WO2007147667A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2007147667A1
WO2007147667A1 PCT/EP2007/054146 EP2007054146W WO2007147667A1 WO 2007147667 A1 WO2007147667 A1 WO 2007147667A1 EP 2007054146 W EP2007054146 W EP 2007054146W WO 2007147667 A1 WO2007147667 A1 WO 2007147667A1
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injection device
fuel injection
chamber
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PCT/EP2007/054146
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the present invention has the object to provide a fuel injection device of the type mentioned, with the very short multiple injections are possible. At the same time, the fuel injection device should be inexpensive and compact.
  • valve piece facilitates in manufacture the introduction of the control chamber and / or the control valve chamber and the corresponding guides for the
  • Control valve member As a result, the production costs are reduced. Since the injection valve element is received in a generally associated with the high-pressure port receiving space, a pressure stage on the injection valve element is not required, as was previously provided for generating a hydraulic force acting in the opening direction. By being able to dispense with such a pressure level, an otherwise existing leakage line can be omitted, which dissipates the inevitably occurring at such a pressure level leakage fluid. Thus, the structure of the fuel injection device is again significantly simplified.
  • a particularly advantageous embodiment of the fuel injection device according to the invention is characterized in that the valve member in the region of the guide of the control valve element radially outside at least partially, for example, in an extension-like portion, is surrounded by an annular space which is constantly connected to the high pressure port.
  • the valve member in the region of the guide of the control valve element radially outside at least partially, for example, in an extension-like portion is surrounded by an annular space which is constantly connected to the high pressure port.
  • valve piece can also take over the guidance of an end region of the injection valve element. Since the valve piece is a separate part, and the guide for the injection valve element can be introduced with high precision and cost.
  • valve piece is in one piece.
  • the manufacturing is simplified if the valve piece is multi-piece with a first part valve piece and a second part valve piece, as this accessibility to the control valve chamber and the hydraulic control chamber and the control valve seat is improved.
  • an additional seal or a sealing edge may be provided for sealing the one part of the valve piece with respect to the other part valve piece.
  • the two part valve pieces can be centered to each other by means of a centering device or by means of a centering.
  • a pressure-balanced control valve element allows significantly smaller forces to be applied, for example, by an electromagnetic actuator which is connected to the control valve element.
  • pressure-balanced means in the present case that at least in the closed state of the control valve, preferably also in the open state, the control valve element no or at least no significant hydraulic forces act.
  • the strokes of such a pressure-balanced control valve element to be executed for influencing the pressure in the hydraulic control chamber are also comparatively small. Since smaller forces are to be applied for the movement of the control valve element, the corresponding actuator can build smaller, whereby the total mass, which is to be moved, lower and the damping behavior is improved.
  • a simple and inexpensive to build realization of a pressure-balanced control valve element comprises a valve piston with an at least substantially radially outer sealing edge. It is particularly advantageous if a control valve seat is designed as a flat seat. This can also be made simple and inexpensive and tolerates certain misalignments of the control valve element. In principle, however, other embodiments of the control valve seat are conceivable, for example, a ball seat or a conical seat.
  • connection channel for example, a return
  • Control valve arranged in the control valve element. This simplifies the structural design of the fuel injection device.
  • control valve comprises a control valve chamber which is connected via an outflow throttle to the hydraulic control chamber and via an inflow throttle at least indirectly with a high-pressure port, and which is connected to a low-pressure port when the control valve is open.
  • a filling of the control valve chamber is also possible via the outflow throttle when closing the control valve, which increases the closing speed of the control valve element.
  • the injection valve element has at least one control-chamber-side and one valve-seat-side section which are coupled to one another such that a bending moment is not transferred from one section to the other section or at least only reduced.
  • transverse forces on the guide and / or the valve seat of the injection valve element are reduced or completely prevented, whereby the service life is prolonged and the free movement of the injection valve element is improved.
  • the required manufacturing accuracy can be reduced in this way, because tensions of the injection valve element due to manufacturing inaccuracies are reduced or avoided altogether.
  • a manufacturing technology particularly simple realization of such a bending moment decoupling consists in a material weakening, which has a cardanic character.
  • the two sections may also be hydraulically coupled to one another.
  • FIG. 1 shows a partial section through a first embodiment of a fuel
  • FIG 3 shows a partial section through a third embodiment of a fuel injection device.
  • a fuel injection device bears the reference numeral 10 as a whole. It is used for injecting fuel directly into an associated but not shown fuel
  • the fuel injection device 10 has a high pressure port 12 which is connected to a pressure accumulator 14 ("rail"), is stored in the fuel under high pressure.
  • the fuel injection device 10 comprises a housing 16 having a main portion 18 and a nozzle body 20.
  • the housing 16 is penetrated almost over its entire length by a recess 22, in which among other things an injection valve element 24, which due to its very elongated shape as well "Nozzle needle” is called, is included.
  • a sealing edge 26 which cooperates with a housing-side injection valve seat 28, is present on the injection valve element 24.
  • fuel is discharged into the combustion chamber from the fuel injection device 10 via fuel outlet channels 30 or such discharge is prevented.
  • an annular high-pressure space 32 is formed, which is constantly in communication with the high-pressure connection 12.
  • the injection valve element 24 thus "floats" during operation of the fuel injection device 10 in the high pressure chamber 32 in the high pressure fuel.
  • the upper end of the injection valve element 24 in FIG. 1 is fluid-tight, but in sliding fit, guided in a valve piece 34, which closes off the high-pressure chamber 32 at the top.
  • the upper end face of the injection valve element 24 in FIG. 1 forms a hydraulic control surface 36 which, together with a recess (without reference numeral) in the valve piece 34, delimits a hydraulic control chamber 38.
  • a valve spring 40 is clamped, which urges the injection valve element 24 in the closing direction against the injection valve seat 28.
  • two lateral incisions 42a and 42b are present in the injection valve element 24 at a first axial position, between which only a comparatively thin material web 44 has remained. Axially spaced therefrom, there are two further lateral cuts in the injection valve element 24, which are arranged rotated by 90 ° relative to the lateral cuts 42a and 42b, so that only the lateral cut 46a and the corresponding material web 48 are visible in FIG.
  • the lateral incisions 42a and 42b and 46a (and the invisible lateral incision 46b) form a material weakening 50 in this respect, which has a cardanic character, by a bending moment of the located above the material weakening 50 portion of the Injection valve element 24 is transferred to the located below this material weakening 50 section only reduced.
  • a similar material weakening 52 is also located on the injection valve element 24 approximately at the level of the transition between the main portion 18 and the nozzle body 20 of the housing 16.
  • the injection valve element 24 is formed in two parts with a control chamber side portion 54 and a valve seat side portion 56.
  • the two sections 54 and 56 are coupled by a hydraulic Kopp ler 58 with each other, but could also be mechanically coupled be.
  • the injection valve element 24 is integrally formed, so that can be dispensed with a hydraulic coupler.
  • the valve seat side portion 56 of the injection valve member 24 is guided in the nozzle body 20, wherein the continuity of the high-pressure chamber 32 is ensured to the fuel discharge channels 30 by flats 60 on the valve seat side portion 56.
  • the valve seat-side section 56 moreover has a conical hydraulic pressure surface 62 acting in the opening direction of the injection valve element 24.
  • the pressure in the hydraulic control chamber 38 is influenced by the position of an electromagnetic control valve 64.
  • the latter has a control valve element designed as a valve piston 66, which is guided in the valve piece 34.
  • an armature 68 is attached to the control valve element 66, wherein in an exemplary embodiment, not shown, the control valve and the armature can also be made in one piece.
  • the armature 68 cooperates with an electromagnetic coil 70.
  • the control valve element 66 is acted upon by a valve spring 72 in its closed position. In this, it lies with its in Figure 1 lower end with a circumferential and substantially radially outer sealing edge 74 on a formed in the valve member 34 as a flat seat control valve seat 76.
  • control valve seat 76 is arranged in a control valve chamber 78, which communicates via an inflow throttle 80 with the high-pressure chamber 32. Also the hydraulic
  • Control chamber 38 is connected via such a flow restrictor 82 with the high-pressure chamber 32 in constant communication.
  • Radially outside of the control valve seat 76 opens into the control valve chamber 78, a connection (without reference numeral) from the hydraulic control chamber 38 ago, in a Outflow throttle 84 is arranged.
  • the control valve element 66 is penetrated in its longitudinal direction by a connection channel 86 which opens on the upper side of the control valve element 66 into an armature space 88, which in turn is connected to a low-pressure connection 90.
  • the fuel injector 10 operates as follows:
  • the coil 70 is energized, so that the control valve member 66 lifts with its sealing edge 74 from the control valve seat 76.
  • fuel can flow from the hydraulic control chamber 38 via the outflow throttle 84, the control valve chamber 78 and the connecting channel 86 to the low pressure port 90.
  • the pressure in the high-pressure chamber 32 drops, and when the forces acting in the closing direction are below the force acting in the opening direction on the pressure surface 62, the sealing edge 26 of the injection valve element 24 lifts off from the injection valve seat 28.
  • fuel can be discharged from the high-pressure chamber 32 via the fuel outlet channels 30 into the combustion chamber.
  • the energization of the coil 70 is terminated, whereby the control valve member 66 is pressed by the valve spring 72 with the sealing edge 74 against the control valve seat 76 again.
  • the connection of the control valve chamber 78 with the low pressure port 90 is thus interrupted.
  • the pressure in the control valve chamber 78 increases via the inflow throttle 80, and as a result and also because of the inflow throttle 82, the pressure in the hydraulic control chamber 38.
  • the injection valve element 24 closes. It can be seen from FIG.
  • valve piece 34 is surrounded by the annular high-pressure chamber 32, in particular in the region of the control chamber 38, the control valve chamber 78 and the guide of the control valve element 66 and the injection valve element 24.
  • a widening of the guides of the injection valve element 24 and the control valve element 66 in the valve piece 34 by the high pressure is therefore reduced, and thus the leakage is reduced in this area.
  • the strength load of the valve piece 34 is reduced by this configuration. It can also be seen that virtually no hydraulic forces acting in its opening or closing direction act on the control valve element 66 in the closed state. So this is "pressure balanced". For a simple, inexpensive and compact design of the control valve 64 and thus also the fuel injection device 10 is possible.
  • connection channel 86 in the control valve element 66 also prevents or at least reduces the influence of the movement of the armature 68 by the flow of the fuel from the control valve chamber 78 to the low-pressure connection 90.
  • the control valve 66 and the armature 68 can be dimensioned very small, whereby small moving masses are achieved. This allows the realization of fast valve switching times and reduces bouncing when hitting the control valve element 66 on the control valve seat 76. It can also be seen from Figure 1 that a leakage line due to the arrangement of the injection valve element 24 as in the high-pressure chamber "floating" valve element is not required.
  • the size of the high pressure chamber 32 also causes it to have an accumulator function.
  • FIG. 2 A further embodiment is shown in FIG. 2.
  • elements and regions which have equivalent functions to previously described elements and regions bear the same reference numerals and are not explained again in detail.
  • the fuel injection device 10 of Figure 2 differs from that shown in Figure 1, especially in its lower portion: This corresponds to the currently known from the market fuel injectors 10, in which the injection valve element 24 is not in the high pressure "floats ". Instead, there is a low pressure in an annular space 92 present above the nozzle body 20. Also a hydraulic coupler is not available. From the high-pressure chamber 32, which is present in the fuel injection device 10 shown in Figure 2 only in the region of the pressure surface 62 and is connected via a channel 93 to the high pressure port 12, the low pressure chamber 92 passing leakage fluid (the flats 60 are in this area at the injection valve element 24 not present) is discharged from a leakage line 94.
  • FIG. 1 corresponds in the lower part to that of FIG. 1.
  • the valve piece 34 is differently configured, which unlike in FIGS. 1 and 2 is not formed in one piece but in two pieces with a first part valve piece 96 and a second part valve piece 98.
  • the first PartVentil congress 96 is acted upon by the valve spring 90 against the second PartVentil rave 98.
  • the control valve seat 76 is formed on the outside of the first PartVentil culturess 96, which serves to guide the injection valve member 24 and for receiving the hydraulic control chamber 38 and has no direct connection to the low pressure port 90.
  • the control valve chamber 78 is present in the second part valve piece 98.
  • Valve piece 34 its manufacture can be simplified.
  • a sealing edge (not shown) and / or additionally an outer seal 100 may be provided between the two partial valve pieces 96 and 98.
  • the two partial valve pieces 96 and 98 can also be centered relative to one another via centering means, so that the control valve element 66 and the injection valve element 24 are arranged coaxially as exactly as possible.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine umfasst mindestens ein Einspritzventilelement (24), welches einerseits einen hydraulischen Steuerraum (38) begrenzt und andererseits Kraftstoffaustrittskanäle (30) freigeben bzw. sperren kann. Ferner ist ein Steuerventil (64) zur Beeinflussung des Drucks in dem hydraulischen Steuerraum (38) vorhanden. Es wird vorgeschlagen, dass ein Steuerventilelement (66) des Steuerventils (64) mindestens im Wesentlichen druckausgeglichen ist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung fiir eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Einbringung von Kraftstoff in die Brennräume von direkteinspritzenden Diesel-
Brennkraftmaschinen werden vermehrt hubgesteuerte Common-Rail- Systeme eingesetzt. Deren Vorteil liegt darin, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Bei derartigen gesteuerten Systemen werden Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen eingesetzt, die ein Einspritzventilelement umfassen, welches hydraulisch über den Druck in einem hydraulischen Steuerraum gesteuert wird. Über das Einspritzventilelement können Kraftstoffaustrittskanäle mit einem Hochdruckanschluss verbunden oder von diesem getrennt werden. Zur Steuerung des Drucks im hydraulischen Steuerraum wird ein elektromagnetisches Steuerventil eingesetzt, welches als Steuerventilelement eine Kugel aufweist. Bei geöffnetem Steuerventil wird der über eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruckanschluss in Verbindung stehende hydraulische Steuerraum mit einem Niederdruckanschluss verbunden, wodurch der Druck in dem hydraulischen Steuerraum abfällt.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch sehr kurze Mehrfacheinspritzungen möglich sind. Gleichzeitig soll die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kostengünstig sein und kompakt bauen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wesentliche Merkmale auch in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Dabei können die Merkmale auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein, ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird.
Vorteilhafte Wirkungen
Die Verwendung eines separaten Ventilstücks erleichtert bei der Fertigung das Einbringen des Steuerraums und/oder der Steuerventilkammer und der entsprechenden Führungen für das
Steuerventilelement. Hierdurch werden die Herstellkosten gesenkt. Da das Einspritzventilelement in einem insgesamt mit dem Hochdruckanschluss verbundenen Aufnahmeraum aufgenommen ist, ist eine Druckstufe am Einspritzventilelement nicht erforderlich, wie sie bisher zur Erzeugung einer in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kraft vorgesehen war. Indem auf eine solche Druckstufe verzichtet werden kann, kann auch eine sonst vorhandene Leckageleitung entfallen, welche das zwangsläufig bei einer solchen Druckstufe auftretende Leckagefluid abführt. Damit wird der Aufbau der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nochmals wesentlich vereinfacht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventilstück im Bereich der Führung des Steuerventilelements radial außen wenigstens bereichsweise, beispielsweise in einem fortsatzartigen Abschnitt, von einem Ringraum umgeben ist, der ständig mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist. Hierdurch wird einer Aufweitung der Führung des Steuerventilelements durch den vom Hochdruckanschluss her übertragenen Hochdruck entgegengewirkt, wodurch eine sehr kleine Leckage durch diese Führung hindurch realisiert werden kann. Vor allem dann, wenn die Führung des Steuerventilelements sowie der hydraulische Steuerraum und die Steuerventilkammer und/oder sonstige mit Hochdruck beaufschlagte Kanäle und Räume in diesem von Hochdruck umgebenen Bereich angeordnet sind, wird die Belastung auf das Ventilstück reduziert, was eine kompakte Bauform gestattet und dessen Abdichtfunktion verbessert.
Neben der Führung des Steuerventilelements kann das Ventilstück auch die Führung eines Endbereichs des Einspritzventilelements übernehmen. Da das Ventilstück ein separates Teil ist, kann auch die Führung für das Einspritzventilelement mit hoher Präzision und kostengünstig eingebracht werden.
Für die Reduzierung der Montagekosten ist es günstig, wenn das Ventilstück einstückig ist. Die Fertigung wird jedoch vereinfacht, wenn das Ventilstück mehrstückig ist mit einem ersten Teilventilstück und einem zweiten Teilventilstück, da hierdurch die Zugänglichkeit zur Steuerventilkammer und zum hydraulischen Steuerraum sowie zum Steuerventilsitz verbessert wird. Zur Abdichtung des einen Teilventilstücks gegenüber dem anderen Teilventilstück kann eine zusätzliche Dichtung oder eine Dichtkante vorgesehen sein. Auch können die beiden Teilventilstücke zueinander mittels einer Zentriereinrichtung oder mittels eines Zentrierabschnitts zentriert sein.
Der Einsatz eines druckausgeglichen Steuerventilelements ermöglicht deutlich kleinere Kräfte, die beispielsweise von einem elektromagnetischen Aktor, der mit dem Steuerventilelement verbunden ist, aufzubringen sind. Der Begriff "druckausgeglichen" bedeutet vorliegend, dass zumindest in geschlossenem Zustand des Steuerventils, vorzugsweise auch in geöffnetem Zustand, auf das Steuerventilelement keine oder zumindest keine wesentlichen hydraulischen Kräfte einwirken. Auch die für eine Beeinflussung des Drucks in dem hydraulischen Steuerraum auszuführenden Hübe eines solchen druckausgeglichenen Steuerventilelements sind vergleichsweise gering. Da kleinere Kräfte für die Bewegung des Steuerventilelements aufzubringen sind, kann der entsprechende Aktor kleiner bauen, wodurch die Gesamtmasse, welche zu bewegen ist, geringer und das Dämpfungsverhalten verbessert wird.
All dies gestattet eine schnellere Bewegung des Steuerventilelements, also kürzere Schaltzeiten, welche kurze Abstände zwischen einzelnen Einspritzungen ermöglichen. Darüber hinaus wird durch die vorgeschlagene Bauform eines druckausgeglichenen Steuerventilelements ein einfacher und kostengünstiger konstruktiver Aufbau ermöglicht, der zu einer hoch integrierten und kompakten Bauweise führen kann. Damit können auch neueste Anforderungen an eine reduzierte Bauhöhe der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen aus Gründen des Fußgängerschutzes bei Kraftfahrzeugen erfüllt werden.
Eine einfache und preisgünstig zu bauende Realisierung eines druckausgeglichenen Steuerventilelements umfasst einen Ventilkolben mit einer mindestens im Wesentlichen radial außen liegenden Dichtkante. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Steuerventilsitz als Flachsitz ausgebildet ist. Dieser kann ebenfalls einfach und preiswert hergestellt werden und toleriert gewisse Fehlstellungen des Steuerventilelements. Grundsätzlich sind aber auch andere Ausgestaltungen des Steuerventilsitzes denkbar, beispielsweise ein Kugelsitz oder ein Kegelsitz.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfmdungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist mindestens ein Anschlusskanal, beispielsweise ein Rücklauf, des
Steuerventils im Steuerventilelement angeordnet. Dies vereinfacht den konstruktiven Aufbau der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.
Vorgeschlagen wird auch, dass das Steuerventil eine Steuerventilkammer umfasst, welche über eine Abströmdrossel mit dem hydraulischen Steuerraum und über eine Zuströmdrossel mindestens mittelbar mit einem Hochdruckanschluss verbunden ist, und die bei geöffnetem Steuerventil mit einem Niederdruckanschluss verbunden ist. Damit wird beim Schließen des Steuerventils eine Befüllung der Steuerventilkammer auch über die Abströmdrossel ermöglicht, was die Schließgeschwindigkeit des Steuerventilelements erhöht.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das Einspritzventilelement mindestens einen steuerraumseitigen und einen ventilsitzseitigen Abschnitt aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Biegemoment von einem Abschnitt auf den anderen Abschnitt nicht oder wenigstens nur reduziert übertragen wird. Damit werden Querkräfte auf die Führung und/oder den Ventilsitz des Einspritzventilelements reduziert oder gänzlich unterbunden, wodurch die Lebensdauer verlängert und die Freigängigkeit des Einspritzventilelements verbessert werden. Darüber hinaus kann auf diese Weise die erforderliche Fertigungsgenauigkeit reduziert werden, da Verspannungen des Einspritzventilelements aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten reduziert oder gänzlich vermieden werden.
Eine fertigungstechnisch besonders einfache Realisierung einer solchen Biegemoment- Entkopplung besteht in einer Materialschwächung, welche einen kardanischen Charakter aufweist. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die beiden Abschnitte auch hydraulisch miteinander gekoppelt sein.
Letzteres ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Einspritzventilelement und das Steuerventilelement koaxial angeordnet sind. In diesem Fall werden Querkräfte und
Biegemomente von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung besonders wirksam fern gehalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen teilweisen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung;
Figur 2 einen teilweisen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung; und
Figur 3 einen teilweisen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen ihr zugeordneten, jedoch nicht gezeichneten
Brennraum einer Brennkraftmaschine. Hierzu verfügt die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 über einen Hochdruckanschluss 12, der an einen Druckspeicher 14 ("Rail") angeschlossen ist, in dem Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 16 mit einem Hauptabschnitt 18 und einem Düsenkörper 20. Das Gehäuse 16 wird beinahe über seine gesamte Länge von einer Ausnehmung 22 durchsetzt, in der unter anderem ein Einspritzventilelement 24, welches aufgrund seiner sehr lang gestreckten Form auch als "Düsennadel" bezeichnet wird, aufgenommen ist. An seinem in Figur 1 unteren Ende ist an dem Einspritzventilelement 24 eine Dichtkante 26 vorhanden, die mit einem gehäuseseitigen Einspritzventilsitz 28 zusammenarbeitet. Je nach Stellung des Einspritzventilelements 24 wird von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 über Kraftstoffaustrittskanäle 30 Kraftstoff in den Brennraum abgegeben oder eine solche Abgabe unterbunden.
Zwischen der Ausnehmung 22 und dem Einspritzventilelement 24 ist, bis auf das in Figur 1 obere Ende des Einspritzventilelements 24, ein ringförmiger Hochdruckraum 32 gebildet, der ständig mit dem Hochdruckanschluss 12 in Verbindung ist. Das Einspritzventilelement 24 "schwimmt" also im Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 in dem im Hochdruckraum 32 unter hohem Druck vorhandenen Kraftstoff. Das in Figur 1 obere Ende des Einspritzventilelements 24 ist fluiddicht, aber im Gleitsitz, in einem Ventilstück 34 geführt, welches den Hochdruckraum 32 nach oben abschließt. Die in Figur 1 obere Stirnfläche des Einspritzventilelements 24 bildet eine hydraulische Steuerfläche 36, die zusammen mit einer Ausnehmung (ohne Bezugszeichen) im Ventilstück 34 einen hydraulischen Steuerraum 38 begrenzt. Zwischen dem Ventilstück 34 und einem umlaufenden Bund (ohne Bezugszeichen) am Einspritzventilelement 24 ist eine Ventilfeder 40 verspannt, die das Einspritzventilelement 24 in Schließrichtung gegen den Einspritzventilsitz 28 beaufschlagt.
Im Bereich der Ventilfeder 40 sind in das Einspritzventilelement 24 an einer ersten axialen Position zwei seitliche Einschnitte 42a und 42b vorhanden, zwischen denen nur ein vergleichsweise dünner Materialsteg 44 verblieben ist. Axial hiervon etwas beabstandet sind im Einspritzventilelement 24 zwei weitere seitliche Einschnitte vorhanden, die gegenüber den seitlichen Einschnitten 42a und 42b jedoch um 90° gedreht angeordnet sind, so dass in Figur 1 nur der seitliche Einschnitt 46a und der entsprechende Materialsteg 48 sichtbar sind. Die seitlichen Einschnitte 42a und 42b sowie 46a (und der nicht sichtbare seitliche Einschnitt 46b) bilden insoweit eine Materialschwächung 50, die einen kardanischen Charakter aufweist, durch die ein Biegemoment von dem oberhalb der Materialschwächung 50 gelegenen Abschnitt des Einspritzventilelement 24 auf den unterhalb dieser Materialschwächung 50 gelegenen Abschnitt nur reduziert übertragen wird. Eine ähnliche Materialschwächung 52 befindet sich darüber hinaus am Einspritzventilelement 24 in etwa auf Höhe des Übergangs zwischen dem Hauptabschnitt 18 und dem Düsenkörper 20 des Gehäuses 16.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 ist das Einspritzventilelement 24 zweistückig ausgebildet mit einem steuerraumseitigen Abschnitt 54 und einem ventilsitzseitigen Abschnitt 56. Die beiden Abschnitte 54 und 56 sind durch einen hydraulischen Kopp ler 58 miteinander gekoppelt, könnten aber auch mechanisch gekoppelt sein. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einspritzventilelement 24 einstückig ausgebildet, so dass auf einen hydraulischen Koppler verzichtet werden kann. Der ventilsitzseitige Abschnitt 56 des Einspritzventilelements 24 ist im Düsenkörper 20 geführt, wobei die Kontinuität des Hochdruckraumes 32 bis zu den Kraftstoffaustrittskanälen 30 durch Abflachungen 60 am ventilsitzseitigen Abschnitt 56 gewährleistet ist. Der ventilsitzseitige Abschnitt 56 weist darüber hinaus eine konische und in Öffnungsrichtung des Einspritzventilelements 24 wirkende hydraulische Druckfläche 62 auf.
Der Druck in dem hydraulischen Steuerraum 38 wird durch die Stellung eines elektromagnetischen Steuerventils 64 beeinflusst. Letzteres verfügt über ein als Ventilkolben 66 ausgebildetes Steuerventilelement, welches im Ventilstück 34 geführt ist. An seinem in Figur 1 oberen Ende ist am Steuerventilelement 66 ein Anker 68 angebracht, wobei in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel das Steuerventil und der Anker auch einstückig ausgeführt sein können. Der Anker 68 arbeitet mit einer elektromagnetischen Spule 70 zusammen. Das Steuerventilelement 66 wird von einer Ventilfeder 72 in seine geschlossene Stellung beaufschlagt. In dieser liegt es mit seinem in Figur 1 unteren Ende mit einer umlaufenden und im Wesentlichen radial außen liegenden Dichtkante 74 an einem im Ventilstück 34 als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 76 an.
Der Steuerventilsitz 76 ist in einer Steuerventilkammer 78 angeordnet, welche über eine Zuströmdrossel 80 mit dem Hochdruckraum 32 in Verbindung steht. Auch der hydraulische
Steuerraum 38 steht über eine solche Zuströmdrossel 82 mit dem Hochdruckraum 32 in ständiger Verbindung. Radial außerhalb vom Steuerventilsitz 76 mündet in die Steuerventilkammer 78 eine Verbindung (ohne Bezugszeichen) vom hydraulischen Steuerraum 38 her, in der eine Abströmdrossel 84 angeordnet ist. Das Steuerventilelement 66 wird in seiner Längsrichtung von einem Anschlusskanal 86 durchsetzt, der auf der Oberseite des Steuerventilelements 66 in einen Ankerraum 88 mündet, der wiederum mit einem Niederdruckanschluss 90 verbunden ist.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 arbeitet folgendermaßen:
Im Ruhezustand wird das Steuerventilelement 66 von der Ventilfeder 72 mit der Dichtkante 74 gegen den Steuerventilsitz 76 gedrückt. Damit ist der hydraulische Steuerraum 38 vom Niederdruckanschluss 90 getrennt. Aufgrund der Verbindung über die Zuströmdrossel 82 zum Hochdruckraum 32 herrscht in ihm folglich der hohe Druck des Hochdruckraums 32. Durch die entsprechende in Schließrichtung an der hydraulischen Steuerfläche 36 wirkende Kraft und die Kraft der Ventilfeder 40, die in der Summe die an der Druckfläche 62 in Öffhungsrichtung wirkende Kraft übersteigen, wird das Einspritzventilelement 24 mit der Dichtkante 26 gegen den Einspritzventilsitz 28 gedrückt. Die Kraftstoffaustrittskanäle 30 sind daher vom Hochdruckraum 32 getrennt, es kann kein Kraftstoff austreten.
Für eine Einspritzung wird die Spule 70 bestromt, so dass das Steuerventilelement 66 mit seiner Dichtkante 74 vom Steuerventilsitz 76 abhebt. Nun kann Kraftstoff vom hydraulischen Steuerraum 38 über die Abströmdrossel 84, die Steuerventilkammer 78 und den Anschlusskanal 86 zum Niederdruckanschluss 90 abströmen. Der Druck im Hochdruckraum 32 sinkt, und wenn die in Schließrichtung wirkenden Kräfte unterhalb der in Öffhungsrichtung an der Druckfläche 62 wirkenden Kraft liegen, hebt die Dichtkante 26 des Einspritzventilelements 24 vom Einspritzventilsitz 28 ab. Nun kann Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 32 über die Kraftstoffaustrittskanäle 30 in den Brennraum abgegeben werden.
Zum Beenden der Einspritzung wird die Bestromung der Spule 70 beendet, wodurch das Steuerventilelement 66 von der Ventilfeder 72 mit der Dichtkante 74 wieder gegen den Steuerventilsitz 76 gepresst wird. Die Verbindung der Steuerventilkammer 78 mit dem Niederdruckanschluss 90 ist somit unterbrochen. Über die Zuströmdrossel 80 steigt der Druck in der Steuerventilkammer 78 an, und in der Folge und auch wegen der Zuströmdrossel 82 auch der Druck im hydraulischen Steuerraum 38. Sobald die in Schließrichtung wirkenden Kräfte die in Öffhungsrichtung wirkende Kraft übersteigen, schließt das Einspritzventilelement 24. Man erkennt aus Figur 1, dass das Ventilstück 34 insbesondere im Bereich des Steuerraums 38, der Steuerventilkammer 78 und der Führung des Steuerventilelements 66 und des Einspritzventilselements 24 vom ringförmigen Hochdruckraum 32 umgeben ist. Eine Aufweitung der Führungen des Einspritzventilelements 24 und des Steuerventilelements 66 im Ventilstück 34 durch den hohen Druck wird daher verringert, und damit wird auch die Leckage in diesem Bereich reduziert. Überhaupt wird die Festigkeitsbelastung des Ventilstücks 34 durch diese Ausgestaltung reduziert. Man erkennt ferner, dass auf das Steuerventilelement 66 im geschlossenen Zustand praktisch keine in seiner Öffnungs- oder Schließrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte wirken. Dieses ist also "druckausgeglichen". Damit wird eine einfache, kostengünstige und kompakte Bauweise des Steuerventils 64 und somit auch der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ermöglicht.
Durch die Anordnung des Anschlusskanals 86 im Steuerventilelement 66 wird außerdem eine Beeinflussung der Bewegung des Ankers 68 durch die Strömung des Kraftstoffs von der Steuerventilkammer 78 zum Niederdruckanschluss 90 verhindert oder zumindest vermindert. Das Steuerventil 66 und der Anker 68 können sehr klein dimensioniert werden, wodurch kleine bewegte Massen erreicht werden. Dies gestattet die Realisierung schneller Ventilschaltzeiten und verringert ein Prellen beim Anschlagen des Steuerventilelements 66 am Steuerventilsitz 76. Man erkennt ferner aus Figur 1 , dass eine Leckageleitung aufgrund der Anordnung des Einspritzventilelements 24 als im Hochdruckraum "schwimmendes" Ventilelement nicht erforderlich ist. Die Größe des Hochdruckraums 32 führt außerdem dazu, dass dieser eine Druckspeicherfunktion aufweist.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Figur 2. Dabei gilt hier wie nachfolgend, dass solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu vorab beschriebenen Elementen und Bereichen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 von Figur 2 unterscheidet sich von jener, die in Figur 1 dargestellt ist, vor allem in ihrem unteren Bereich: Dieser entspricht den derzeit vom Markt her bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 10, bei denen das Einspritzventilelement 24 nicht im Hochdruck "schwimmt". Stattdessen herrscht in einem oberhalb des Düsenkörpers 20 vorhandenen Ringraum 92 ein niederer Druck. Auch ein hydraulischer Koppler ist nicht vorhanden. Vom Hochdruckraum 32, der bei der in Figur 2 gezeigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 lediglich im Bereich der Druckfläche 62 vorhanden ist und über einen Kanal 93 mit dem Hochdruckanschluss 12 verbunden ist, zum Niederdruckraum 92 hindurchtretendes Leckagefluid (die Abflachungen 60 sind in diesem Bereich am Einspritzventilelement 24 nicht vorhanden) wird von einer Leckageleitung 94 abgeführt.
Eine nochmals andere Ausführungsform ist in Figur 3 gezeigt. Diese entspricht im unteren Bereich jener von Figur 1. Anders ausgebildet ist allerdings das Ventilstück 34, welches anders als in den Figuren 1 und 2 nicht einstückig, sondern zweistückig mit einem ersten TeilVentilstück 96 und einem zweiten TeilVentilstück 98 ausgebildet ist. Das erste TeilVentilstück 96 wird von der Ventilfeder 90 gegen das zweite TeilVentilstück 98 beaufschlagt. Der Steuerventilsitz 76 ist auf der Außenseite des ersten TeilVentilstücks 96 ausgebildet, welches zur Führung des Einspritzventilelements 24 und zur Aufnahme des hydraulischen Steuerraums 38 dient und keine direkte Verbindung zum Niederdruckanschluss 90 hat. Die Steuerventilkammer 78 ist dagegen im zweiten TeilVentilstück 98 vorhanden. Durch eine solche zweiteilige Ausgestaltung des
Ventilstücks 34 kann dessen Herstellung vereinfacht werden. Zur Abdichtung kann zwischen den beiden TeilVentilstücken 96 und 98 eine Dichtkante (nicht dargestellt) und/oder zusätzlich eine außen liegende Dichtung 100 vorgesehen sein. Auch können die beiden TeilVentilstücke 96 und 98 über Zentriermittel zueinander zentriert sein, so dass das Steuerventilelement 66 und das Einspritzventilelement 24 möglichst exakt koaxial angeordnet sind.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Einspritzventilelement (24), welches einerseits einen hydraulischen Steuerraum (38) begrenzt und andererseits Kraftstoffaustrittskanäle (30) freigeben bzw. sperren kann, und mit einem Steuerventil (64) zur Beeinflussung des Drucks in dem hydraulischen Steuerraum (38), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Ventilstück (34) aufweist, in dem ein Steuerventilelement (66) geführt ist und das einen Aufnahmeraum (32) für das Einspritzventilelement (24) verschließt, wobei der Aufnahmeraum (32) ständig mit einem Hochdruckanschluss (12) verbunden ist.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (34) im Bereich der Führung des Steuerventilelements (66) radial außen wenigstens bereichsweise von einem Ringraum (32) umgeben ist, der ständig mit dem Hochdruckanschluss (12) verbunden ist.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilstück (34) in jenem Bereich, der von dem mit dem Hochdruckanschluss verbundenen Ringraum (32) umgeben ist, der hydraulische Steuerraum (38) und/oder eine Steuerventilkammer (78) und/oder sonstige mit Hochdruck beaufschlagte Kanäle (80, 82, 84) und Räume angeordnet sind/ist.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich des Einspritzventilelements (24) in dem Ventilstück (34) geführt ist.
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (34) einstückig ist.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (34) mindestens ein erstes Teilventilstück (96) zur Führung des Einspritzventilelements (24) und ein zweites Teilventilstück (98) zur Führung des Steuerventilelements (66) umfasst, wobei ein Steuerventilsitz (76) auf der Außenseite des ersten Teilventilstücks (96) ausgebildet ist.
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventilelement (66) des Steuerventils (64) mindestens im
Wesentlichen druckausgeglichen ist.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement einen Ventilkolben (66) mit einer mindestens im Wesentlichen radial außen liegenden Dichtkante (74) umfasst.
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventilsitz als Flachsitz (76) ausgebildet ist.
10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlusskanal (86) des Steuerventils (64) im Steuerventilelement (66) angeordnet ist.
11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (64) eine Steuerventilkammer (78) umfasst, welche über eine Abströmdrossel (84) mit dem hydraulischen Steuerraum (38) und über eine Zuströmdrossel (80) mindestens mittelbar mit einem Hochdruckanschluss (12) verbunden ist, und die bei geöffnetem Steuerventil (64) mit einem Niederdruckanschluss (90) verbunden ist.
12. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilelement (24) mindestens einen steuerraumseitigen Abschnitt (54) und einen ventilsitzseitigen Abschnitt (56) aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Biegemoment von einem Abschnitt auf den anderen Abschnitt nicht oder wenigstens nur reduziert übertragen wird.
13. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte miteinander über eine einen kardanischen Charakter aufweisende Materialschwächung (50, 52) und/oder einen hydraulischen Kopp ler (58) gekoppelt sind, welche bzw. welcher ein Biegemoment von einem Abschnitt (54) auf den anderen Abschnitt (56) nicht oder wenigstens nur reduziert überträgt.
14. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einspritzventilelement (24) und Steuerventilelement (66) koaxial angeordnet sind.
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