EP2195523A1 - Injektor mit steuerventilhülse - Google Patents

Injektor mit steuerventilhülse

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EP2195523A1
EP2195523A1 EP08804289A EP08804289A EP2195523A1 EP 2195523 A1 EP2195523 A1 EP 2195523A1 EP 08804289 A EP08804289 A EP 08804289A EP 08804289 A EP08804289 A EP 08804289A EP 2195523 A1 EP2195523 A1 EP 2195523A1
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EP
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injector
control valve
valve element
fuel
injector according
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EP08804289A
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Nadja Eisenmenger
Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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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 into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1.
  • a common rail injector with a pressure-balanced control valve in the axial direction is known.
  • the control valve which has a sleeve-shaped control valve element
  • the fuel pressure can be influenced within a control chamber bounded on the end side by an injection valve element.
  • the injection valve element is adjusted between an open position and a closed position, wherein the injection valve element releases the fuel flow into the combustion chamber of an internal combustion engine in its open position.
  • the sleeve-shaped control valve element is connected to an armature plate which cooperates with an electromagnetic actuator for adjusting the sleeve-shaped control valve element.
  • the invention is therefore based on the object to propose an improved injector in which caused by the fuel flowing in the direction of the injector return port with open control valve, acting on the anchor plate and thus the switching behavior of the injector negatively influencing flow forces are at least reduced.
  • the invention is based on the idea that the flow forces acting on the armature plate, which are caused by fuel flowing in the direction of the injector return port when the control valve is open, are thereby minimized or preferably completely avoided in that the fuel, at least one partial fuel flow, with the control valve open radially on the outside of the electromagnet arrangement, which preferably comprises a holding body and at least one electromagnet, is guided past in the axial direction to the Inj ektor Weglaufan gleich.
  • a channel arranged radially outside the electromagnet arrangement and leading in the axial direction is provided, through which the fuel (control quantity) flowing out of the control chamber when the control valve is open can flow to the injector return port.
  • the at least one channel at least partially as a recess, in particular cutout, outside of (in) the solenoid assembly, and / or as a recess, in particular cutout on (in) a component surrounding the solenoid assembly, in particular form a housing part of the injector , It is particularly preferred to provide a plurality of circumferentially spaced, axially leading channels, which in Seen circumferentially hydraulically separated from each other or optionally hydraulically connected to each other. Likewise, it is conceivable to design the at least one channel, at least in sections, as an annular channel.
  • valve element of the control valve it is also within the scope of the invention to guide the, preferably sleeve-shaped, valve element of the control valve on its inner circumference and / or on its outer circumference.
  • a guide pin which is formed integrally with a control valve seat of the control valve having valve body.
  • a pressure pin is provided inside the valve element, which is formed as part of the valve body having the control valve seat separate component and in the axial direction on a remote from the control valve seat component, preferably supported by spring force, supported or in one piece is formed with this component.
  • the pressure pin is in particular the task to seal the inner cross section of the valve element (valve sleeve) in the axial direction (upward) and to absorb the pressure forces acting in the axial direction (upward). It is conceivable, in particular in a positionally fixed arrangement of the pressure pin, that this leads the valve element in the axial direction on its inner circumference. Additionally or alternatively, a component guiding the valve element on its outer circumference may be provided.
  • the armature plate viewed in the axial direction, is located between the control valve seat of the control valve and the electric motor. arranged magnet arrangement.
  • a component sequence preferably results, viewed from axially above to axially below in the direction of an injection valve element seat: injector return port, electromagnet arrangement, armature plate, control valve seat.
  • the fuel in a range axially between the armature plate and the control valve seat, in particular in a radial direction is introduced into the channel provided outside the solenoid assembly.
  • a connecting channel for supplying the fuel in the arranged outside the electromagnet assembly channel in the axial direction as far away from the anchor plate is spaced, so as viewed in the axial direction, as close as possible to the control valve seat, in order to at least largely avoid or minimize flow-force loading of the anchor plate.
  • the channel leading radially outwards on the electromagnet assembly is movable downwards in the axial direction, that is, in the axial direction, is advantageous.
  • H. is extended in the direction of an injection valve element seat, that extends in the axial direction beyond the electromagnet assembly also.
  • control valve when its preferred designed as a valve sleeve valve element rests against the associated control valve seat, is pressure balanced in the axial direction.
  • a sealing edge is arranged on the inner circumference of the valve element, so that a pressure step on the valve element, which would cause an opening force on the valve element, is avoided.
  • the provision of a arranged in the radial direction outside of the solenoid assembly channel for the derivation of at least a subset, in particular a body portion, preferably the total amount of open at the control valve in the direction of Inj ektorschreiblaufan gleiches (low-pressure port) flowing fuel allows the realization of a particularly preferred embodiment of Injector, in which the injector return connection for connecting the injector to a return line for the fuel control amount is arranged centrally on a side facing away from the combustion chamber end face (cover) of the injector.
  • Such an arrangement of the Inj ektor Weglaufan gleiches is inexpensive to produce and above all allows easy installation of the injector connections to the engine.
  • asymmetrical deformations are avoided by the injector internal pressure due to a substantially coaxial injector design with a return connection arranged centrally on one end side.
  • the channel is formed radially outside the solenoid assembly as an annular channel which radially inward of the solenoid assembly, in particular a holding body for the at least one electromagnet , and is bounded radially on the outside by a housing component, in particular an injector body, of the injector.
  • valve element at least in its lower, the control valve seat facing area radially outwardly surrounded by an annular space which is connected to the radially outside of the solenoid assembly arranged channel hydraulically, in particular via a connecting channel.
  • the force flows Substance with open control valve from within the valve element in the annulus and flows there in a substantially radial or oblique direction in the channel.
  • the channel arranged radially outside the electromagnet arrangement is preferably extended in the axial direction (downward), ie extends axially beyond the electromagnet arrangement, so that the channel extends into a region radially outside the annular space.
  • the annular space is bounded radially on the outside by a support ring for the electromagnet arrangement, wherein the support ring preferably rests on the valve body having the control valve seat.
  • the hydraulic connection between the annulus and the channel is realized by at least one bore, preferably a radial bore, in the support ring.
  • the annular space is formed as an anchor space for the anchor plate and receives in its interior the anchor plate.
  • Such a configuration is particularly preferred in particular when the valve element is guided on its inner circumference. It is preferred to direct the Kraftstoffström with open control valve in the radial direction with a sufficient axial distance to the armature plate in the axially leading channel radially outward of the solenoid assembly.
  • a spring chamber is provided, within which a control closing spring for closing the control valve is arranged at not energized solenoid assembly.
  • a pressure pin which seals the valve element in the axial direction also extends into the spring space and is supported in the axial direction on an injector cover or a component projecting axially therefrom.
  • the spring chamber is hydraulically connected via a throttle to the injector return, so that a (minimum) subset of the fuel flowing out of the control chamber with open control valve fuel through the spring chamber and not through the radially outside of the solenoid assembly arranged channel Injector return can flow.
  • a venting of the spring chamber is ensured.
  • this ensures that the armature space is filled with fuel, which in turn serves for vibration damping.
  • FIG. 1 shows in the only Fig. 1 designed as a common rail Inj ector injector with a radially outside a solenoid assembly arranged channel (ring channel).
  • Fig. 1 designed as a common rail injector injector 1 is shown for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a high-pressure pump 2 conveys fuel from a supply container 3 into a high-pressure fuel accumulator 4 (rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored.
  • the injector 1 is connected via other, not shown, injectors via a supply line 5.
  • the supply line 5 opens into a pressure chamber 6 (high pressure area) of the injector 1 and flows from there in an injection process directly into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the injector 1 is connected via a Inj ektor Weglaufan gleich 7 to a return line 8, which leads to the reservoir 3. Through the return line 8, a later to be explained control amount of fuel flow from the injector 1 to the reservoir 3 and are fed from there from the high pressure circuit again.
  • injection valve element 10 Within a housing part 9 is a one-piece in this embodiment injection valve element 10, which may also be designed in several parts, if necessary, adjustable in the axial direction.
  • the injection valve element 10 is internal. guided within a nozzle body 11 at its outer periphery. This nozzle body 11 is clamped by means of a union nut, not shown, with the housing part 9.
  • the injection valve element 10 has at its tip 12 a closing surface 13, with which the injection valve element
  • sleeve-shaped portion 20 of the plate member 21 is a control chamber
  • the sleeve-shaped portion 20 with enclosed therein control chamber 22 is radially outwardly surrounded by fuel under high pressure, so that an annular guide gap 24 radially between the sleeve-shaped portion 20 and the injection valve member 10 is comparatively fuel-tight.
  • the control chamber 22 is connected via a disposed in the plate member 21 drain passage 25 with outlet throttle 26 with a valve chamber 27, the radially outwardly adjustable from an axially adjustable, as formed valve element 28 of a pressure-balanced in the axial direction in the axial direction control valve 29 (servo Valve) is limited.
  • Fuel can then flow out of the valve chamber 27 into a low-pressure region 30 of the injector 1 and from there to the injector return port 7 when the valve element 28, which is firmly connected to an anchor plate 31, is lifted off its control valve seat 35 formed on the plate element 21, ie the control valve 29 is open.
  • an electromagnet arrangement 32 is provided, which has an electromagnet 33, which is held in a holding body 34.
  • the electromagnet 33 cooperates with the armature plate 31, which is arranged in an annular space 36, wherein the annular space 36 in this embodiment also serves as an armature space.
  • the valve element 28 lifts when energized the solenoid assembly 32 from its arranged on the plate member 21, formed in this embodiment as a flat seat, control valve seat 35 from.
  • the flow cross sections of the inlet throttle 23 and the outlet throttle 26 are matched to one another such that when the control valve 29 is open, a net outflow of fuel (fuel control quantity) from the control chamber 22 via the valve chamber 27 into the low pressure region 30, more precisely the annular space 36, of the injector 1 and from there to the injector return port 7 and through the return line 8 flows into the reservoir 3.
  • the pressure in the control chamber 22 decreases rapidly, whereby the injection valve element 10 lifts off from its injection valve element seat 14, so that As a result, fuel can flow out of the pressure chamber 6 through the nozzle hole arrangement 15.
  • the energization of the electromagnet assembly 32 is interrupted, whereby the valve element 28 by means of an armature plate 31 supported on the control spring 37, which is for the most part received in a spring chamber 38 which is disposed within the holding body 34 in the drawing plane down on its control valve seat 35 is adjusted.
  • the fuel flowing in through the inlet throttle 23 into the control chamber 22 ensures rapid pressure rise in the control chamber 22 and thus a closing force acting on the injection valve element 10.
  • the resulting closing movement of the injection valve element 10 is supported by a closing spring 39, which is supported at one end on a peripheral collar 40 of the injection valve element 10 and the other end on the lower side in the drawing plane end face 41 of the sleeve-shaped portion 20 of the plate member 21.
  • a channel 42 designed as an annular channel is provided which is arranged in a region radially outside of the electromagnet arrangement 32 and extends in the axial direction in the direction of the centric injector return connection 7.
  • This channel 42 extends in the axial direction in the plane of the drawing down to a region radially outwardly of the annular space 36.
  • the fuel flows in the radial direction into the annular space 36, which surrounds the valve element 28 radially outward, and from there from a formed as a radial bore connecting channel 43 within a support ring 44 for the Electromagnet assembly 32 in the channel 42 and thereby applied to the control valve seat 35 facing radial surfaces 45 of the armature plate 31 is not or only insignificantly with flow forces, so that vibrations of the valve member 28 are at least largely avoided.
  • the fuel flows in the axial direction of the support ring 44 and the solenoid assembly 32 over to a cover 46 of the injector 1, which is bolted to the housing part 9.
  • the housing part 9 form a multi-part and, for example, against an axially between the nozzle body 11 and the housing part 9 disposed injector body (also a housing part) to brace.
  • the electromagnet assembly 32 is clamped in the axial direction between the cover 46 and the support ring 44, which in turn is supported on the plate member 21.
  • a channel facing pocket 47 is introduced, which extends in the radial direction in an area in the plane of the drawing axially above the electromagnet assembly 32. From this pocket 47, a sloping channel 48 in the cover 46 leads directly to the centric injector return port 7.
  • a pressure pin 49 protrudes into the sleeve-shaped valve element 28, which firstly seals the valve chamber 27 axially upward in the plane of the drawing and at the same time forms an axial stop 50 for the valve element 28 when the electromagnet arrangement 32 is energized.
  • the pressure pin 49 extends in the axial direction into the spring chamber 38 and is supported in the axial direction on a plate 51, which in turn rests against the cover 46. Alternatively, an immediate support of the pressure pin 49 to the cover 46 or a one-piece design with this conceivable. On the plate 51 also supports the control spring 37 from.
  • a recess 52 (pocket) is provided in the plate 51, through which a small Kraftstoffström can flow to a throttle 53 in the cover 46.
  • the throttle 53 hydraulically connects the spring chamber 38 to the injector return port 7.
  • a ring seal 54 is axially disposed between the cover 46 and the holding body 34 which is received in an annular groove 55 of the lid 46 and which extends coaxially around the spring chamber 38 at its axial end and thus the spring chamber 38 seals against the channel 42 and the pocket 47 in the radial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Einspritzventilelement (10), das in Abhängigkeit des Druckes in einer Steuerkammer (22) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung in axialer Richtung verstellbar ist, wobei die Steuerkammer (22) mittels eines, ein verstellbares Ventilelement (28) aufweisendes, Steuerventils (29) mit einem Injektorrücklauf anschluss (7) verbindbar ist, und wobei das Ventilelement (28) mit einer Ankerplatte (31) wirkverbunden ist, die zum Verstellen des Ventilelementes (28) mit einer Elektromagnetanordnung (32) zusammenwirkt, und die axial zwischen der Elektromagnetanordnung (32) und einem Steuerventilsitz (35) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein radial außerhalb der Elektromagnetanordnung (32) angeordneter, in axialer Richtung führender Kanal (42) vorgesehen ist, durch den Kraftstoff bei geöffnetem Steuerventil (29) aus der Steuerkammer (22) in Richtung des Injektorrücklauf anschlusses (7) strömen kann.

Description

Be schre ibung
T i te l
Injektor mit Steuerventilhülse
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 1 612 403 Al ist ein Common-Rail-Injektor mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil bekannt. Mittels des Steuerventils, welches ein hülsenför- miges Steuerventilelement aufweist, kann der Kraftstoffdruck innerhalb einer von einem Einspritzventilelement stirnseitig begrenzten Steuerkammer beeinflusst werden. Durch die Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb der Steuerkammer wird das Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in den Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Das hülsenförmige Steuerventilelement ist mit einer Ankerplatte verbunden, die mit einem elektromagneti- sehen Aktuator zum Verstellen des hülsenförmigen Steuerventilelementes zusammenwirkt. Bei geöffnetem Steuerventil strömt der Kraftstoff aus der Steuerkammer durch einen die Ankerplatte aufnehmenden Ankerraum in Richtung eines Injektorrücklaufanschlusses. Dabei trifft der ausströmende Kraftstoff auf die radialen, unteren, dem Steuerventilsitz zugewandten Flächen der Ankerplatte, wodurch Strömungskräfte auf die Ankerplatte wirken, die zu einer ungewollten Beeinflussung der Einspritzung führen. Diese Strömungs- kräfte wirken sich bei dem bekannten Injektor besonders stark aus, da das Steuerventil als in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist und in der Folge mit dem elektromagnetischen Aktuator nur kleine Magnetkräfte realisiert werden, wodurch wiederum die Ankerplatte durch die bei geöffnetem Steuerventil auftretenden Strömungskräfte vergleichsweise leicht verstellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Injektor vorzuschlagen, bei dem die von dem bei geöffnetem Steuerventil in Richtung des Injektorrücklaufanschlusses strömenden Kraftstoff verursachten, auf die Ankerplatte wirkenden und damit das Schaltverhalten des Injektors negativ beeinflussenden Strömungskräfte zumindest reduziert sind.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit einem Injektor 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 zu- mindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die auf die Ankerplatte wirkenden Strömungskräfte, die von bei geöffnetem Steuerventil (Servo-Ventil) in Richtung des Injektorrücklaufanschlusses strömendem Kraftstoff verursacht werden, dadurch zu minimieren oder bevorzugt vollständig zu vermeiden, dass der Kraftstoff, zumindest ein Kraftstoffteilstrom, bei geöffnetem Steuerventil radial außen an der Elektromagnetanordnung, die bevorzugt einen Haltekörper und mindestens einen Elektromagneten umfasst, vorbei in axialer Richtung zum Inj ektorrücklaufanschluss geführt wird. Hierzu ist bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Injektor ein ra- dial außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneter, in axialer Richtung führender Kanal vorgesehen, durch den der bei geöffnetem Steuerventil aus der Steuerkammer abfließende Kraftstoff (Steuermenge) zum Inj ektorrücklaufanschluss strömen kann. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der dieser Kraftstoff in einem Axialbereich zwischen der mit dem vorzugsweise hülsenförmigen Ventilelement wirkverbundenen, beispielsweise einstückig mit diesem ausgebildeten oder an diesem festgelegten, Ankerplatte und dem Steuerventilsitz in den in Richtung des Inj ektorrücklaufanschlusses führenden Kanal geleitet wird. Hierdurch wird verhindert, dass der Kraftstoff, bevorzugt zumindest ein Hauptteilstrom des Kraftstoffes, in axialer Richtung unmittelbar an den sich in radialer Richtung erstreckenden, dem Steuerventilsitz zugewandten Flächen der Ankerplatte vorbei zum Inj ektorrücklaufanschluss strömen muss, wodurch auf die Ankerplatte wirkende Strömungskräfte und daraus resultierende, unerwünschte Ventilhülsenschwingungen zumindest größtenteils vermieden werden. Das hieraus resultierende, optimierte Schaltverhalten eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Injektors zeichnet sich insbesondere durch minimierte Einspritztoleranzen aus.
Es liegt im Rahmen der Erfindung den mindestens einen Kanal zumindest teilweise als Aussparung, insbesondere Ausfräsung, außen an (in) der Elektromagnetanordnung, und/oder als Aussparung, insbesondere Ausfräsung an (in) einem die Elektromagnetanordnung umgebenden Bauteil, insbesondere einem Gehäuseteil des Injektors auszubilden. Besonders bevorzugt ist es, mehrere, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, in axialer Richtung führende Kanäle vorzusehen, die in Umfangsrichtung gesehen hydraulisch voneinander getrennt oder gegebenenfalls hydraulisch miteinander verbunden sind. Ebenso ist es denkbar, den mindestens einen Kanal, zumindest abschnittsweise als Ringkanal auszubilden.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, das, vorzugsweise hülsenförmige, Ventilelement des Steuerventils an ihrem Innenumfang und/oder an ihrem Außenumfang zu führen. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, innerhalb des, bevorzugt hülsenförmigen, Ventilelements einen Führungsstift vorzuse- hen, der einstückig mit einem den Steuerventilsitz des Steuerventils aufweisenden Ventilkörper ausgebildet ist. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der innerhalb des Ventilelements ein Druckstift vorgesehen ist, der als von dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilkörper separates Bau- teil ausgebildet ist und der sich in axialer Richtung an einem von dem Steuerventilsitz entfernten Bauteil, vorzugsweise federkraftunterstützt, abstützt oder einstückig mit diesem Bauteil ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine gute Zugänglichkeit des Steuerventilsitzes bei dessen Fertigung und eine Ausbildung der Ventilhülsenführung und des Steuerventilsitzes an unterschiedlichen, separat voneinander bearbeitbaren Bauteilen. Dem Druckstift kommt dabei insbesondere die Aufgabe zu, den Innenquerschnitt des Ventilelements (Ventilhülse) in axialer Richtung (nach oben) abzudichten und die in axialer Richtung (nach oben) wirkenden Druckkräfte aufzunehmen. Dabei ist es, insbesondere bei einer lagefesten Anordnung des Druckstiftes, denkbar, dass dieser das Ventilelement in axialer Richtung an seinem Innenumfang führt. Zusätzlich oder alternativ kann ein das Ventilelement an seinem Außenumfang führendes Bauteil vorgesehen werden.
Bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Injektor ist die Ankerplatte, in axialer Richtung betrachtet, zwischen dem Steuerventilsitz des Steuerventils und der Elektro- magnetanordnung angeordnet. Bevorzugt ergibt sich somit eine Bauteilreihenfolge von axial oben nach axial unten in Richtung eines Einspritzventilelementsitzes betrachtet: Injektorrücklaufanschluss, Elektromagnetanordnung, Ankerplatte, Steuerventilsitz .
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der, wie eingangs bereits erläutert, der Kraftstoff in einem Bereich axial zwischen der Ankerplatte und dem Steuerventilsitz, insbesondere in einer radialen Richtung, in den außerhalb der Elektromagnetanordnung vorgesehenen Kanal eingeleitet wird. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der ein Verbindungskanal zur Zuführung des Kraftstoffes in den außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneten Kanal, in axialer Richtung möglichst weit von der Ankerplatte beabstan- det ist, sich also, in axialer Richtung betrachtet, möglichst nahe am Steuerventilsitz befindet, um somit eine Strömungs- kraftbeaufschlagung der Ankerplatte zumindest weitgehend zu vermeiden, bzw. zu minimieren. Von Vorteil ist dabei eine Ausführungsform, bei der der radial außen an der Elektromag- netanordnung vorbeiführende Kanal in axialer Richtung nach unten, d. h. in Richtung eines Einspritzventilelementsitzes verlängert ist, sich also in axialer Richtung über die Elektromagnetanordnung hinaus erstreckt.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Steuerventil, wenn dessen bevorzugt als Ventilhülse ausgebildetes Ventilelement an dem ihm zugeordneten Steuerventilsitz anliegt, in axialer Richtung druckausgeglichen ist. Dies kann bevorzugt dadurch realisiert werden, dass eine Dichtkante (Sitzkante) am Innenumfang des Ventilelements angeordnet ist, so dass eine Druckstufe an dem Ventilelement, die eine Öffnungskraft auf das Ventilelement verursachen würde, vermieden wird. Insbesondere das Vorsehen eines in radialer Richtung außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneten Kanals zur Ableitung zumindest einer Teilmenge, insbesondere einer Hauptteilmenge, vorzugsweise der Gesamtmenge, von bei geöffnetem Steuerventil in Richtung des Inj ektorrücklaufanschlusses (Niederdruck-Anschluss) strömenden Kraftstoffes ermöglicht die Realisierung einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Injektors, bei der der Injektorrücklaufanschluss zum Anschließen des Injektors an einer Rücklaufleitung für die Kraftstoffsteuermenge zentrisch an einer von dem Brennraum abgewandten Stirnseite (Deckel) des Injektors angeordnet ist. Eine derartige Anordnung des Inj ektorrücklaufanschlusses ist kostengünstig herstellbar und erlaubt vor allem eine einfache Montage der Injektoranschlüsse am Verbrennungsmotor. Ferner werden asymmetrische Verformungen durch den Injektorin- nendruck aufgrund einer im Wesentlichen koaxialen Injektorbauform bei einem zentrisch auf einer Stirnseite angeordneten Rücklaufanschluss vermieden.
Besonders vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf einen symmetrischen Aufbau und damit eine symmetrische Druckbelastung des Injektors, ist eine Ausführungsform, bei der der Kanal radial außerhalb der Elektromagnetanordnung als Ringkanal ausgebildet ist, welcher radial innen von der Elektromagnetanordnung, insbesondere einem Haltekörper für den mindestens einen Elektromagneten, und radial außen von einem Gehäusebauteil, insbesondere einem Injektorkörper, des Injektors begrenzt ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Ventilelement, zumindest in seinem unteren, dem Steuerventilsitz zugewandten, Bereich radial außen von einem Ringraum umgeben ist, der mit dem radial außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneten Kanal hydraulisch, insbesondere über einen Verbindungskanal, verbunden ist. Dabei strömt der Kraft- Stoff bei geöffnetem Steuerventil von innerhalb des Ventilelements in den Ringraum und fließt dort im Wesentlichen in radialer oder schräger Richtung in den Kanal. Bevorzugt ist hierzu der radial außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordnete Kanal in axialer Richtung (nach unten) verlängert, erstreckt sich also über die Elektromagnetanordnung axial hinaus, so dass der Kanal bis in einen Bereich radial außerhalb des Ringraums reicht.
Zur Ausbildung bzw. radialen Begrenzung des Ringraums gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Ringraum radial außen von einem Stützring für die Elektromagnetanordnung begrenzt ist, wobei der Stützring bevorzugt auf dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilkörper aufliegt. Bevorzugt ist die hydraulische Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Kanal durch mindestens eine Bohrung, vorzugsweise eine Radialbohrung, in dem Stützring realisiert.
Auch im Hinblick auf die Ausgestaltung des Ringraums gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Alternative ist der Ringraum als Ankerraum für die Ankerplatte ausgebildet und nimmt in seinem Inneren die Ankerplatte auf. Besonders bevorzugt ist eine derartige Ausgestaltung insbesondere dann, wenn das Ventilelement an seinem Innenumfang ge- führt ist. Bevorzugt ist es dabei, den Kraftstoffström bei geöffnetem Steuerventil in radialer Richtung mit einem ausreichenden axialen Abstand zu der Ankerplatte in den in axialer Richtung führenden Kanal radial außerhalb der Elektromagnetanordnung zu leiten. Gemäß einer zweiten Alternative ist es denkbar, den Ringraum separat von dem Ankerraum, bevorzugt axial benachbart zu diesem, auszubilden. Eine derartige Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn das Ventilelement an ihrem Außenumfang geführt ist. Die letztgenannte Bauform hätte den Vorteil, dass der Kraftstoff in ei- nem von dem Ankerraum separaten Raum zu dem radial außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneten Kanal strömen kann, wodurch eine Beeinflussung der Ankerplatte und damit des Schaltverhaltens des Ventilelementes noch weiter reduziert wird.
Im Hinblick auf eine Bauraumminimierung des Injektors in axialer Richtung ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der, vorzugsweise zentrisch, innerhalb der Elektromagnetanordnung ein Federraum vorgesehen ist, innerhalb dessen eine Steuer- Schließfeder zum Schließen des Steuerventils bei nicht bestromter Elektromagnetanordnung angeordnet ist. Bevorzugt erstreckt sich auch ein das Ventilelement in axialer Richtung abdichtender Druckstift in den Federraum hinein und stützt sich in axialer Richtung an einem Injektordeckel oder einem diesem axial vorgeordneten Bauteil ab.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Federraum über eine Drossel mit dem Injektorrücklauf hydraulisch verbunden ist, so dass eine (minimale) Teilmenge des bei geöffnetem Steuerventil aus der Steuerkammer ausströmenden Kraftstoffes durch den Federraum und nicht durch den radial außerhalb der Elektromagnetanordnung angeordneten Kanal zum Injektorrücklauf fließen kann. Hierdurch wird eine Entlüftung des Federraums gewährleistet. Des weiteren ist hier- durch sichergestellt, dass der Ankerraum mit Kraftstoff gefüllt ist, was wiederum zur Schwingungsdämpfung dient.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Federraum, insbesondere über eine, in axialer Richtung gesehen zwischen einem Injektordeckel und der Elektromagnetanordnung angeordnete Ringdichtung gegenüber dem Kanal abgedichtet ist. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. 1 einen als Common-Rail-Inj ektor ausgebildeten Injektor mit einem radial außerhalb einer Elektromagnetanordnung angeordneten Kanal (Ringkanal) .
Ausführungsform der Erfindung
In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbe- hälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail) . In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 Bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten, Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Druckraum 6 (Hochdruckbereich) des Injektors 1 und strömt von dort aus bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Injektor 1 ist über einen Inj ektorrücklaufanschluss 7 an eine Rücklaufleitung 8 angeschlossen, die zum Vorratsbehälter 3 führt. Durch die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zum Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.
Innerhalb eines Gehäuseteils 9 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel einstückiges Einspritzventilelement 10, das bei Bedarf auch mehrteilig ausgeführt sein kann, in axialer Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 10 in- nerhalb eines Düsenkörpers 11 an seinem Außenumfang geführt. Dieser Düsenkörper 11 ist mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Gehäuseteil 9 verspannt.
Das Einspritzventilelement 10 weist an seiner Spitze 12 eine Schließfläche 13 auf, mit welcher das Einspritzventilelement
10 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers
11 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 14 bringbar ist.
Wenn das Einspritzventilelement 10 an seinem Einspritzventil- elementsitz 14 anliegt, d. h., sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochan- ordnung 15 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 14 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Düsenraum 6 durch in Führungsabschnitt 16 am Außenumfang des Ein- spritzventilelementes 10 gebildete Axialkanäle 17 in einen in der Zeichnungsebene unteren, radial zwischen dem Einspritzventilelement 10 und dem Düsenkörper 11 ausgebildeten Ringraum 18 an dem Einspritzventilelementsitz 14 vorbei zur Dü- senlochanordnung 15 strömen und dort, im Wesentlichen unter dem Hochdruck (Rail-Druck) stehend, in den Brennraum gespritzt werden.
Von einer oberen Stirnseite 19 des Einspritzventilelementes
10 und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 20 des Plattenelementes 21 wird eine Steuerkammer
22 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 20 des Plattenelementes 21 verlaufende Zulaufdrossel
23 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 20 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 22 ist radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, so dass ein ringförmiger Führungsspalt 24 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 20 und dem Einspritzventilelement 10 vergleichsweise kraftstoffdicht ist. Die Steuerkammer 22 ist über einen, in dem Plattenelement 21 angeordneten Ablaufkanal 25 mit Ablaufdrossel 26 mit einer Ventilkammer 27 verbunden, die radial außen von einem in axialer Richtung verstellbaren, als ausgebildetes Ventilelement 28 eines im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 29 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus der Ventilkammer 27 kann dann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 30 des Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 strömen, wenn das Ventilelement 28, die mit einer Ankerplatte 31 fest verbunden ist, von ihrem am Plattenelement 21 ausgebildeten Steuerventilsitz 35 abgehoben ist, d. h., das Steuerventil 29 geöffnet ist. Zum Verstellen des Ventilelementes 28 in der Zeichnungsebene nach oben ist eine Elektromagnetanordnung 32 vorgesehen, die einen Elektro- magneten 33 aufweist, der in einem Haltekörper 34 gehalten ist. Der Elektromagnet 33 wirkt mit der Ankerplatte 31 zusammen, die in einem Ringraum 36 angeordnet ist, wobei der Ringraum 36 in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Ankerraum dient. Durch die feste Verbindung oder ggf. auch einstückige Ausbildung zwischen der Ankerplatte 31 und dem Ventilelement 28 hebt das Ventilelement 28 bei Bestromung der Elektromagnetanordnung 32 von ihrem am Plattenelement 21 angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten, Steuerventilsitz 35 ab. Die Durchflussquer- schnitte der Zulaufdrossel 23 und der Ablaufdrossel 26 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 29 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Kraftstoffsteuermenge) aus der Steuerkammer 22 über die Ventilkammer 27 in den Niederdruckbereich 30, genauer den Ringraum 36, des Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 und durch die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 strömt. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 22 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 10 von seinem Einspritzventilelementsitz 14 abhebt, so dass in der Folge Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die Düsen- lochanordnung 15 ausströmen kann.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 32 unterbrochen, wodurch das Ventil- element 28 mittels einer sich an der Ankerplatte 31 abstützenden Steuerfeder 37, die größtenteils in einem Federraum 38 aufgenommen ist, der innerhalb des Haltekörpers 34 angeordnet ist, in der Zeichnungsebene nach unten auf ihren Steuerventilsitz 35 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 23 in die Steuerkammer 22 nachströmende Kraftstoff sorgt für einen schnellen Druckanstieg in der Steuerkammer 22 und damit für eine auf das Einspritzventilelement 10 wirkende Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung des Einspritzventilelementes 10 wird von einer Schließfeder 39 unterstützt, die sich einenends an einem Umfangsbund 40 des Einspritzventilelementes 10 und anderenends an der in der Zeichnungsebene unteren Stirnseite 41 des hülsenförmigen Abschnittes 20 des Plattenelementes 21 abstützt.
Um zu verhindern, dass der bei geöffnetem Steuerventil 29 aus der Ventilkammer 27 ausströmende Kraftstoff, bzw. der größte Teil dieses Kraftstoffes, in axialer Richtung unmittelbar an der Ankerplatte 31 vorbei zum Inj ektorrücklaufanschluss 7 strömt, ist ein als Ringkanal ausgebildeter Kanal 42 vorgese- hen, der in einem Bereich radial außerhalb der Elektromagnetanordnung 32 angeordnet ist und sich in axialer Richtung in Richtung des zentrischen Injektorrücklaufanschlusses 7 erstreckt. Dieser Kanal 42 erstreckt sich in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten bis in einen Bereich radial außerhalb des Ringraumes 36. Bei geöffnetem Steuerventil 29 strömt der Kraftstoff in radialer Richtung in den Ringraum 36 hinein, der das Ventilelement 28 radial außen umschließt, und von dort aus durch einen als Radialbohrung ausgebildeten Verbindungskanal 43 innerhalb eines Stützrings 44 für die Elektromagnetanordnung 32 in den Kanal 42 und beaufschlagt dadurch die dem Steuerventilsitz 35 zugewandten radialen Flächen 45 der Ankerplatte 31 nicht oder nur unwesentlich mit Strömungskräften, so dass Schwingungen des Ventilelements 28 zumindest größtenteils vermieden werden. In dem Axialkanal 42 angekommen, strömt der Kraftstoff in axialer Richtung an dem Stützring 44 und der Elektromagnetanordnung 32 vorbei zu einem Deckel 46 des Injektors 1, der mit dem Gehäuseteil 9 verschraubt ist. Dabei ist es denkbar, das Gehäuseteil 9 mehrteilig auszubilden und beispielsweise gegen einen axial zwi- sehen dem Düsenkörper 11 und dem Gehäuseteil 9 angeordneten Injektorkörper (ebenfalls ein Gehäuseteil) zu verspannen.
Die Elektromagnetanordnung 32 ist in axialer Richtung eingespannt zwischen dem Deckel 46 und dem Stützring 44, der sich wiederum an dem Plattenelement 21 abstützt. In dem Deckel 46 ist eine dem Kanal zugewandte Tasche 47 eingebracht, die sich in radialer Richtung in einen Bereich in der Zeichnungsebene axial oberhalb der Elektromagnetanordnung 32 erstreckt. Von dieser Tasche 47 führt ein Schrägkanal 48 im Deckel 46 unmit- telbar zu dem zentrischen Injektorrücklaufanschluss 7.
In das hülsenförmige Ventilelement 28 ragt ein Druckstift 49 hinein, der zum einen die Ventilkammer 27 in der Zeichnungsebene nach axial oben abdichtet und gleichzeitig einen Axial- anschlag 50 für das Ventilelement 28 bei Bestromung der Elektromagnetanordnung 32 bildet. Der Druckstift 49 erstreckt sich in axialer Richtung in den Federraum 38 hinein und stützt sich in axialer Richtung an einer Platte 51 ab, die wiederum an dem Deckel 46 anliegt. Alternativ ist eine unmit- telbare Abstützung des Druckstiftes 49 an den Deckel 46 oder eine einstückige Ausbildung mit diesem denkbar. An der Platte 51 stützt sich zudem die Steuerfeder 37 ab. In der Zeichnungsebene oben, dem Deckel 46 zugewandt, ist eine Aussparung 52 (Tasche) in der Platte 51 vorgesehen, durch die ein geringer Kraftstoffström zu einer Drossel 53 im Deckel 46 strömen kann. Die Drossel 53 verbindet den Federraum 38 hydraulisch mit dem Inj ektorrücklaufanschluss 7. So- mit strömt ein minimaler Teilstrom von Kraftstoff bei geöffnetem Steuerventil 29 nicht durch den Kanal 42 zum Injektorrücklaufanschluss 7, sondern durch den Federraum 38 und die zentrisch in dem Deckel 46 angeordnete Drossel 53. Hierdurch wird eine Entlüftung des Federraums 38 und des Ring- raums 36 sichergestellt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist axial zwischen dem Deckel 46 und dem Haltekörper 34 eine Ringdichtung 54 angeordnet, die in einer Ringnut 55 des Deckels 46 aufgenommen ist und die sich koaxial rund um den Federraum 38 an seinem axialen Ende erstreckt und somit den Federraum 38 gegenüber dem Kanal 42 bzw. der Tasche 47 in radialer Richtung abdichtet.

Claims

Ansprüche
1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-In- jektor, mit einem Einspritzventilelement (10), das in Abhängigkeit des Druckes in einer Steuerkammer (22) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung in axialer Richtung verstellbar ist, wobei die Steuerkammer (22) mittels eines, ein verstellbares Ventilelement (28) aufweisendes, Steuerventils (29) mit einem In- j ektorrücklaufanschluss (7) verbindbar ist, und wobei das Ventilelement (28) mit einer Ankerplatte (31) wirkverbunden ist, die zum Verstellen des Ventilelements (28) mit einer Elektromagnetanordnung (32) zusammenwirkt, und wobei das Ventilelement (28) axial zwischen der Elektromagnetanordnung (32) und einem Steuerventilsitz (35) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein radial außerhalb der Elektromagnetanordnung (32) angeordneter, in axialer Richtung führender Kanal (42) vorgesehen ist, durch den Kraftstoff bei geöffnetem Steuerventil (29) aus der Steuerkammer (22) in Richtung des Injektorrücklaufanschlusses (7) strömen kann.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (28) als Ventilhülse ausgebildet ist.
3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Einleitung des aus dem Steuerventil (29) ausströmenden Kraftstoffes in den Kanal (42) in einem Bereich axial zwischen der Ankerplatte (31) und einem Steuerventilsitz (35) des Steuerventils (29) vorgesehen sind.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (29) im geschlossenen Zustand als in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist.
5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorrücklaufanschluss (7), insbesondere zentrisch, an einer Stirnseite des Injektors (1) angeordnet ist.
6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (42) als Ringkanal radial zwischen der Elektromagnetanordnung (32) und einem Gehäusebauteil (9) des Injektors (1) ausgebildet ist.
7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (28) radial außen von einem Ring- räum (36) umgeben ist, der hydraulisch mit dem Kanal (42) verbunden ist.
8. Injektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (36) radial außen von einem Stützring (44) für die Elektromagnetanordnung (32) begrenzt ist.
9. Injektor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (36) als Ankerraum für die Ankerplatte (31) dient.
10. Injektor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Ringraum (36) ein separater Ankerraum vorgesehen ist.
11. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Elektromagnetanordnung (32) ein eine Steuerfeder (37) des Steuerventils (29) aufnehmender Federraum (38) vorgesehen ist.
12. Injektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (38) über eine Drossel (53) mit dem Injektorrücklaufanschluss (7) verbunden ist.
13. Injektor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (38) gegenüber dem Kanal (42), insbesondere mit einer axial zwischen der Elektromagnetanordnung (32) und einem Gehäusedeckel (46) angeordneten Ringdichtung (54), abgedichtet ist.
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