valve seat (not shown) lifts off and releases the fuel flow into the combustion chamber. If the control valve 10 is closed, flows through the inlet throttle 6 continue to fuel in the control chamber 4, so that the pressure in the control chamber 4 and thus increase the force acting on the valve element 2 axial closing forces, so that the injection process is interrupted.
  • the control valve 10 comprises an adjustable in the axial direction as a valve pin formed actuator 12, which is formed integrally with an anchor plate 13 in this embodiment.
  • the armature plate 13 is part of an electromagnetic actuator, not shown, for opening the actuator 12.
  • a closing spring 14 is provided to close the bolt-shaped actuator 12.
  • the valve chamber 9 is partially formed within the valve member 7 and partially on a reduced diameter portion 15 of the actuator 12, wherein the pressure in opposite axial directions pressure application surfaces of the actuator 12 are equal.
  • a valve seat 16 is formed for engaging a conical portion 17 of the actuator 12.
  • the actuator 12 is located with a sealing diameter D on the valve seat 16.
  • the sealing diameter D of about 2.5 mm is an outer diameter of the actuator 12 at its conical portion 17th
  • the valve chamber 9 is delimited by a guide diameter D F of the actuator 12.
  • the actuator 12 With the guide diameter D F , the actuator 12 is radially on the outside of a guide bore 18 in the valve piece 7 at.
  • the amount of the management diameter D F corresponds to the amount of the sealing diameter D of the actuator 12th
  • the lower end face 19 of the actuator 12 delimits a compensation chamber 20, which is connected to the low-pressure region 11 of the injector via a connecting channel 21, so that the pressure in the compensation chamber 20 during a displacement movement of the actuator 12 at least approximately constant.
  • FIG. 2 shows an alternative exemplary embodiment of an injector 1, the basic mode of operation of the injector shown corresponding to the mode of functioning of the injector 1 according to FIG. 1.
  • the actuator 12 is not formed as a valve pin, but as an axially adjustable valve sleeve 12, which is integrally formed with an anchor plate 13.
  • the actuator 12 is guided radially inwardly on an axially extending guide pin 22, which is integral with a valve piece 7 is formed, on which also the valve seat 16 of the control valve 10 is located.
  • the valve chamber 9 is formed on a reduced diameter portion 15 of the guide pin 22 and is supplied via an outlet throttle 8 with fuel from the control chamber 6.
  • the sleeve-shaped actuator limits the control chamber 6 only radially on the outside and lies with a guide diameter D, which is formed by an inner diameter of the sleeve-shaped actuator 12 on the valve seat 16 at.
  • the sealing diameter is in this embodiment about 2.3 mm.
  • the sealing diameter D opposite the valve chamber 9 is limited by a guide diameter D F , which corresponds to the sealing diameter D.
  • FIG. 3 corresponds in its operation to the embodiments of FIGS. 1 and 2.
  • the sleeve-shaped actuator 12 is guided on its outer circumference, wherein in the valve member 7, an axial channel 23 is formed through which fuel can flow in the low-pressure region 11 of the injector when the actuator 12 is lifted from the valve seat 16.
  • a pressure pin 24 which is supported in the axial direction on a holding body 25 of an electromagnetic actuator.
  • the sleeve-shaped actuator 12 bears against the valve seat 16 with a sealing diameter D formed by an inner diameter.
  • the valve chamber 9 is bounded on the opposite axial side by a second sealing diameter D2.
  • the sealing diameter D and the second sealing diameter D 2 are each 2.8 mm.
  • FIGS. 1 to 3 a further embodiment of an injector 1 is shown. Also in this injector 1, the basic operation corresponds to the injectors described in FIGS. 1 to 3.
  • the actuator 12 is formed as a valve sleeve, wherein the valve seat 16 is formed on a valve member 7.
  • the valve chamber 9 is arranged radially outside the valve sleeve 12, so that the sealing diameter D, with which the sleeve-shaped actuator 12 bears against its valve seat 16, is formed by an outer diameter of the actuator 12.
  • the sealing diameter D is about 1.9 mm in this embodiment. Spaced in the axial direction of the sealing diameter D, the control chamber 9 is limited by a guide diameter D F of the sleeve-shaped actuator 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (2) und mit einem in axialer Richtung zumindest näherungsweise druckausgeglichenem Steuerventil (10), mit einem auf einen Ventilsitz (16) verstellbaren Stellglied (12). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein am Ventilsitz anliegender Dichtdurchmesser des Stellgliedes kleiner als 3 mm ist.

Description

Beschreibung
Titel
Injektor mit druckausgeglichenem Steuerventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Injektoren mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil (Servoventil) sind in zwei grundsätzlich unterschiedlichen Bauformen bekannt. Aufgrund der Druckaus- geglichenheit des Steuerventils eignen sich derartige Injektoren insbesondere zum Schalten hoher Kraftstoffdrücke, insbesondere jenseits von 2000 bar.
Bei der aus der EP 1 612 403 Al bekannten Injektorbauform ist das Stellglied des Steuerventils als Ventilhülse ausgebildet. Die Ventilhülse begrenzt eine an einem durchmesserreduzierten Abschnitt eines Führungsbolzens ausgebildete Ventilkammer lediglich radial außen, so dass von dem inner- halb der Ventilkammer befindlichen, unter Hochdruck stehenden Kraftstoff keine Kräfte in axialer Richtung auf die Ventilhülse wirken. Daneben sind Injektoren bekannt, bei denen die Ventilhülse des Steuerventils nicht an ihrem Innenumfang, sondern an ihrem Außenumfang geführt ist. Bei einer Variante dieser Injektoren ist innerhalb der Ventilhülse lediglich ein in axialer Richtung druckbeaufschlagter Druckstift angeordnet, der die innerhalb der Ventilhülse vorgesehene Ventilkammer in axialer Richtung nach oben ab- dichtet. Auch bei dieser Variante beaufschlagt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer die Ventilhülse nicht in axialer Richtung. Bei einer anderen Variante des Steuerventils mit Ventilhülse ist die Ven- tilkammer radial außerhalb der Ventilhülse angeordnet. Bei von dem Ventilsitz abgehobener Ventilhülse ist die Ventilkammer über einen von der Ventilhülse gebildeten Kanal mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden.
Bei einer zweiten Injektorbauform ist das Stellglied als Ventilbolzen ausgebildet, wobei eine Ventilkammer des Steuerventils an einem durchmesserreduzierten Abschnitt des Ventilbolzens vorgesehen ist. Diese Bauform von axial ausgeglichenen Steuerventilen zeichnet sich dadurch aus, dass die in zwei entgegengesetzte Axialrichtungen wirksamen, die Ventilkammer begrenzenden Druckangriffsflächen an dem Ventilbolzen gleich groß sind, so dass sich die in die entgegengesetzten Axialrichtungen wirkenden Druckkräfte gegenseitig aufheben.
Sämtlichen Injektoren mit druckausgeglichenen Steuerventilen ist unabhängig von deren konkreter Bauform gemeinsam, dass der Dichtdurchmesser des Stellgliedes, also der die Ventilkammer unmittelbar begrenzende, an dem Ventilsitz an- liegende Durchmesser des Stellgliedes über die Lebensdauer des Injektors aufgrund von Verschleißerscheinungen zunimmt. Hierdurch entsteht eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckstufe, die dazu führt, dass die Injektoren nur noch näherungsweise druckausgeglichen sind. Hierdurch verändert sich das Öffnungs- und Schließverhalten des Steuerventils über seine Lebensdauer stark. Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrund, einen Injek- tor vorzuschlagen, bei dem die Verschleißauswirkungen auf das Öffnungs- und Schließverhalten minimiert sind.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen, sollen auch in den Wertebereichen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass der Dicht- durchmesser des Stellglieds zumindest unmittelbar nach der Fertigung, also vor dem Einsatz des Injektors kleiner als 3 mm ist. Unter Dichtdurchmesser im Sinne der Erfindung wird dabei der am Ventilsitz anliegende, die Ventilkammer unmittelbar begrenzende Durchmesser des Stellgliedes verstanden. Bevorzugt wird der Dichtdurchmesser so gewählt, dass der Dichtdurchmesser auch durch Verschleißerscheinungen während des Betriebs des Injektors 3 mm nicht überschreitet. Das Vorsehen eines Dichtdurchmessers von weniger als 3 mm hat den Vorteil, dass die Fläche einer während des Betriebs entstehenden Druckstufe vergleichsweise gering ist und somit in der Folge auch die in Öffnungsrichtung auf das Stellglied wirkende Druckkraft. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Fläche der entstehenden Druck- stufe quadratisch mit wachsendem Dichtdurchmesser zunimmt. Die Auswirkungen eines (unvermeidlichen) Verschleißes auf das Öffnungs- und Schließverhalten des Steuerventils und damit auf das Öffnungs- und Schließverhalten des Ventils- elementes sind somit aufgrund des geringen Dichtdurchmessers vergleichsweise gering. Die im Laufe der Zeit wachsenden Druckkräfte sind somit moderat und daher beherrschbar. Ein weiterer Vorteil der Wahl eines geringen Dichtdurchmessers von weniger als 3 mm besteht in dem resultierenden ge- ringen Gewicht des axial zu verstellenden Stellgliedes, so dass Aktuatoren mit geringer Leistung und damit mit geringem Bauraumbedarf eingesetzt werden können. Ebenso kann eine auf das Stellglied wirkende Schließfeder wesentlich kleiner dimensioniert werden, was sich wiederum positiv auf den benötigten Bauraum auswirkt. Die geringere Masse des Stellgliedes führt gleichzeitig wiederum zu geringeren Verschleißerscheinungen des Stellgliedes und/oder des Ventilsitzes .
Unter in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventilen werden im Sine der Erfindung auch Steuerventile verstanden, bei denen bereits bei der Herstellung eine minimale Druckstufe, d.h. eine einseitige Druckangriffsfläche vorgesehen ist, etwa um einer verschleißbedingt entstehen- den Durchmesserstufe entgegenzuwirken, oder um gezielt eine geringe Öffnungskraft zu erzeugen, insbesondere um Aktuatoren mit geringerer Leistung einsetzen zu können.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Dichtdurchmesser, also der die Ventilkammer am Ventilsitz unmittelbar begrenzende Durchmesser des Stellgliedes aus einem Bereich zwischen 2,5 mm und 2,95 mm gewählt ist. Noch vorteilhafter ist es, den Dichtdurchmesser aus einem Durchmesserbereich zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,0 mm zu wählen. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der der Dichtdurchmesser aus einem Durchmesserbereich zwischen etwa 1,0 mm und etwa 1,5 mm gewählt wird. Besondere vorteilhafte Auswirkungen auf einen minimierten Verschleiß hat ein Dichtdurchmesser aus einem Bereich zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1,0 mm.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der der axial von dem Dichtdurchmesser beabstandete, die Ventilkammer auf der gegenüberliegenden Axialseite begrenzende Durchmesser des Stellgliedes ebenfalls kleiner als 3,0 mm ist. Bei diesem Durchmesser handelt es sich entweder um einen Führungsdurchmesser des Stellgliedes, etwa bei einer Ausführungsform, bei der das Stellglied als Ventilhülse ausgebildet ist und an einen radial inneren Führungsbolzen geführt ist, oder auch bei einer Ausführungsform, bei der das Stellglied als in einem Ventilstück geführter Ventilbolzen ausgeführt ist. Bei einer Bauvariante des Steuerven- tils mit am Außenumfang geführter Ventilhülse und innerhalb der Ventilhülse angeordnetem Druckstift, handelt es sich bei diesem, in axialer Richtung von dem an dem Ventilsitz anliegenden Dichtdurchmesser um einen zweiten Dichtdurchmesser, mit dem die Ventilhülse randseitig an der Untersei- te des Druckstiftes anliegt.
Bevorzugt ist der Führungsdurchmesser bzw. der zweite Dichtdurchmesser des Stellgliedes aus einem Bereich zwischen etwa 2,5 mm und etwa 2,95 mm gewählt. Besonders be- vorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Führungsdurchmesser bzw. der zweite Dichtdurchmesser aus einem Bereich zwischen etwa 2,0 mm und etwa 2,5 mm gewählt ist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform mit einem Füh- rungsdurchmesser bzw. einem zweiten Dichtdurchmesser aus einem Bereich zwischen etwa 1,0 mm und etwa 1,5 mm. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist mit einem Führungsdurchmesser bzw. einem zweiten Dichtdurchmesser aus einem Bereich zwischen von etwa 0,5 mm bis etwa 1,0 mm ausgebildet .
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der am Ventilsitz anliegende Dichtdurchmesser des Stellgliedes (zumindest un- mittelbar nach der Fertigung) gleich groß ist wie die der in axialer Richtung beabstandete Führungsdurchmesser bzw. gleich groß ist, wie der in axialer Richtung beabstandete zweite Dichtdurchmesser.
Hierdurch ist sichergestellt, dass es sich bei dem Steuerventil, zumindest unmittelbar nach der Fertigung um ein in axialer Richtung vollkommen druckausgeglichenes Steuerventil handelt.
Das Vorsehen eines Dichtdurchmessers von weniger als 3 mm kann bei einem Steuerventil realisiert werden, bei dem das Stellglied als Ventilhülse ausgebildet ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem Dichtdurchmesser um den Innendurchmesser der Ventilhülse, mit dem die Ventilhülse am Ventil- sitz, beispielsweise einem Kegelsitz anliegt. Gemäß einer ersten Alternative ist die Ventilhülse an ihrem Innenumfang an einem Führungsbolzen geführt, der bevorzugt einstückig mit einem Ventilstück ausgebildet ist, das vorzugsweise den Ventilsitz trägt. Bei dieser Variante wird eine Ventilkam- mer in axialer Richtung von dem an den Ventilsitz anliegenden Dichtdurchmesser (Innendurchmesser der Ventilhülse) und von einem in axialer Richtung beabstandeten Führungsdurchmesser begrenzt, mit dem die Ventilhülse an den Führungs- bolzen geführt ist. Dabei entspricht der Führungsdurchmesser vorzugsweise dem Dichtdurchmesser. Der Außendurchmesser des Führungsbolzens entspricht in etwa dem Innendurchmesser der Ventilhülse abzüglich eines minimalen Führungsspiels.
Gemäß einer zweiten Alternative ist die Ventilhülse an ihrem Außenumfang geführt. Vorzugsweise befindet sich bei dieser Ausführungsform innerhalb der Ventilhülse ein Druckstift, wobei es sich bei dem an dem Druckstift anliegenden Innendurchmesser der Ventilhülse um einen zweiten Dichtdurchmesser (nicht Führungsdurchmesser) handelt.
Bei einer dritten Alternative eines Injektors mit in axialer Richtung verstellbarer Ventilhülse ist die Ventilkammer am Außenumfang der Ventilhülse angeordnet ist. Bei dieser Variante handelt es sich bei dem Dichtdurchmesser von weniger als 3,0 mm um den am Ventilsitz anliegenden Außendurchmesser der Ventilhülse.
Daneben lässt sich die Erfindung realisieren bei einem Injektor mit einem Steuerventil, dessen Stellglied als Ventilbolzen ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform entspricht der Dichtdurchmesser vorzugsweise dem am Ventilsitz anliegenden Außendurchmesser des Ventilbolzens, welcher vorzugsweise von einem konusförmigen Abschnitt des Führungsbolzen gebildet ist. In axialer Richtung gegenüberliegend wird die Ventilkammer eines derartigen Steuerventils von einem Führungsdurchmesser (Außendurchmesser) des Ventilbolzens begrenzt.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Durchmesser des Ventilbolzens innerhalb der Ventilkammer des Steuerventils geringer ist, vorzugsweise um mindestens etwa 0,5 mm geringer ist als der Dichtdurchmesser des Ventilbolzens und somit auch geringer als der in axialer Richtung beabstande- te Führungsdurchmesser des Ventilbolzens.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1: eine erste mögliche Ausführungsform eines Steuerventils eines Injektors, bei der das Steuerventil ein als Ventilbolzen ausgebildetes Stellglied aufweist,
Fig. 2: eine zweite Ausführungsform eines Steuerventils für einen Injektor, bei der das Stellglied als eine an einem Führungsbolzen geführte Ventilhülse ausgeführt ist,
Fig. 3: eine weitere Ausführungsform eines Steuerventils eines Injektors, bei der die Ventilhülse an ihrem Außenumfang geführt ist und
Fig. 4: eine weitere Ausführungsform eines Steuerventils mit in axialer Richtung verstellbarer Ventilhülse, bei der eine Ventilkammer des Steuerventils am Außenumfang der Ventilhülse angeordnet ist. Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Injektor 1 umfasst ein in axialer Richtung verstellbares ein- oder mehrteiliges Ventilelement 2, das zwischen einer Schließstellung einer den Kraftstofffluss aus einer nicht gezeigten Düsenlochanordnung freigebenden Öffnungsstellung verstellbar ist. Das Ventilelement 2 begrenzt mit einer oberen Stirnseite 3 eine Steuerkammer 4 radial innerhalb einer Hülse 5. In der Hülse 5 ist eine Zulaufdrossel 6 eingebracht, über die die Steuerkammer 4 dauerhaft mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Die Steuerkammer 4 ist über eine in ein Ventilstück 7 eingebrachte Ablaufdrossel 8 mit einer Ventilkammer 9 eines Steuerventils 10 verbunden. Bei geöffnetem Steuerventil 10 kann Kraftstoff aus der Steuerkammer 4 in einen Niederdruckbereich 11 des Injektors und von dort aus zu einem nicht gezeigten Injektorrücklauf strömen. Dabei sind die Durchflussquerschnitte der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel 6 derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 10 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 4 resultiert, wodurch die auf das Ventilele- ment 2 wirkenden Schließkräfte abnehmen und somit das Ventilelement 2 von seinem nicht gezeigten Ventilsitz abhebt und den Kraftstofffluss in den Brennraum freigibt. Wird das Steuerventil 10 geschlossen, strömt über die Zulaufdrossel 6 weiterhin Kraftstoff in die Steuerkammer 4 nach, so dass der Druck in der Steuerkammer 4 und damit die auf das Ventilelement 2 wirkenden axialen Schließkräfte zunehmen, so dass der Einspritzvorgang unterbrochen wird.
Das Steuerventil 10 umfasst ein in axialer Richtung verstellbares als Ventilbolzen ausgebildetes Stellglied 12, das in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Ankerplatte 13 ausgebildet ist. Die Ankerplatte 13 ist Teil eines nicht gezeigten elektromagnetischen Aktuators zum Öffnen des Stellgliedes 12. Zum Schließen des bolzenförmi- gen Stellgliedes 12 ist eine Schließfeder 14 vorgesehen.
Die Ventilkammer 9 ist teilweise innerhalb des Ventilstücks 7 und teilweise an einem Durchmesser reduzierten Abschnitt 15 des Stellgliedes 12 ausgebildet, wobei die in entgegengesetzte Axialrichtungen wirksamen Druckangriffsflächen des Stellgliedes 12 gleich groß sind.
An der Oberseite des Ventilstücks 7 ist ein Ventilsitz 16 zur Anlage eines konischen Abschnitts 17 des Stellgliedes 12 ausgebildet. Das Stellglied 12 liegt mit einem Dichtdurchmesser D am Ventilsitz 16 an. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es bei dem Dichtdurchmesser D von etwa 2,5 mm um einen Außendurchmesser des Stellgliedes 12 an seinem konischen Abschnitt 17.
Auf der dem Dichtdurchmesser D gegenüberliegenden Axialseite wird die Ventilkammer 9 von einem Führungsdurchmesser DF des Stellgliedes 12 begrenzt. Mit dem Führungsdurchmesser DF liegt das Stellglied 12 radial außen an einer Führungsbohrung 18 im Ventilstück 7 an. Der Betrag des Führungs- durchmessers DF entspricht dem Betrag des Dichtdurchmessers D des Stellgliedes 12.
Über die Lebensdauer des Injektors 1 tritt ein Verschleiß im Bereich des Ventilsitzes 16 sowie am konischen Abschnitt 17 des bolzenförmigen Stellgliedes 12 auf, so dass sich der Dichtdurchmesser D vergrößert. Aufgrund der Wahl eines geringen Dichtdurchmessers D von in diesem Ausführungsbeispiel 2,5 mm und des damit zusammenhängenden geringen Ge- wichts des Ventilbolzens 12 ist der Verschleiß minimal. Zudem ist die entstehende Druckangriffsfläche aufgrund des geringen Dichtdurchmessers D ebenfalls minimal, so dass die hierdurch in Öffnungsrichtung wirkenden Druckkräfte begrenzt und damit beherrschbar sind.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, begrenzt die untere Stirnseite 19 des Stellgliedes 12 einen Ausgleichsraum 20, der über einen Verbindungskanal 21 mit dem Niederdruckbereich 11 des Injektors verbunden ist, so dass der Druck im Aus- gleichsraum 20 während einer Verstellbewegung des Stellgliedes 12 zumindest näherungsweise konstant ist.
Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Injektors 1, wobei die prinzipielle Funktionsweise des ge- zeigten Injektors der Funktionsweise des Injektors 1 gemäß Fig. 1 entspricht. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Stellglied 12 nicht als Ventilbolzen, sondern als in axialer Richtung verstellbare Ventilhülse 12 ausgebildet, die einstückig mit einer Anker- platte 13 ausgebildet ist. Das Stellglied 12 wird radial innen an einem sich in axialer Richtung erstreckenden Führungsbolzen 22 geführt, der einstückig mit einem Ventil- stück 7 ausgebildet ist, an dem sich auch der Ventilsitz 16 des Steuerventils 10 befindet.
Die Ventilkammer 9 ist an einem durchmesserreduzierten Ab- schnitt 15 des Führungsbolzens 22 ausgebildet und wird über eine Ablaufdrossel 8 mit Kraftstoff aus der Steuerkammer 6 versorgt. Das hülsenförmige Stellglied begrenzt die Steuerkammer 6 lediglich radial außen und liegt mit einem Führungsdurchmesser D, der von einem Innendurchmesser des hül- senförmigen Stellgliedes 12 gebildet wird an dem Ventilsitz 16 an. Der Dichtdurchmesser beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2,3 mm.
Auf der dem Dichtdurchmesser D gegenüberliegenden Axialsei- te wird die Ventilkammer 9 von einem Führungsdurchmesser DF begrenzt, der dem Dichtdurchmesser D entspricht.
Auch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht in seiner Funktionsweise den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das hülsenförmige Stellglied 12 an seinem Außenumfang geführt, wobei in dem Ventilstück 7 ein Axialkanal 23 ausgebildet ist, durch den Kraftstoff bei von dem Ventilsitz 16 abgehobenen Stellglied 12 in den Niederdruckbe- reich 11 des Injektors strömen kann. Innerhalb des hülsen- förmigen Stellgliedes 12 befindet sich ein Druckstift 24, der sich in axialer Richtung an einem Haltekörper 25 eines elektromagnetischen Aktuators abstützt. Das hülsenförmige Stellglied 12 liegt mit einem von einem Innendurchmesser gebildeten Dichtdurchmesser D am Ventilsitz 16 an. Die Ventilkammer 9 wird auf der gegenüberliegenden Axialseite von einem zweiten Dichtdurchmesser D2 begrenzt. Hierbei handelt es sich um den Innendurchmesser des hülsenförmigen Stell- gliedes 12 randseitig, mit dem das hülsenförmige Stellglied 12 randseitig am Druckstift 24 anliegt. In diesem Ausführungsbeispiel betragen der Dichtdurchmesser D sowie der zweite Dichtdurchmesser D2 jeweils 2,8 mm.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Injektors 1 gezeigt. Auch bei diesem Injektor 1 entspricht die prinzipielle Funktionsweise den in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Injektoren. Das Stellglied 12 ist als Ventil- hülse ausgebildet, wobei der Ventilsitz 16 an einem Ventilstück 7 ausgebildet ist. Die Ventilkammer 9 ist radial außerhalb der Ventilhülse 12 angeordnet, so dass der Dichtdurchmesser D, mit der das hülsenförmige Stellglied 12 an seinem Ventilsitz 16 anliegt, von einem Außendurchmesser des Stellgliedes 12 gebildet wird. Der Dichtdurchmesser D beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1,9 mm. In axialer Richtung von dem Dichtdurchmesser D beabstandet wird die Steuerkammer 9 von einem Führungsdurchmesser DF des hülsenförmigen Stellgliedes 12 begrenzt. Hierbei handelt es sich um den Außendurchmesser des Stellgliedes 12, mit dem das Stellglied 12 an einer Umfangswand einer Führungsbohrung 26 in einer Führungsplatte 27 anliegt. Bei geöffnetem Steuerventil 10, also bei von dem Ventilsitz 16 abgehobenem Stellglied 12 strömt Kraftstoff aus der Steuerkammer 6 über die Ablaufdrossel 8 und die Ventilkammer 9 zentrisch über das hülsenförmige Stellglied 12 in den Niederdruckbereich 11 des Injektors und von dort aus zu dem nicht gezeigten Inj ektorrücklauf .

Claims

Ansprüche
1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Com- mon-Rail-Inj ektor, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (2) und mit einem in axialer Richtung zumindest näherungsweise druckausgeglichenem Steuerven- til (10), mit einem auf einen Ventilsitz (16) verstellbaren Stellglied (12),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein am Ventilsitz (16) anliegender Dichtdurchmesser (D) des Stellgliedes (12) kleiner als 3 mm ist.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtdurchmesser (D) aus einem Bereich zwischen etwa 2,5 mm und etwa 2,95 mm, vorzugsweise aus einem Bereich zwischen etwa 2,0 mm und etwa 2,5 mm, insbesondere aus einem Bereich zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,0 mm, besonders bevorzugt aus einem Bereich zwischen etwa 1,0 mm und etwa 1,5 mm, insbesondere aus einem Bereich zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1,0 mm gewählt ist.
3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Ventilkammer (16) des Steuerventils (10) begrenzender, in axialer Richtung von dem Dichtdurchmesser (D) beabstandeter Führungsdurchmesser (DF) oder zweiter Dichtdurchmesser (D2) des Stellgliedes (12) kleiner als 3,0 mm ist.
4. Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdurchmesser (DF) bzw. der zweite Dichtdurchmesser (D2) aus einem Bereich zwischen etwa 2,5 mm und etwa 2,95 mm, vorzugsweise aus einem Bereich zwischen etwa 2,0 mm und etwa 2,5 mm, insbeson- dere aus einem Bereich zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,0 mm, besonders bevorzugt aus einem Bereich zwischen etwa 1,0 mm und etwa 1,5 mm, insbesondere aus einem Bereich zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1,0 mm gewählt ist .
5. Injektor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtdurchmesser (D) gleich dem Führungsdurchmesser (DF) oder gleich dem zweiten Dichtdurch- messer (D2) ist.
6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (12) als Ventilhülse ausgebildet ist.
7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse an ihrem Innenumfang an einem Führungsbolzen (22) geführt ist.
8. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse an ihrem Außenumfang geführt ist.
9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (12) als Ventilbolzen ausgebildet ist .
10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilbolzens innerhalb der Ventilkammer des Steuerventils geringer ist, vorzugsweise um mindestens 0,5 mm geringer ist, als der Dichtdurchmesser des Ventilbolzens.
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