EP3060789B1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP3060789B1
EP3060789B1 EP14777325.3A EP14777325A EP3060789B1 EP 3060789 B1 EP3060789 B1 EP 3060789B1 EP 14777325 A EP14777325 A EP 14777325A EP 3060789 B1 EP3060789 B1 EP 3060789B1
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EP
European Patent Office
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fuel injector
guide element
injector according
guide
weakening
Prior art date
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Active
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EP14777325.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3060789A1 (de
Inventor
Henning Kreschel
Stefan Haug
Angel Susvilla
Alexander Madlener
Andreas Rettich
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
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Publication date
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injector is from the DE 10 2008 003 348 A1 the applicant known.
  • the fuel injector serving as a component of a common-rail injection system in self-igniting internal combustion engines has a nozzle needle whose end facing away from the injection openings dips into a valve piece in the valve housing.
  • a control chamber is formed, which is relieved via a drain hole in a low pressure region of the fuel injector.
  • the movement of the nozzle needle for opening or closing the injection openings is controlled in a known manner.
  • a valve element which is arranged on the low-pressure side of the fuel injector, and which closes the drain hole in a lowered position or releases it in a raised position.
  • the valve element is integrally formed in the known fuel injector as an extension of a substantially disc-shaped or sleeve-shaped magnet armature, which cooperates with a magnetic coil, which causes a lifting of the valve element from its closing the drain hole position when energized.
  • the magnet armature is subjected to a force by a compression spring in the direction of the closed position of the valve element to ensure that no fuel can flow out of the control chamber when the solenoid is de-energized or the nozzle needle is in its position closing the injection openings.
  • the armature is axially guided in a pin-shaped guide element, which passes through a partially formed in the magnet armature through hole.
  • the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that when the occurrence of shear forces on the guide element or the cooperating with the guide element components increased wear is avoided, at the same time no or only a relatively small increase in friction between the components should occur to ensure a slight axial movement of the valve member.
  • This object is achieved in a fuel injector with the features of claim 1, characterized in that axially spaced from the first weakening region at the guide region of the guide element at least a second weakened region is arranged, in which the cross section of the guide element is reduced.
  • the axial distance between the two weakened areas based on the length of the guide element outside the guide section in the valve element between 50% and 80% of said length is. This makes it possible even with a relatively small deflection or a relatively small tilt angle of an intermediate portion of the guide element that relatively large transverse movements of the valve element can be realized or due to the relatively large transverse movement, the frictional force in the guide of the valve element is relatively low.
  • the intermediate portion of the guide element between the two weakened areas is not guided radially. This is understood to mean that, irrespective of the deflection of the guide element, the deflected intermediate section is not in contact with a component, so that, in particular, no undefined forces can act on the guide element.
  • the guide element has a flat end face on the side facing the housing element.
  • a particularly simple and accurate production of the guide element can be achieved if the guide element is cylindrical and has a constant cross-section, with the exception of the at least two weakened areas.
  • the at least two weakened areas in the guide element can be formed in a particularly simple manner if the weakened areas are designed in the form of radially encircling annular grooves. Moreover, this has the additional advantage that, regardless of the angular position of the guide element in all directions, a movement or tilting of the guide element is made possible.
  • the weakened areas are formed in the form of notches or notches.
  • asymmetrical properties with regard to the bending characteristic of the guide element can be achieved, that is to say that the guide element can be deflected particularly easily in one direction, whereas deflection in another direction is made more difficult.
  • it may be provided to arrange the guide element rotationally fixed.
  • the weakened areas are rounded or provided with a radius.
  • the invention is preferably used in fuel injectors in which the pressure in the control chamber is at least 2000 bar. At such high control pressures or system pressures, such a high axial compressive force on the Guide element generates that the effects mentioned in terms of increased friction or wear without the inventive training are particularly significant or pronounced.
  • the Indian Fig. 1 Sectionally illustrated fuel injector 10 is part of a common rail injection system for injecting fuel in a combustion chamber, not shown, a self-igniting internal combustion engine.
  • the force pressure provided by the fuel injection system is more than 2000 bar.
  • the fuel injector 10 has an injector housing 11, which is penetrated by a longitudinal bore 12, wherein the longitudinal bore 12 has bore portions with different diameters.
  • a valve member 15 At a shoulder 13 of the longitudinal bore 12 is axially a valve member 15 with a shoulder 16.
  • the valve member 15 is disposed on the opposite side of the paragraph 13 in operative connection with a clamping screw 17 whose outer thread cooperates with a corresponding internal thread in the longitudinal bore 12.
  • the valve piece 15 has on the clamping screw 17 side facing away from a blind hole 18 into which an axial end portion 19 of a nozzle needle 20 formed as an injection member is immersed.
  • the blind hole 18 leads the end portion 19 radially and also allows axial movement of the nozzle needle 20 in the direction of the longitudinal axis 22 of the nozzle needle 20.
  • lowered position of the nozzle needle 15 closes this at least one, in practice, however, a plurality of injection openings in the injector housing 11 (not shown) to prevent the injection of fuel from a formed in the injector 11 in the nozzle needle 20 high pressure chamber 25.
  • the at least one injection opening in the injector housing 11 is released at a raised position of the nozzle needle 20, not shown in the figures, so that fuel is discharged from the high-pressure chamber 25 into the combustion chamber of the internal combustion engine or injected.
  • the high-pressure chamber 25 is connected hydraulically via a connection 26, which is shown only symbolically, in the injector housing 11 and a fuel supply line 27 to a fuel reservoir (rail) 28, which supplies the high-pressure chamber 25 with the fuel at system pressure.
  • a variable volume control chamber 35 which is connected via a near the bottom of the blind hole 18 formed connecting bore 36 with an inlet throttle 37 hydraulically connected to the high-pressure chamber 25, so that Fuel from the high-pressure chamber 25 can flow into the control chamber 35.
  • the control chamber 35 is used, as is known and therefore not explained in more detail, the control of the movement of the nozzle needle 20 for releasing or closing the at least one injection opening in the injector 11 via a control of the fuel pressure in the control chamber 35.
  • the drain hole 30 is at least indirectly can be closed by means of a valve element 40 to prevent outflow of fuel from the control chamber 35 via the drain hole 30 into a low-pressure chamber 42 of the injector housing 11.
  • the low-pressure chamber 42 is hydraulically connected via a further connection 43 in the injector housing 11 and a return line 44, for example with a return tank (tank) 45.
  • the valve element 40 is part of a magnet armature and has a sleeve-shaped first region 46, to which on the side facing away from the valve piece 15, a disc-shaped or annular anchor region 48 connects.
  • the armature region 48 or the valve element 40 cooperates with a magnetic coil 50 embedded in an annular magnetic core 49, which draws the valve element 40 in the direction of the magnetic core 49 when energized.
  • the magnet core 49 abuts axially on a closure plate 51 of the injector housing 11 on the side facing away from the valve element 40.
  • the magnetic core 49 has a through hole 53, in the region of which a disc-shaped support plate 55 bears in a stationary manner against the closure plate 51 axially.
  • a compression spring 56 which is also disposed within the through hole 53, axially supported on the one hand against the support plate 55, and on the other hand against the facing end face of the anchor portion 48 of the valve element 40, such that the compression spring 56, the valve member 40 in the in the Fig. 1 shown lowered position in which a sealing edge 57 of the sleeve-shaped portion 46 of the valve member 40 abuts a conical mating surface 58 of the valve member 15 to form a sealing seat to prevent leakage of fuel from the drain hole 30 in the low-pressure space 42.
  • the compression spring 56 surrounds the guide member 65 at a radial distance.
  • the valve element 40 is penetrated by a through hole 60 of constant diameter.
  • a guide portion 61 of a pin-shaped guide member 65 is immersed on the side facing away from the valve piece 15.
  • a pin-shaped extension 63 of the valve member 15 preferably emerges with radial play, in which a flattening 64 is formed for the outflow of fuel in the direction of the sealing edge 57.
  • the outer diameter of the guide element 65 is matched to the bore diameter of the through hole 60, on the one hand at least virtually leak-free radial guidance of the valve member 40 on the guide portion 61 is enabled, and on the other hand, the axial mobility of the valve member 40 in the direction of the double arrow 66 (parallel to the longitudinal axis 22) is ensured with relatively low friction.
  • the guide member 65 On the valve piece 15 facing end face 67 of the guide member 65 always acts on the hydraulic pressure, which acts on the end face 67 via the control chamber 35 and the return line 30. This, acting in the direction of the support plate 55 axial force acts on the in the Fig. 1 shown planar second end face 68 of the guide member 65 on the support plate 55 and thus the closure plate 51 of the injector 11. It is essential to the invention that the guide member 65 has two axially spaced weakening regions 71, 72. The first weakening region 71 is located immediately after the guide section 61 of the guide element 65 axially still within the valve element 40. The second weakening section 72 is located near the support plate 55.
  • the two weakened areas 71, 72 thereby form the guide element 65 into a total of three sections divided:
  • the guide portion 61 which is guided with a relatively tight fit within the through hole 60 of the valve member 40
  • the average distance a between the two weakening regions 71, 72 is between 50% and 80% of the length A of the guide element 65 without its guide section 61.
  • the two weakening areas 71, 72 are formed in the illustrated embodiment by a respective radially circumferential annular groove 75, which is preferably provided with a rounding or a radius 76.
  • a respective radially circumferential annular groove 75 which is preferably provided with a rounding or a radius 76.
  • the cross-section in the region of the weakening regions 71, 72 (whose cross-section is in each case preferably identical in size) is reduced or formed by straight-cut, milled or the like.
  • Fig. 2 is opposite Fig. 1 modified guide element 65a shown, in which the support portion 74a on the support plate 55 facing side is crowned or formed with a rounding 77, so that the guide member 65a punctiform bears against the support plate 55.
  • transverse forces F may occur, which in the illustration of Fig. 3 act in the drawing plane from left to right.
  • These transverse forces F cause that on the one hand the guide portion 61 is guided at least almost without an additional transverse force within the through hole 53 of the valve member 40, and on the other hand, the support portion 74 due to the pressure prevailing in the control chamber 35 hydraulic pressure over the entire surface or in a vertical orientation on the support plate 55 is present.
  • the transverse forces F thus act as deformation forces on the guide element 65, 65a and, in particular, cause no increased wear or increased friction between the through-bore 60 and the guide section 61 with respect to non-existing transverse forces F.
  • the fuel injector 10 described so far can be modified or modified in many ways, without departing from the spirit of the invention.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2008 003 348 A1 der Anmelderin bekannt. Der als Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienende Kraftstoffinjektor weist eine Düsennadel auf, deren den Einspritzöffnungen abgewandtes Ende in ein Ventilstück im Ventilgehäuse eintaucht. Innerhalb des Ventilstücks ist ein Steuerraum ausgebildet, der über eine Ablaufbohrung in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors entlastbar ist. Über den in dem Steuerraum herrschenden Druck wird in bekannter Art und Weise die Bewegung der Düsennadel zum Öffnen bzw. Verschließen der Einspritzöffnungen gesteuert. Hierzu dient ein Ventilelement, das auf der Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors angeordnet ist, und das in einer abgesenkten Stellung die Ablaufbohrung verschließt bzw. diese in einer angehobenen Stellung freigibt. Das Ventilelement ist bei dem bekannten Kraftstoffinjektor einstückig als Fortsatz an einem im Wesentlichen scheiben- bzw. hülsenförmigen Magnetanker ausgebildet, der mit einer Magnetspule zusammenwirkt, die bei einer Bestromung ein Abheben des Ventilelements aus ihrer die Ablaufbohrung verschließenden Stellung bewirkt. Der Magnetanker ist von einer Druckfeder in Richtung der Schließstellung des Ventilelements kraftbeaufschlagt, um bei unbestromter Magnetspule sicherzustellen, dass kein Kraftstoff aus dem Steuerraum abströmen kann bzw. sich die Düsennadel in ihrer die Einspritzöffnungen verschließen Position befindet. Der Magnetanker ist in einem stiftförmigen Führungselement axial geführt, das eine in dem Magnetanker ausgebildete Durchgangsbohrung bereichsweise durchsetzt. Wesentlich dabei ist, dass zwischen dem Außendurchmesser des Führungselements und dem Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung eine relativ enge Passung ausgebildet ist, um zum einen den ungewünschten Abfluss von Kraftstoff über den Rücklaufkanal und den Ringspalt zwischen dem Führungselement und dem Magnetanker in Richtung des Niederdruckraums zu verhindern, und zum anderen Bewegungen des Magnetankers bzw. des Ventilglieds in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Führungselements zu verhindern, da ansonsten ein erhöhter, unerwünschter Verschleiß an dem Sitz zwischen dem Ventilglied und dem Ventilstück auftritt. In diesem Zusammenhang ist wesentlich, dass aufgrund der Anordnung bzw. Ausbildung des Führungselements auf der dem Rücklaufkanal zugewandten Stirnfläche stets der Druck des Steuerraums auf das Führungselement wirkt. Diese hydraulische Druckkraft wird von dem Führungselement über ein gehäusefestes Element in das Injektorgehäuse übertragen.
  • Aufgrund von unsymmetrischen Krafteinflüssen, beispielsweise verursacht durch die angesprochene Druckfeder, die den Magnetanker bzw. das Ventilglied in seine Schließstellung kraftbeaufschlagt, oder aufgrund unsymmetrischer Strömungsverhältnisse beim Abströmen des Kraftstoffs können auf den Magnetanker Querkräfte wirken, die insbesondere bei relativ hohen Systemdrücken dazu führen, dass das Führungselement aufgrund der relativ hohen axialen Druckkraft im Bereich der Anlagestelle des Führungselements an dem gehäusefesten Element sich nicht (seitlich) verschieben lässt, so dass es aufgrund der relativ engen Passung zwischen dem Außendurchmesser des Führungselements und der Durchgangsbohrung im Magnetanker zu einem erhöhten Verschleiß bzw. zu erhöhter Reibung kommt.
  • Bei dem in der DE 10 2008 003 348 A1 dargestellten Kraftstoffinjektor ist in etwa in einem mittleren axialen Bereich des Führungselements ein erster Schwächungsbereich vorgesehen, in dessen Bereich der Querschnitt des Führungselements reduziert ist. Dadurch ist die Biegesteifigkeit des Führungselements in dessen Längsachse reduziert.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass beim Auftreten von Querkräften auf das Führungselement bzw. den mit dem Führungselement zusammenwirkenden Bauteilen ein erhöhter Verschleiß vermieden wird, wobei gleichzeitig auch keine oder nur eine relativ gering erhöhte Reibung zwischen den Bauteilen auftreten soll, um eine leichte Axialbewegung des Ventilglieds sicherzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass axial beabstandet zum ersten Schwächungsbereich an dem Führungsbereich des Führungselements wenigstens ein zweiter Schwächungsbereich angeordnet ist, in dem der Querschnitt des Führungselements reduziert ist. Eine derartige Ausbildung mit wenigstens zwei Schwächungsbereichen, die axial voneinander beabstandet angeordnet sind, schafft die Möglichkeit, dass sich das Führungselement beim Auftreten einer Querkraft in Art eines "S" verformt, so dass insbesondere der innerhalb des Ventilelements geführte Abschnitt des Führungselements ohne erhöhte Reibung bzw. Verschleiß mit dem Ventilelement zusammenwirkt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Um die angesprochene S-förmige Ausbildung des Führungselements beim Auftreten von Querkräften zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt, wenn der axiale Abstand zwischen den beiden Schwächungsbereichen, bezogen auf die Länge des Führungselements außerhalb des Führungsabschnitts im Ventilelement zwischen 50 % und 80 % der besagten Länge beträgt. Dadurch ist es selbst bei einer relativ geringen Auslenkung bzw. einem relativ geringen Kippwinkel eines Zwischenabschnitts des Führungselements möglich, dass relativ große Querbewegungen des Ventilelements realisiert werden können bzw. infolge der relativ großen Querbewegung die Reibkraft in der Führung des Ventilelements relativ gering ist.
  • Um eine ungehinderte Bewegung bzw. Verformung des Führungselements zu ermöglichen, ist es insbesondere vorgesehen, dass zumindest der Zwischenabschnitt des Führungselements zwischen den beiden Schwächungsbereichen radial nicht geführt ist. Darunter wird verstanden, dass unabhängig von der Auslenkung des Führungselements der ausgelenkte Zwischenabschnitt nicht in Kontakt mit einem Bauteil ist, so dass insbesondere keine undefinierten Kräfte auf das Führungselement einwirken können.
  • Zur Reduzierung der Flächenpressung an dem ortsfesten Gehäuseelement ist es von Vorteil, wenn das Führungselement auf der dem Gehäuseelement zugewandten Seite eine ebene Stirnfläche aufweist.
  • Eine besonders einfache und genaue Fertigung des Führungselements lässt sich erzielen, wenn das Führungselement zylindrisch ausgebildet ist und mit Ausnahme der wenigstens zwei Schwächungsbereiche einen konstanten Querschnitt aufweist.
  • Darüber hinaus werden im Bereich der wenigstens zwei Schwächungsbereiche gleiche Charakteristika ermöglicht, wenn die Größe des Querschnitts im Bereich der wenigstens zwei Schwächungsbereiche zumindest im Wesentlichen gleich groß ist.
  • Besonders einfach lassen sich die wenigstens zwei Schwächungsbereiche in dem Führungselement dadurch ausbilden, wenn die Schwächungsbereiche in Form von radial umlaufenden Ringnuten ausgebildet sind. Dies hat im Übrigen darüber hinaus den Vorteil, dass unabhängig von der Winkellage des Führungselements in alle Richtungen eine Bewegung bzw. ein Verkippen des Führungselements ermöglicht wird.
  • Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Schwächungsbereiche in Form von Einschnitten bzw. Kerben ausgebildet sind. Bei einer derartigen Ausbildung lassen sich beispielsweise unsymmetrische Eigenschaften hinsichtlich der Biegekennlinie des Führungselements erzielen, d.h., dass das Führungselement sich in die eine Richtung besonders einfach auslenken lässt, während eine Auslenkung in einer anderen Richtung demgegenüber erschwert ist. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, das Führungselement drehwinkelfest anzuordnen.
  • Zur Reduzierung der Kerbwirkung ist es von Vorteil, wenn die Schwächungsbereiche ausgerundet bzw. mit einem Radius versehen sind.
  • Die Erfindung findet bevorzugt Verwendung bei Kraftstoffinjektoren, bei denen der Druck im Steuerraum mindestens 2000 bar beträgt. Bei solch hohen Steuerdrücken bzw. Systemdrücken wird eine derartig hohe axiale Druckkraft auf das Führungselement erzeugt, dass die angesprochenen Effekte hinsichtlich erhöhter Reibung bzw. Verschleiß ohne die erfindungsgemäße Ausbildung besonders zum Tragen kommen bzw. ausgeprägt sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors,
    Fig. 2
    ein Detail der Fig. 1 bei einem modifizierten Führungselement und
    Fig. 3
    eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der unterschiedlichen Funktionsabschnitte des Führungselements.
  • Gleiche Element bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Der in der Fig. 1 abschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 10 ist Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in einem nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Vorzugsweise beträgt der von dem Kraftstoffeinspritzsystem bereitgestellte Kraftdruck dabei mehr als 2000 bar. Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, das von einer Längsbohrung 12 durchsetzt ist, wobei die Längsbohrung 12 Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. An einem Absatz 13 der Längsbohrung 12 liegt axial ein Ventilstück 15 mit einer Schulter 16 auf. Zur axialen Verspannung des Ventilstücks 15 gegen den Absatz 13 ist das Ventilstück 15 auf der dem Absatz 13 gegenüberliegenden Seite in Wirkverbindung mit einer Spannschraube 17 angeordnet, deren Außengewinde mit einem entsprechenden Innengewinde in der Längsbohrung 12 zusammenwirkt.
  • Das Ventilstück 15 weist auf der der Spannschraube 17 abgewandten Seite eine Sacklochbohrung 18 auf, in die ein axialer Endbereich 19 eines als Düsennadel 20 ausgebildeten Einspritzglieds eintaucht. Die Sacklochbohrung 18 führt den Endbereich 19 radial und ermöglicht darüber hinaus eine Axialbewegung der Düsennadel 20 in Richtung der Längsachse 22 der Düsennadel 20. In der in der Fig. 1 dargestellten abgesenkten Position der Düsennadel 15 verschließt diese wenigstens eine, in der Praxis jedoch mehrere Einspritzöffnungen im Injektorgehäuse 11 (nicht dargestellt), um das Einspritzen von Kraftstoff aus einem in dem Injektorgehäuse 11 im Bereich der Düsennadel 20 gebildeten Hochdruckraum 25 zu verhindern. Demgegenüber wird bei einer in den Figuren nicht dargestellten angehobenen Stellung der Düsennadel 20 die wenigstens eine Einspritzöffnung im Injektorgehäuse 11 freigegeben, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 25 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben bzw. eingespritzt wird. Der Hochdruckraum 25 ist über eine lediglich symbolisch dargestellte Verbindung 26 im Injektorgehäuse 11 sowie eine Kraftstoffzuführleitung 27 mit einem Kraftstoffspeicher (Rail) 28 hydraulisch verbunden, der den Hochdruckraum 25 mit dem unter Systemdruck stehenden Kraftstoff versorgt.
  • Vom Grund der Sacklochbohrung 18 geht in der Längsachse 22 eine Durchgangsbohrung aus, die eine Ablaufbohrung 30 ausbildet, in der eine Abströmdrossel 31 als Querschnittsverengung ausgebildet ist. Innerhalb der Sacklochbohrung 18 bildet diese in dem von dem Endbereich 19 der Düsennadel 20 nicht durchsetzten Bereich einen volumenveränderlichen Steuerraum 35 aus, der über eine nahe dem Grund der Sacklochbohrung 18 ausgebildete Verbindungsbohrung 36 mit einer Zulaufdrossel 37 hydraulisch mit dem Hochdruckraum 25 verbunden ist, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 25 in den Steuerraum 35 einströmen kann. Der Steuerraum 35 dient, wie an sich bekannt und daher nicht näher erläutert, der Steuerung der Bewegung der Düsennadel 20 zum Freigeben bzw. Verschließen der wenigstens einen Einspritzöffnung im Injektorgehäuse 11 über eine Regelung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum 35. Hierzu ist die Ablaufbohrung 30 zumindest mittelbar mittels eines Ventilelements 40 verschließbar, um ein Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 35 über die Ablaufbohrung 30 in einen Niederdruckraum 42 des Injektorgehäuses 11 zu verhindern. Der Niederdruckraum 42 ist hydraulisch über eine weitere Verbindung 43 im Injektorgehäuse 11 und eine Rücklaufleitung 44 beispielsweise mit einem Rücklaufbehälter (Tank) 45 verbunden.
  • Das Ventilelement 40 ist Bestandteil eines Magnetankers und weist einen hülsenförmigen ersten Bereich 46 auf, an den sich auf der dem Ventilstück 15 abgewandten Seite ein scheiben- bzw. ringförmiger Ankerbereich 48 anschließt. Der Ankerbereich 48 bzw. das Ventilelement 40 wirkt mit einer in einer in einem ringförmigen Magnetkern 49 eingebetteten Magnetspule 50 zusammen, die bei einer Bestromung das Ventilelement 40 in Richtung zum Magnetkern 49 zieht. Der Magnetkern 49 liegt auf der dem Ventilelement 40 abgewandten Seite axial an einer Verschlussplatte 51 des Injektorgehäuses 11 an. Der Magnetkern 49 weist eine Durchgangsbohrung 53 auf, in deren Bereich eine scheibenförmige Abstützplatte 55 ortsfest gegen die Verschlussplatte 51 axial anliegt. Eine Druckfeder 56, die ebenfalls innerhalb der Durchgangsbohrung 53 angeordnet ist, stützt sich axial einerseits gegen die Abstützplatte 55, und andererseits gegen die ihm zugewandte Stirnfläche des Ankerbereichs 48 des Ventilelements 40 ab, derart, dass die Druckfeder 56 das Ventilelement 40 in die in der Fig. 1 dargestellte abgesenkte Position kraftbeaufschlagt, bei der eine Dichtkante 57 des hülsenförmigen Bereichs 46 des Ventilelements 40 an einer kegelförmigen Gegenfläche 58 des Ventilstücks 15 unter Ausbildung eines Dichtsitzes anliegt, um ein Abströmen von Kraftstoff aus der Ablaufbohrung 30 in den Niederdruckraum 42 zu verhindern. Die Druckfeder 56 umgibt das Führungselement 65 mit radialem Abstand.
  • Das Ventilelement 40 ist von einer Durchgangsbohrung 60 konstanten Durchmessers durchsetzt. In die Durchgangsbohrung 60 taucht auf der dem Ventilstück 15 abgewandten Seite ein Führungsabschnitt 61 eines stiftförmigen Führungselements 65 ein. Auf der dem Führungselement 65 abgewandten Seite taucht eine zapfenförmiger Fortsatz 63 des Ventilstücks 15 vorzugsweise mit radialem Spiel ein, in dem eine Abflachung 64 zum Abströmen von Kraftstoff in Richtung zur Dichtkante 57 ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Führungselements 65 ist derart auf den Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung 60 abgestimmt, dass einerseits eine zumindest nahezu leckagefreie radiale Führung des Ventilelements 40 auf dem Führungsabschnitt 61 ermöglicht wird, und andererseits die axiale Beweglichkeit des Ventilelements 40 in Richtung des Doppelpfeils 66 (parallel zur Längsachse 22) mit relativ geringer Reibung gewährleistet ist.
  • Auf die dem Ventilstück 15 zugewandte Stirnfläche 67 des Führungselements 65 wirkt stets der hydraulische Druck ein, der über dem Steuerraum 35 und die Rücklaufleitung 30 auf die Stirnfläche 67 wirkt. Diese, in Richtung der Abstützplatte 55 wirkende Axialkraft wirkt über die in der Fig. 1 dargestellte ebene zweite Stirnfläche 68 des Führungselements 65 auf die Abstützplatte 55 und somit die Verschlussplatte 51 des Injektorgehäuses 11. Erfindungswesentlich ist, dass das Führungselement 65 zwei, axial voneinander beabstandete Schwächungsbereiche 71, 72 aufweist. Der erste Schwächungsbereich 71 befindet sich unmittelbar im Anschluss an den Führungsabschnitt 61 des Führungselements 65 axial noch innerhalb des Ventilelements 40. Der zweite Schwächungsabschnitt 72 befindet sich nahe der Abstützplatte 55. Durch die beiden Schwächungsbereiche 71, 72 wird das Führungselement 65 dadurch in insgesamt drei Abschnitte eingeteilt: Zum einen den Führungsabschnitt 61, der mit relativ enger Passung innerhalb der Durchgangsbohrung 60 des Ventilelements 40 geführt ist, zum anderen einen Zwischenabschnitt 73 zwischen den beiden Schwächungsbereichen 71, 72 und zuletzt einen Abstützabschnitt 74, der dazu ausgebildet ist, das Führungselement 65 axial gegen die Abstützplatte 55 abzustützen. Bevorzugt beträgt der mittlere Abstand a zwischen den beiden Schwächungsbereichen 71, 72 zwischen 50% und 80% der Länge A des Führungselements 65 ohne dessen Führungsabschnitt 61.
  • Die beiden Schwächungsbereiche 71, 72 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch jeweils eine radial umlaufende Ringnut 75 ausgebildet, die vorzugsweise mit einer Rundung bzw. einem Radius 76 versehen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Querschnitt im Bereich der Schwächungsbereiche 71, 72 (deren Querschnitt jeweils vorzugsweise identisch gleich groß ausgebildet ist) durch geradlinig ausgebildete Einschliffe, Einfräsungen oder ähnliches reduziert bzw. ausgebildet ist.
  • In der Fig. 2 ist ein gegenüber Fig. 1 modifiziertes Führungselement 65a dargestellt, bei dem der Abstützabschnitt 74a auf der der Abstützplatte 55 zugewandten Seite ballig bzw. mit einer Rundung 77 ausgebildet ist, so dass das Führungselement 65a punktförmig an der Abstützplatte 55 anliegt.
  • Die Funktion der beiden Schwächungsbereiche 71, 72 lässt sich am besten anhand der Fig. 3 erläutern: Bei der Bewegung des Ventilglieds 40 zwischen seiner in der Fig. 1 dargestellten abgesenkten Position und einer in den Figuren nicht dargestellten, angehobenen Position, bei der ein Durchfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 35 in den Niederdruckraum 42 ermöglicht wird, können Querkräfte F auftreten, die in der Darstellung der Fig. 3 in der Zeichenebene von links nach rechts wirken. Diese Querkräfte F bewirken, dass einerseits der Führungsabschnitt 61 weiterhin zumindest nahezu ohne eine zusätzliche Querkraft innerhalb der Durchgangsbohrung 53 des Ventilelements 40 geführt ist, und andererseits der Abstützabschnitt 74 aufgrund des in dem Steuerraum 35 herrschenden hydraulischen Drucks vollflächig bzw. in senkrechter Ausrichtung an der Abstützplatte 55 anliegt. Über die beiden Schwächungsbereiche 71, 72 wird eine Parallelverschiebung (in der Fig. 3 stark übertrieben dargestellt) des Ventilelements 40 ermöglicht, bei der der Zwischenabschnitt 73 gegenüber seiner ursprünglichen, mit der Längsachse 22 ausgerichteten Richtung verkippt. Die Querkräfte F wirken somit als Verformungskräfte auf das Führungselement 65, 65a und bewirken insbesondere, dass zwischen der Durchgangsbohrung 60 und dem Führungsabschnitt 61 gegenüber nicht vorhandenen Querkräften F kein erhöhter Verschleiß bzw. keine erhöhte Reibung auftritt.
  • Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere denkbar, mehr als zwei Schwächungsbereiche 71, 72 am Führungselement 65, 65a vorzusehen. Dadurch wird eine nochmals vergrößerte Herabsetzung der Biegesteifigkeit des Führungselements 65, 65a ermöglicht, bei der beispielsweise die einzelnen Reduzierungen der Querschnittsfläche im Bereich der Schwächungsbereiche 71, 72 geringer sein können als bei der Verwendung lediglich zweier Schwächungsbereiche 71, 72.

Claims (12)

  1. Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (11), in dem entlang einer Längsachse (22) ein Einspritzglied (20) längsverschiebbar angeordnet ist, mit einem mit einem Hochdruckraum (25) des Injektorgehäuses (11) hydraulisch verbundenen Steuerraum (35), der über eine Ablaufbohrung (30) in Richtung eines Niederdruckraums (42) des Injektorgehäuses (11) hydraulisch entlastbar ist, wobei der Durchfluss von Druckmittel durch die Ablaufbohrung (30) mittels eines Ventilelements (40) steuerbar ist, wobei das Ventilelement (40) auf einem vorzugsweise stangenförmigen Führungselement (65; 65a) axialverschiebbar angeordnet ist, welches Führungselement (65; 65a) in eine Bohrung (60) des Ventilelements (40) eintaucht und sich auf der dem Ventilelement (40) abgewandten Seite an einem ortsfesten Gehäuseelement (55) abstützt, und wobei das Führungselement (65; 65a) in einem Bereich zwischen einem Führungsabschnitt (61) des Führungselements (65) im Ventilelement (40) und dem ortsfesten Gehäuseelement (55) einen ersten Schwächungsbereich (71) aufweist, in dem der Querschnitt des Führungselements (65; 65a) reduziert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem axialen Abstand (a) zum ersten Schwächungsbereich (71) an dem Führungselement (65; 65a) wenigstens ein zweiter Schwächungsbereich (72) ausgebildet ist, in dem der Querschnitt des Führungselements (65; 65a) reduziert ist.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der axiale Abstand (a) zwischen den beiden Schwächungsbereichen (71, 72), bezogen auf die Länge (A) des Führungselements (65; 65a) außerhalb des Führungsabschnitts (61), zwischen 50 % und 80 % der Länge (A) beträgt.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein zwischen den wenigstens zwei Schwächungsbereichen (71, 72) angeordneter Zwischenabschnitt (73) radial nicht geführt ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungselement (65) auf der dem Gehäuseelement (55) zugewandten Seite eine ebene Stirnfläche (68) aufweist.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungselement (65; 65a) zylindrisch ausgebildet ist und mit Ausnahme der wenigstens zwei Schwächungsbereiche (71, 72) einen konstanten Querschnitt aufweist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Größe des Querschnitts im Bereich der wenigstens zwei Schwächungsbereiche (71, 72) zumindest im Wesentlichen gleich groß ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens zwei Schwächungsbereiche (71, 72) in Form von radial umlaufenden Ringnuten (75) ausgebildet sind.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens zwei Schwächungsbereiche (71, 72) in Form von Einschnitten bzw. Kerben ausgebildet sind.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens zwei Schwächungsbereiche (71, 72) ausgerundet ausgebildet sind bzw. einen Radius (76) aufweisen.
  10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ventilelement (40) als ein von einer Magnetspule (50) betätigbarer Anker (48) ausgebildet ist, und dass das Führungselement (65; 65a) innerhalb einer Durchgangsbohrung (53) eines Magnetkerns (49) radial und mit Abstand von einer Druckfeder (56) umgeben ist, die sich axial zwischen dem Anker (48) und dem ortsfesten Gehäuseelement (55) abstützt.
  11. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrung (60) im Ventilelement (40) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, derart, dass auf die in die Bohrung (60) eintauchende Stirnseite (67) des Führungselements (65; 65a) zumindest im Wesentlichen der hydraulische Druck in der Ablaufbohrung (30) wirkt.
  12. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druck im Steuerraum (35) mehr als 2000 bar beträgt.
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