WO2007059906A1 - Einspritzinjektor - Google Patents

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WO2007059906A1
WO2007059906A1 PCT/EP2006/011093 EP2006011093W WO2007059906A1 WO 2007059906 A1 WO2007059906 A1 WO 2007059906A1 EP 2006011093 W EP2006011093 W EP 2006011093W WO 2007059906 A1 WO2007059906 A1 WO 2007059906A1
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piston
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injection injector
pressure accumulator
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PCT/EP2006/011093
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Hans-Joachim Koch
Lars KURZENDÖRFER
Wolfgang Scheibe
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L'orange Gmbh
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Priority to AT06818660T priority patent/ATE435369T1/de
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    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid

Definitions

  • the invention is characterized by an injection injector according to claim 1, which is designed in terms of a cost and structurally relatively simple structure and despite this embodiment has only relatively small pressure oscillation amplitudes and also higher switching speeds with the possibility of multiple injections opened as well as working with higher injection pressures.
  • a pressure accumulator is integrated in the injection injector via which the nozzle needle is controlled to the injection openings, via a built-in pressure accumulator Ménbegrenzungsventil whose locking piston preferably additionally serves as a guide element for the optionally hollow control rod from the Control chamber of the control valve starting out by the pressure accumulator extending against the nozzle needle is supported.
  • the piston of the flow control valve is thus used for various functions and also offers the possibility for injection rate progression molding.
  • this can be realized, for example, simply by the diameter of the blocking piston being larger than the diameter of a frontal piston attachment which engages in a section of the control chamber-side pressure storage part and releases corresponding overflow cross sections as a function of the engagement depth.
  • no structurally complex measures are required for establishing the permissible fuel quantity passing through the blocking piston; rather, this can be achieved by a targeted determination of the leaks, so the games between locking piston and receiving bore and the possible game between control rod and locking piston.
  • bores, in particular throttle bores can also be assigned to the blocking piston via which the passage takes place.
  • the flow control valve can take over the function of a blocking safety valve, which - outside of the operating mode of the internal combustion engine - prevents an inflow of fuel to the cylinder of the internal combustion engine connected to the injector even if the associated injection openings are not completely closed via the nozzle needle.
  • a blocking safety valve which - outside of the operating mode of the internal combustion engine - prevents an inflow of fuel to the cylinder of the internal combustion engine connected to the injector even if the associated injection openings are not completely closed via the nozzle needle.
  • the control valve is designed in a manner that allows higher switching speeds, using hydrostatic as well as hydrodynamic effects, through which also a damping the control piston movement in the approach results in a respective stop surface as part of a sealing boundary.
  • the advantages of Piezostell- members as actuators can be fully exploit, since according to the high switching speed when applying the control piston by the actuator, a correspondingly fast return movement for the control piston can be achieved, but within the scope of the invention Magnetic actuators can be used as actuators.
  • FIG. 1 shows an injection injector, for illustrative purposes divided on an upper part (Fig. 1) and a lower part (Fig. 2)
  • Fig. 3 shows a detail III of Fig. 4 in an enlarged
  • Fig. 4 is a partial enlargement IV in Fig. 1, in particular to illustrate the structural design of the mushroom piston with respect to the support of actuating movements by overflow effects, and
  • FIG. 5 to improve the overview of the structure of a Injektinjektors an overall view of the same, in a comparison with the embodiment of FIG. 1 and 2 slightly modified design.
  • Figs. 1 and 2 show, in addition to each other, an injection injector 1 according to the invention in its entirety.
  • Combustion chamber side - based on an internal combustion engine, not shown, in the cylinder head of the injection injector 1 is installed injecting the combustion chamber - runs from the injection injector 1 in a nozzle body 2, followed by a conical transition part 4 and an intermediate plate 5, via a clamping nut 3 against an injector 6 are clamped.
  • a pressure accumulator 7 is provided, which is closed at the opposite end to the nozzle body 2 via a closing piece 8, followed by a control valve 9 and this downstream an actuator 10.
  • the pressure accumulator 7 is centrally penetrated by a control rod 11, which may also be formed hollow with advantage, which runs out in a bore of the end piece 8 runs on a control chamber 12, which is then connected to the final piece 8 is covered by a plate 13 to which the hous ⁇ se 14 of the control valve 9 follows, which in turn is covered by a cover plate 15 which is penetrated by the actuating plunger 16 of the actuator 10, which may be formed as a piezo or Mag ⁇ netsteller can, and preferably, as shown ⁇ , is designed as a piezoelectric actuator.
  • the pressure accumulator 7 is connected via the channels 19 and 20 with the control chamber 12, and according to the thus given pressurization of the control chamber 12, the control rod 11 in Direction loaded on the nozzle body 2. If the control piston 17 is displaced by energizing the actuator 10 against the force of the spring 18 and against hydraulic forces in its lower Abdichtlage, the connection of the control chamber 10 is shut off to the accumulator 7 and the control chamber 12 is via the channel 20 and further channels 21, 22 (see Fig. 4) connected to the low pressure side, wherein the connection to the low pressure side is symbolized by the arrow 23.
  • the pressure accumulator 7 communicates with a high-pressure source, for example a storage tube (common rail), via a channel 24 which opens onto the accumulator 7.
  • a high-pressure source for example a storage tube (common rail)
  • the pressure accumulator 7 is subdivided in the solution according to the invention into a control valve-side pressure accumulator part 25 and a nozzle-side pressure accumulator part 26, wherein the high-pressure side connecting passage 24 on the control valve side Pressure accumulator part 25 opens and the two pressure storage parts 25, 26 gegeneinan ⁇ are delimited via a flow limiting valve 28.
  • the quantity limiting valve 28 is designed for the fuel throughput during operation of the internal combustion engine with maximum injection quantity and controls the connection between the pressure accumulator parts 25 and 26 when a threshold value lying above the aforementioned flow rate is exceeded.
  • a support spring 30 is supported against the injector 6-position support plate 5 and enclosed in the illustrated embodiment by a stop sleeve 31 in its adjacent to the support plate 5 area, wherein the stop sleeve 31 is limited in against the force of the support spring 30 displaced locking piston 29 whose displacement and when plant the locking piston 29 is interrupted on the stop sleeve 31, the passage connection from the pressure accumulator 7 in the direction of the nozzle body 2.
  • a further spring 32 is supported, which operates in the opposite direction to the support spring 30 and the control rod 11 is applied, which in turn is supported against the shaft 33 of a nozzle needle 34 which is guided in a nozzle needle bore 35 of the nozzle body 2 and in their illustrated closed position to the nozzle body 2 in the end region of the nozzle needle bore 35 lying injection openings 36 abgrest.
  • the nozzle needle 34 is loaded in its closed position in addition to the application of the spring 32 by the hydraulic overweight of the control rod 11 and in the region of its shaft 33 by a stop sleeve 37, through which a positionally secure connection of the nozzle needle 34 to the control rod 11 is made by the control rod 11 protrudes into the stop sleeve 37 and held suitably in this is, wherein the fit is selected such that on the one hand a sealing connection between stop sleeve 37 and STEEL ⁇ 11 and the nozzle needle shaft 33 is reached, on the other hand - for assembly - the control rod 11 from the shaft 33 of the nozzle needle 34 can be separated.
  • the stroke of the nozzle needle 34 is limited in the opening direction, wherein the stop sleeve 37 is supported in its wegbegrenzenden stop position on the transition part 4.
  • the nozzle-side pressure storage part 26 is in open connection with the nozzle needle bore 35, as can be seen in FIG. 2, the nozzle needle 34 having a flow-enabling, in particular polygonal, for example triangular cross-section, in its guide region to the nozzle needle bore 35 , so that in this guide area, a free supply of fuel to the seating area of the nozzle needle 34 is given, the pressure-dependent in the Wegbe5-0e on the stop sleeve 37 opening position is adjustable when the control rod 11 is not pressurized by the control chamber 12 and the control chamber 12 by energizing the actuator 10 and adjustment of the control piston 17 against the force of the spring 18 via the channels 20, 21 and 22 is connected to the low pressure side.
  • control rod 11 in the area of their expiring on the control chamber 12 end in the housing 14 sealingly and centering fixed end piece 8 and opposite by their position-fixed connection via the stop sleeve 37 at the Nozzle needle 34, so that the only a few millimeters thick control rod 11, which may optionally also be hollow, both in terms of vibrations and deformations is critical.
  • the vibration behavior of the injection injector 1 with respect to pressure oscillations is improved by the internal pressure accumulator 7 integrated in the injection injector 1, wherein the accumulator 7 according to the invention advantageously also allows the integration of the flow control valve 28, through which the pressure accumulator 7 into its two pressure accumulator parts 25, 26 is divided and preferably forms a sliding guide for the control rod 11 with its locking piston 29.
  • the blocking piston 29 is designed such that in the period between successive injections, an amount of fuel can pass from the control valve-side pressure storage part 25 to the nozzle-side pressure storage part 26, which essentially corresponds to the respective regular injection quantity corresponds and is below a predetermined threshold. Shown is the formation of the locking piston 29 on its side remote from the support spring 30 side with an end-side piston extension 38 in a diameter of the locking piston 29 in diameter reduced region 39 of the pressure accumulator 7 protrudes.
  • the front-side piston extension 38 offers the possibility of injection rate development by the fact that in the overlap region of the piston extension 38 to the area 39 of the pressure accumulator 7 by tighter fit, by graduated circumferential contours or the like StudentsströmJ from pressure accumulator 25 to the pressure accumulator 26 with displacement of the locking piston 29 against the force of Support spring 30 are varied path-dependent.
  • the leakage connection between the locking piston 29 and the control rod 11 largely To interrupt, it may be expedient to provide the locking piston 29 instead of, or in addition to the piston shoulder 38 with a fle ⁇ xible, in particular pressure-dependent neck-collar 64 can be provided.
  • the control piston 17, as shown in FIGS. 3 and 4 designed as a mushroom piston, that is with a conically widening headboard 40, the protrudes beyond the diameter 41 of the shaft 42.
  • the conical head part 40 corresponds on the part of the housing 14 has a conical receptacle 43, and the head part 40 has on the one hand in the direction of the actuator 10 is determined by a sealing edge sealing diameter 44 against the covering cover plate 15 and on the other hand determined by a further sealing edge sealing diameter 45th against the housing 14 in the region of the conical receptacle 43.
  • the sealing diameters 44 and 45 are each larger than the diameter 41 of the shank 42, so that in the direction of the respective sealing abutment pressure-dependent results in a supporting force.
  • the respective inflow-side edge 46 and 48 adjoins the respective mating surface 50, 51 tapering to the sealing diameter 44 and 45, respectively Position of the control piston 17 from a tapered fürströmspalt, and depending on the gap height arise - based on the pressure in the stationary medium - pressure deviations, corresponding to the flow rate in the direction of a negative pressure.
  • annular flanks 48, 49 on both sides of the lower, sealing diameter 44 narrow and inclined to the counter surface 51 on the receiving cone 43 only flat, and it is a broader outer edge 46 sought to counter surface 50.
  • the solution according to the invention thus leads to a relatively simple injection injector, in which only small pressure oscillations result, in particular due to the integration of an accumulator into the injector, and in which only pressure peaks occur that are slightly above the system pressure, wherein, in addition, low pressure oscillation ranges are achieved , This allows high system pressures.
  • Advantageous angular sizes in the sense of influencing the adjusting movements of the control piston 17 according to the invention are for the cone angle 52 of the receiving cone 43, for example, 90 °, at a cone angle 53 of lying in the inlet on the lower, sealing diameter 45 edge 48 of about 120 ° and a cone angle 54 of in the course of the lower sealing diameter 55 lying edge 49 of about 80 °, with other angular sizes with a comparable ratio of the angle to each other are within the scope of the invention.
  • Fig. 5 shows an overall view of an injection injector 60, which largely corresponds in its overall construction to the injection injector 1 according to FIGS. 1 and 2, which is why the relevant reference numerals have been adopted and reference is made to the description of FIGS. 1 and 2.
  • the injection injector 60 is provided with an actuator 10 designed as a magnetic actuator.
  • the pressure storage part 26, which is delimited against the pressure storage part 25 via the quantity limiting valve 28, is widely located. Hend within a subsequent to the intermediate plate 5, lying in the transition to the housing 6 insert piece 61 which is sleeve-shaped and which is clamped on the clamping nut 3 together with the nozzle body 2, the transition part 4 and the intermediate plate 5.
  • the actuator piston 29 of the flow control valve 28 supporting support spring 30 is enclosed by the sleeve-shaped insert 61 and is supported against the intermediate plate 5 via a sleeve-shaped base piece, which is designated 62 and, as well as the support spring 30, the control rod 11 surrounds.
  • the stop limit for the locking piston 29 via the insert 61 which has an engaging in the displacement of the locking piston 29 annular collar 63.
  • the annular collar 63 is located on the housing 6 facing the end of the insert piece 61, and the flow control valve 28 is located with its locking piston 29 near the insert 61 facing the end of the housing 6.

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Abstract

Es wird ein im Aufbau einfacher Einspritzinjektor geschaffen, bei dem sich insbesondere durch die Integration eines Druckspeichers in den Injektor nur geringe Druckschwingungen ergeben und bei dem auch nur Druckspitzen auftreten, die geringfügig über dem Systemdruck liegen, wobei zudem geringe Druckschwingungweiten erreicht werden. Dies ermöglicht hohe Systemdrücke.

Description

Einspritzinjektor
Die Erfindung ist durch einen Einspritzinjektor gemäß dem Anspruch 1 gekennzeichnet, der im Hinblick auf einen kostengünstigen und konstruktiv verhältnismäßig einfachen Aufbau konzipiert ist und trotz dieser Ausgestaltung nur verhältnismäßig kleine Druckschwingungsamplituden aufweist und auch höhere Schaltgeschwindigkeiten mit der Möglichkeit von Mehrfacheinspritzungen ebenso eröffnet wie ein Arbeiten mit höheren Einspritzdrücken.
Im Sinne dieser Zielsetzung ist in den Einspritzinjektor ein Druckspeicher integriert, über den der über die Düsennadel gesteuerte Zulauf zu den Einspritzöffnungen erfolgt, und zwar über ein in den Druckspeicher integriertes Mengenbegrenzungsventil, dessen Sperrkolben bevorzugt zusätzlich als Führungselement für die gegebenenfalls hohle Steuerstange dient, die vom Steuerraum des Steuerventils ausgehend sich durch den Druckspeicher erstreckend gegen die Düsennadel abstützt. Der Kolben des Mengenbegrenzungsventils ist somit für verschiedene Funktionen genutzt und bietet zudem die Möglichkeit für eine Einspritzratenverlaufsformung .
Im Sinne dieser letztgenannten Funktion erweist sich für den Sperrkolben eine Ausgestaltung als zweckmäßig, die in Abhängigkeit von den Stellbewegungen des Sperrkolbens den Übertrittsquerschnitt zwischen den durch den Sperrkolben getrenn- ten Druckspeicherteilen beeinflusst und dadurch auch den Ein¬ spritzverlauf.
Konstruktiv lässt sich dies einfach beispielsweise dadurch realisieren, dass der Durchmesser des Sperrkolbens größer ist als der Durchmesser eines stirnseitigen Kolbenansatzes, der in einen Abschnitt des steuerraumseitigen Druckspeicherteiles eingreift und in Abhängigkeit von der Eingriffstiefe entsprechende Überströmquerschnitte freigibt. Weiter bedarf es bei der erfindungsgemäßen Lösung keiner konstruktiv aufwändigen Maßnahmen zur Festlegung der zulässigen, über den Sperrkolben durchlaufenden Kraftstoffmenge; vielmehr lässt sich dies durch eine gezielte Festlegung der Leckagen, so der Spiele zwischen Sperrkolben und aufnehmender Bohrung sowie des etwaigen Spieles zwischen Steuerstange und Sperrkolben erreichen. Im Rahmen der Erfindung können dem Sperrkolben aber auch Bohrungen, insbesondere Drosselbohrungen zugeordnet sein, über die der Durchlauf erfolgt.
Ferner kann das Mengenbegrenzungsventil die Funktion eines sperrenden Sicherheitsventiles übernehmen, das - außerhalb des Arbeitsbetriebes der Brennkraftmaschine - einen Zulauf von Kraftstoff auf den mit dem Injektor verbundenen Zylinder der Brennkraftmaschine auch dann verhindert, wenn über die Düsennadel die zugehörige Einspritzöffnungen nicht völlig verschlossen sind. Hierzu wird vorgesehen, dass der Sperrkolben in seiner federbelasteten Ausgangslage den Übertrittsquerschnitt zwischen den Druckspeicherteilen dichtend absperrt, solange ein als Schwellwert festgelegter Arbeitsdruck nicht überschritten und der Sperrkolben entgegen der Federkraft in eine Öffnungslage für den Übertrittsquerschnitt verstellt wird.
Schon die Integration des Druckspeichers in den Einspritzinjektor wirkt sich günstig auf den Abbau von Druckschwingungen aus, wie sie durch die Einspritzung ausgelöst werden. Die In¬ tegration des Mengenbegrenzungsventils in den Druckspeicher mit entsprechender Verschieblichkeit des Sperrkolbens macht sich insoweit weiter vorteilhaft bemerkbar, wobei der Sperrkolben auch in der Funktion eines Dämpfungskolbens arbeitet. Aus der Reduktion der Druckschwingungen, die auch geringere Druckspitzen zur Folge hat, ergibt sich die Möglichkeit der Erhöhung des Systemdruckes und höherer Einspritzdrücke.
Zudem wird durch Verringerung der Druckschwingungen die Möglichkeit für höhere Schaltgeschwindigkeiten sowie auch für gezielt getaktete Einspritzverläufe geschaffen, wobei erfindungsgemäß das Steuerventil in einer Weise ausgestaltet ist, die höhere Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht, und zwar unter Ausnutzung hydrostatischer wie auch hydrodynamischer Effekte, durch die sich auch eine Dämpfung der Steuerkolbenbewegung in der Annäherung eine jeweilige Anschlagfläche als Bestandteil einer Dichtgrenze ergibt. In Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung lassen sich auch die Vorteile von Piezostell- gliedern als Aktuatoren voll nutzen, da entsprechend der hohen Schaltgeschwindigkeit beim Beaufschlagen des Steuerkolbens durch den Aktuator auch eine entsprechend schnelle Rückstellbewegung für den Steuerkolben erreicht werden kann, wobei im Rahmen der Erfindung aber auch Magnetsteller als Aktuatoren einsetzbar sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachfolgend mit weiteren Details anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 einen Einspritzinjektor, aus Darstellungsgründen aufgeteilt auf einen oberen Teil (Fig. 1) und einen unteren Teil (Fig. 2), Fig. 3 einen Ausschnitt III aus Fig. 4 in vergrößerter
Darstellung, der den Steuerkolben des Steuerventi- les im Bereich seines Pilzkopfes zeigt und die Größe der dichtenden Durchmesser zum Durchmesser der Führungsbohrung des Steuerkolbens veranschaulicht,
Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung IV in Fig. 1, insbesondere zur Verdeutlichung der konstruktiven Ausbildung des Pilzkolbens im Hinblick auf die Unterstützung von Stellbewegungen durch Überströmungseffekte, und
Fig. 5 zur Verbesserung der Übersicht über den Aufbau eines Einspritzinjektors eine Gesamtdarstellung desselben, in einer gegenüber der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 und 2 etwas abgewandelten Bauform.
Die Fig. 1 und 2 zeigen, ergänzend aneinander gelegt, einen Einspritzinjektor 1 gemäß der Erfindung in seiner Gesamtheit. Brennraumseitig - bezogen auf eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, in deren Zylinderkopf der Einspritzinjektor 1 auf den Brennraum einspritzend eingebaut ist - läuft der Einspritzinjektor 1 in einem Düsenkörper 2 aus, auf den ein konisches Übergangsteil 4 und eine Zwischenplatte 5 folgen, die über eine Spannmutter 3 gegen ein Injektorgehäuse 6 verspannt sind. Im Injektorgehäuse 6 ist zentral, und gegen den Düsenkörper 2 offen, ein Druckspeicher 7 vorgesehen, der am zum Düsenkörper 2 gegenüberliegenden Ende über ein Abschlussstück 8 verschlossen ist, auf das ein Steuerventil 9 und diesem nachgeordnet ein Aktuator 10 folgen.
Der Druckspeicher 7 ist zentral von einer Steuerstange 11, die mit Vorteil auch hohl ausgebildet sein kann, durchsetzt, die in einer Bohrung des Abschlussstückes 8 geführt auf einen Steuerraum 12 ausläuft, der anschließend an das Abschluss- stück 8 von einer Platte 13 überdeckt ist, auf die das Gehäu¬ se 14 des Steuerventiles 9 folgt, das seinerseits von einer Abdeckplatte 15 überdeckt ist, die vom Betätigungsstempel 16 des Aktuators 10 durchsetzt ist, der als Piezo- oder Mag¬ netsteller ausgebildet sein kann, und der bevorzugt, wie dar¬ gestellt, als Piezosteller ausgebildet ist. Über den Betätigungsstempel 16 ist der im Gehäuse 14 des Steuerventiles 9 geführte Steuerkolben 17 zu beaufschlagen, der in Richtung auf den Aktuator 10 über eine Feder 18 abgestützt ist und der entgegen der Kraft der Feder 18 über den Betätigungsstempel 16 bei Bestromung des Aktuators 10 verstellbar ist.
Nimmt der Steuerkolben 17, entsprechend der Belastung durch die Feder 18, seine dichtende, obere Anschlaglage ein, so ist der Druckspeicher 7 über die Kanäle 19 und 20 mit dem Steuerraum 12 verbunden, und entsprechend der damit gegebenen Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 12 die Steuerstange 11 in Richtung auf den Düsenkörper 2 belastet. Ist der Steuerkolben 17 durch Bestromung des Aktuators 10 entgegen der Kraft der Feder 18 und entgegen hydraulischen Kräften in seine untere Abdichtlage verschoben, so ist die Verbindung des Steuerraumes 10 zum Druckspeicher 7 abgesteuert und der Steuerraum 12 ist über den Kanal 20 und weitere Kanäle 21, 22 (siehe Fig. 4) an die Niederdruckseite angeschlossen, wobei die Verbindung zur Niederdruckseite durch den Pfeil 23 symbolisiert ist.
Der Druckspeicher 7 steht mit einer Hochdruckquelle, beispielsweise einem Speicherrohr (common rail) , über einen Kanal 24 in Verbindung, der auf den Druckspeicher 7 ausmündet.
Der Druckspeicher 7 ist bei der erfindungsgemäßen Lösung in einen steuerventilseitigen Druckspeicherteil 25 und einen dü- senseitigen Druckspeicherteil 26 unterteilt, wobei der hoch- druckseitige Anschlusskanal 24 auf den steuerventilseitigen Druckspeicherteil 25 ausmündet und die beiden Druckspeicherteile 25, 26 über ein Mengenbegrenzungsventil 28 gegeneinan¬ der abgegrenzt sind. Das Mengenbegrenzungsventil 28 ist auf den Kraftstoffdurchsatz beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit maximaler Einspritzmenge ausgelegt und steuert die Verbindung zwischen den Druckspeicherteilen 25 und 26 ab, wenn ein oberhalb der vorgenannten Durchsatzmenge liegender Schwellwert überschritten wird.
Auf seine unterhalb dieses Schwellwertes liegende Ausgangslage ist der Sperrkolben 29 des Mengenbegrenzungsventiles 28 über eine Stützfeder 30 belastet. Diese Stützfeder 30 ist gegen die zum Injektorgehäuse 6 lagefeste Stützplatte 5 abgestützt und im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Anschlaghülse 31 in ihrem zur Stützplatte 5 benachbarten Bereich umschlossen, wobei die Anschlaghülse 31 bei gegen die Kraft der Stützfeder 30 verschobenem Sperrkolben 29 dessen Verschiebeweg begrenzt und bei Anlage des Sperrkolbens 29 an der Anschlaghülse 31 die Durchlaufverbindung vom Druckspeicher 7 in Richtung auf den Düsenkörper 2 unterbrochen ist.
Auf der Stützplatte 5 ist eine weitere Feder 32 abgestützt, die in Gegenrichtung zur Stützfeder 30 arbeitet und die Steuerstange 11 beaufschlagt, die ihrerseits gegen den Schaft 33 einer Düsennadel 34 abgestützt ist, die in einer Düsennadel- bohrung 35 des Düsenkörpers 2 geführt ist und in ihrer dargestellten Schließlage zum Düsenkörper 2 im Endbereich der Dü- sennadelbohrung 35 liegende Einspritzöffnungen 36 absteuert. Die Düsennadel 34 ist in ihrer Schließlage ergänzend zur Beaufschlagung über die Feder 32 durch das hydraulische Übergewicht der Steuerstange 11 belastet sowie im Bereich ihres Schaftes 33 von einer Anschlaghülse 37 umgriffen, über die eine lagefeste Verbindung der Düsennadel 34 zur Steuerstange 11 dadurch hergestellt ist, dass die Steuerstange 11 in die Anschlaghülse 37 hineinragt und passend in dieser gehalten ist, wobei die Passung derart gewählt ist, dass einerseits eine dichtende Verbindung zwischen Anschlaghülse 37 und Steu¬ erstange 11 sowie zum Düsennadelschaft 33 erreicht ist, andererseits aber - zur Montage - die Steuerstange 11 vom Schaft 33 der Düsennadel 34 getrennt werden kann. Über die Anschlag¬ hülse 37 wird der Hub der Düsennadel 34 in Öffnungsrichtung begrenzt, wobei die Anschlaghülse 37 in ihrer wegbegrenzenden Anschlaglage am Übergangsteil 4 abgestützt ist.
Ausgehend vom Mengenbegrenzungsventil 28 steht der düsensei- tige Druckspeicherteil 26 in offener Verbindung zur Düsenna- delbohrung 35, wie aus Fig. 2 ersichtlich, wobei die Düsennadel 34 in ihrem Führungsbereich zur Düsennadelbohrung 35 einen Durchfluss ermöglichenden, insbesondere mehreckigen, zum Beispiel dreieckförmigen Querschnitt, aufweist, so dass auch in diesem Führungsbereich ein freier Zulauf des Kraftstoffes zum Sitzbereich der Düsennadel 34 gegeben ist, die druckabhängig in die über die Anschlaghülse 37 wegbegrenzte Öffnungslage verstellbar ist, wenn die Steuerstange 11 seitens des Steuerraumes 12 nicht druckbeaufschlagt ist und der Steuerraum 12 durch Bestromen des Aktuators 10 und Verstellung des Steuerkolbens 17 entgegen der Kraft der Feder 18 über die Kanäle 20, 21 und 22 an die Niederdruckseite angeschlossen ist.
Geführt ist die sich über einen Großteil der Länge des Einspritzinjektors 1 erstreckende, und somit lange Steuerstange 11 im Bereich ihres auf den Steuerraum 12 auslaufenden Endes im zum Gehäuse 14 dichtend und zentrierend festgelegten Abschlussstück 8 sowie gegenüberliegend durch ihre lagefeste Verbindung über die Anschlaghülse 37 an der Düsennadel 34, so dass die nur wenige Millimeter dicke Steuerstange 11, die gegebenenfalls auch hohl ausgebildet sein kann, sowohl im Hinblick auf Schwingungen wie auch Verformungen kritisch ist. Das Schwingungsverhalten des Einspritzinjektors 1 im Hinblick auf Druckschwingungen wird durch den in den Einspritzinjektor 1 integrierten, internen Druckspeicher 7 verbessert, wobei der Druckspeicher 7 erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise auch die Integration des Mengenbegrenzungsventiles 28 ermöglicht, durch das der Druckspeicher 7 in seine beiden Druckspeicherteile 25, 26 unterteilt wird und das mit seinem Sperrkolben 29 bevorzugt eine Gleitführung für die Steuerstange 11 bildet.
Der Sperrkolben 29 ist bezüglich seiner Führungstoleranzen zum Injektorgehäuse 6, sowie auch gegebenenfalls zur Steuerstange 11 so ausgebildet, dass im Zeitraum zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen eine Kraftstoffmenge vom steuer- ventilseitigen Druckspeicherteil 25 auf den düsenseitigen Druckspeicherteil 26 übertreten kann, die der jeweiligen regulären Einspritzmenge im Wesentlichen entspricht und unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Entsprechend ergibt sich eine Verlagerung des Sperrkolbens 29 in der Einspritzphase entgegen der Abstützung über die Stützfeder 30. Gezeigt ist die Ausbildung des Sperrkolbens 29 auf seiner von der Stützfeder 30 abgelegenen Seite mit einem stirnseitigen Kolbenansatz 38, der in einen zum Durchmesser des Sperrkolbens 29 im Durchmesser reduzierten Bereich 39 des Druckspeichers 7 hineinragt. Der stirnseitige Kolbenansatz 38 bietet die Möglichkeit der Einspritzratenverlaufsformung dadurch, dass im Überdeckungsbereich des Kolbenansatzes 38 zum Bereich 39 des Druckspeichers 7 durch engere Passung, durch abgestufte Umfangskonturen oder dergleichen die Überströmverhältnisse vom Druckspeicherteil 25 auf den Druckspeicherteil 26 bei Verschiebung des Sperrkolbens 29 entgegen der Kraft der Stützfeder 30 wegabhängig variiert werden. Um die diesbezüglichen Einflussmöglichkeiten zu erweitern und weiter auch in der Sperrlage des Sperrkolbens 29 die Leckageverbindung zwischen dem Sperrkolben 29 und der Steuerstange 11 weitgehend zu unterbrechen, kann es zweckmäßig sein, den Sperrkolben 29 anstelle, oder ergänzend zum Kolbenansatz 38 mit einem fle¬ xiblen, insbesondere druckabhängig einschnürbaren Kragen 64 zu versehen.
Um für das Steuerventil 9 mit möglichst geringen Betätigungs¬ kräften auszukommen, gleichzeitig aber möglichst hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen, ist der Steuerkolben 17, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, als Pilzkolben ausgebildet, das heißt mit einem sich kegelförmig erweiterndem Kopfteil 40, das über den Durchmesser 41 des Schaftes 42 auskragt. Dem kegelförmigen Kopfteil 40 entspricht seitens des Gehäuses 14 eine konische Aufnahme 43, und das Kopfteil 40 weist einerseits in Richtung auf den Aktuator 10 einen durch eine Dichtkante bestimmten dichtenden Durchmesser 44 gegen die überdeckende Abdeckplatte 15 und andererseits einen durch eine weitere Dichtkante bestimmten dichtenden Durchmesser 45 gegen das Gehäuse 14 im Bereich der konischen Aufnahme 43 aus. Die dichtenden Durchmesser 44 und 45 sind jeweils größer als der Durchmesser 41 des Schaftes 42, so dass sich in Richtung auf die jeweilige dichtende Anlage druckabhängig eine Stützkraft ergibt. Im Rahmen der Erfindung erweist es sich dabei als zweckmäßig, wenn die dichtenden Durchmesser 44 und 45 zwischen dem Kopfteil 40 und der Abdeckplatte 15 bzw. der gehäu- seseitigen, konischen Aufnahme 43 vertauscht zur gezeigten Anordnung liegen, um die seitens des Aktuators 10 aufzubringenden Betätigungskräfte zu reduzieren.
Beim Umschaltvorgang mit Verlagerung des Steuerkolbens 17 aus seiner unteren, die Hochdruckverbindung zum Steuerraum 12 sperrenden Lage in die diese Hochdruckverbindung freigebende Lage, also bei Einspritzende durch Schließen der Einspritzöffnungen 36 über die Düsennadel 34, ergibt sich kurzzeitig eine Kurzschlussverbindung vom Druckspeicher 7 zur Niederdruckseite (Pfeil 23) mit entsprechender Umströmung des pilz- förmigen Kopfteiles 40, das jeweils auf den dichtenden Durch¬ messer 43 bzw. 44 zulaufende, gegeneinander geneigte und in einer Dichtkante zusammenlaufende Flanken 46, 47; 48, 49 auf¬ weist. Die Flanken 46, 47 schneiden sich im dichtenden Durchmesser 44, die Flanken 48, 49 im dichtenden Durchmesser 45. Die jeweils anströmseitige Flanke 46 bzw. 48 grenzt zur jeweiligen Gegenfläche 50, 51 auf den dichtenden Durchmesser 44 bzw. 45 zulaufend in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens 17 einen sich verjüngenden Durchströmspalt ab, und in Abhängigkeit von der Spalthöhe ergeben sich - bezogen auf den Druck im ruhenden Medium - Druckabweichungen, entsprechend der Durchflussgeschwindigkeit in Richtung einer Unterdruckbildung .
Dies wird bei der erfindungsgemäßen und gezeigten Lösung genutzt, um den Steuerkolben 17 bei Verlagerung in Richtung auf seine Anlage in dem oberen, dichtenden Durchmesser 44 unterstützend zu beaufschlagen; ergänzend zur Kraft der Feder 18 ergibt sich somit ein hydrodynamischer Unterstützungseffekt.
Im Sinne dieser Funktion sind die ringförmigen Flanken 48, 49 beiderseits des unteren, dichtenden Durchmessers 44 schmal und zur Gegenfläche 51 am Aufnahmekonus 43 nur flach geneigt, und es wird eine breitere äußere Flanke 46 zur Gegenfläche 50 angestrebt .
Hierdurch ergeben sich Kräfte in Verstellrichtung; aus dem Ausführungsbeispiel wird aber auch deutlich, dass auf hydrodynamischer Basis weitreichende Beeinflussungsmöglichkeiten gegeben sind, um über eine entsprechende Abstimmung die Stellbewegung des Steuerkolbens 17 zu beeinflussen, und insbesondere eine Hängenbleiben des Steuerkolbens 17 zu vermeiden. Da sich ergänzend zur über die Feder 18 aufgebrachten Stell¬ kraft hydrodynamische Stellkräfte ergeben, wird ein schnelle¬ rer Druckaufbau erreicht, so dass der Stellkolben 17 der Aufwärtsbewegung des Betätigungsstempels 16 ohne Verzug folgen kann, und dies ohne härtere Auslegung der Feder 18, die beim Umschalten des Steuerventiles 9 eine höhere Stellkraft des Aktuators 10 bedingen würde.
Die erfindungsgemäße Lösung führt somit zu einem im Aufbau verhältnismäßig einfachen Einspritzinjektor, bei dem sich insbesondere durch die Integration eines Druckspeichers in den Injektor nur geringe Druckschwingungen ergeben und bei dem auch nur Druckspitzen auftreten, die geringfügig über dem Systemdruck liegen, wobei zudem geringe Druckschwingungweiten erreicht werden. Dies ermöglicht hohe Systemdrücke.
Zweckmäßige Winkelgrößen im Sinne der erfindungsgemäßen Beeinflussung der Stellbewegungen des Steuerkolbens 17 sind für den Konuswinkel 52 des Aufnahmekonus 43 beispielsweise 90°, beim einem Kegelwinkel 53 der im Zulauf auf den unteren, dichtenden Durchmesser 45 liegenden Flanke 48 von etwa 120° und einem Kegelwinkel 54 der im Ablauf von dem unteren dichtenden Durchmesser 55 liegenden Flanke 49 von etwa 80°, wobei andere Winkelgrößen bei vergleichbarem Verhältnis der Winkel zueinander durchaus im Rahmen der Erfindung liegen.
Fig. 5 zeigt eine Gesamtdarstellung eines Einspritzinjektors 60, der in seinem Gesamtaufbau weitgehend dem Einspritzinjektor 1 gemäß Fig. 1 und 2 entspricht, weshalb auch die diesbezüglichen Bezugszeichen übernommen wurden und auf die Beschreibung zu Fig. 1 und 2 verwiesen wird. Abweichen von Fig. 1 und 2 ist der Einspritzinjektor 60 mit einem als Magnetsteller ausgebildeten Aktuator 10 versehen. Ferner liegt der Druckspeicherteil 26, der gegen den Druckspeicherteil 25 über das mengenbegrenzungsventil 28 abgegrenzt ist, weitge- hend innerhalb eines an die Zwischenplatte 5 anschließenden, im Übergang zum Gehäuse 6 liegenden Einsatzstückes 61, das hülsenförmig ausgebildet ist und das über die Spannmutter 3 zusammen mit dem Düsenkörper 2, dem Übergangsteil 4 und der Zwischenplatte 5 verspannt ist. Die den Stellkolben 29 des Mengenbegrenzungsventils 28 abstützende Stützfeder 30 ist vom hülsenförmigen Einsatzstück 61 umschlossen und stützt sich gegen die Zwischenplatte 5 über einen hülsenförmigen Stücksockel ab, der mit 62 bezeichnet ist und der, ebenso wie die Stützfeder 30, die Steuerstange 11 umschließt. Die Anschlagbegrenzung für den Sperrkolben 29 erfolgt über das Einsatzstück 61, das einen in den Verschiebeweg des Sperrkolbens 29 eingreifenden Ringbund 63 aufweist. Der Ringbund 63 liegt an dem Gehäuse 6 zugewandten Ende des Einsatzstückes 61, und das Mengenbegrenzungsventil 28 liegt mit seinem Sperrkolben 29 nahe dem zum Einsatzstück 61 zugewandten Ende des Gehäuses 6. In den Funktionalitäten entsprechen sich die beiden Ausgestaltungen des Einspritzinjektors 1 oder 60 weitgehendst, so dass auf die bisherigen Ausführungen verwiesen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzinjektor o mit einem Aktuator (10), o mit über ein vom Aktuator (10) betätigtes Steuerventil (9) versorgtem Steuerraum (12), o mit einem Düsenkörper (2) mit mindestens einer Einspritzöffnung (36) , o mit im Düsenkörper (2) geführter, auf ihre Schließlage zur Einspritzöffnung (36) federbelasteter und auf ihre Öffnungslage zu der Einspritzöffnung druckbeaufschlagt verstellbarer Düsennadel (34), o mit zwischen dem Steuerventil (9) und dem Düsenkörper (2) liegendem Druckspeicher (7), o mit zwischen dem Steuerraum (12) und der Düsennadel (34) sich erstreckender, den Druckspeicher (7) durchsetzender, bei Druckbeaufschlagung des Steuerraumes (12) die Düsennadel (34) auf ihre Schließlage beaufschlagender Steuerstange (11) und o mit einem Mengenbegrenzungsventil (28), das den
Druckspeicher (7) in einen dem Steuerventil (9) benachbarten, mit einer Hochdruckquelle verbundenen steuerraumseitigen Druckspeicherteil (25) und einen zum Düsenkörper (2) offenen, düsenseitigen Druckspeicherteil (26) unterteilt.
2. Einspritzinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenbegrenzungsventil (28) einen im Druckspeicher (7) und zur Steuerstange (11) längsverschieblichen Sperrkolben (29) aufweist, der in Richtung auf den steuerraumseitigen Druckspeicherteil (25) federbelastet ist.
3. Einspritzinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkolben (29) des Mengenbegrenzungsventiles (28) eine in Richtung auf den steuerraumseitigen Druckspeicherteil (25) federbelastete Ausgangslage aufweist, in der - als Sperrlage - der Übertrittsquerschnitt zwischen den Druckspeicherteilen dichtend abgesperrt ist.
4. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkolben (29) eine Führung für die Steuerstange (11) bildet.
5. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkolben (29) gegen seine Belastung über eine Stützfeder (30) in eine Sperrlage verschiebbar ist.
6. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Sperrkolbens (29) größer ist als der Durchmesser eines stirnseitigen Kolbenansatzes (38), der insbesondere passend in einen Abschnitt des steuerraumseitigen Druckspeicherteiles eingreift.
7. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Düsennadel (34) in Richtung auf ihre Schließlage belastende Feder (32) und die den Sperrkolben (29) des Men- genbegrenzungsventils (28) in Gegenrichtung abstützende Stützfeder (30) gegen eine gehäusefeste Zwischenplatte (5) abgestützt sind.
8. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) mit der Düsennadel (34) lagefest verbunden ist.
9. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) hohl ausgebildet und querbeweglich auf den Schaft (33) der Düsennadel (34) lose abgestützt ist.
10. Einspritzinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) zu einem Schaft (33) der Düsennadel (34) über eine den Öffnungsweg der Düsennadel (34) begrenzende Anschlaghülse (37) festgelegt ist.
11. Einspritzinjektor nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) in der Anschlaghülse (37) bei enger Passung lösbar festgelegt ist.
12. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (9) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, dessen Steuerkolben (17) auf seine die Verbindung vom Druckspeicher (7) zum Steuerraum (12) freigebende Stelllage federbelastet ist.
13. Einspritzinjektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (14) des Steuerventiles (9) über den Aktuator (10) in Richtung auf seine gegen den Druckspeicher sperrende Lage beaufschlagbar ist.
14. Einspritzinjektor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (14) des Steuerventiles (9) als Pilzkolben ausgebildet ist, der in seiner Sperrlage zum Durchmesser (45) der aufnehmenden Führungsbohrung abweichende dichtende Durchmesser (44, 45) aufweist.
15. Einspritzinjektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dichtenden Durchmesser (44, 45) des Steuerkolbens (17) größer sind als der Durchmesser (41) der den Steuerkolben (17) aufnehmenden Führungsbohrung.
16. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (17) als Pilzkolben ausgebildet ist, der gegen den Rand auslaufend eine Flanke (46) eines in Überströmrichtung auf den jeweiligen dichtenden Durchmesser (44) sich keilförmig verjüngenden Dichtspaltes bildet.
17. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkolben (29) zur Steuerstange (11) über einen flexiblen, druckabhängig einschnürbaren Kragen (64) abdichtend verbunden ist.
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