WO2008110408A1

WO2008110408A1 - Kraftstoffinjektor mit verbessertem steuerventil

Info

Publication number: WO2008110408A1
Application number: PCT/EP2008/051123
Authority: WO
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2008-09-18
Also published as: CN101636578A; DE102007011685A1; EP2134956A1; US20090308353A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine hubbeweglich in einem Injektorkörper (2) und/oder in einem Düsenkörper (3) geführte Düsennadel (4) zum Freigeben und/oder zum Schließen von wenigstens einer im Düsenkörper (3) eingebrachten Einspritzöffnung (5), wobei die Bewegung der Düsennadel (4) durch ein Steuerventil steuerbar ist, welches mit einem Steuerraum (6) zusammenwirkt, und wobei das Steuerventil eine hubbeweglich geführte Ventilnadel (7) aufweist, die gegen einen Dichtsitz (8) bewegbar ist, um bei Abheben der Ventilnadel (7) vom Dichtsitz (8) den Steuerraum (6) in einen Kraftstoffrücklauf (8) zu entlüften, wobei die Ventilnadel (7) eine Differenzfläche aufweist, über die diese mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des Dichtsitzes (8) gehalten ist.

Description

Kraftstoffini ektor mit verbessertem Steuerventil

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem verbesserten

Steuerventil gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher beschriebenen Art.

Stand der Technik

Für die Einspritzung von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren werden zur Zeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Hierfür eignen sich insbesondere Kraftstoffinjektoren, welche über ein Magnetventil verfügen, um die Steuerung der Düsennadel zu bewirken, wobei die Düsennadel entweder direkt oder indirekt mittels eines Steuerraums gesteuert wird, welche entweder unter

Kraftstoffhochdruck gesetzt, oder druckentlüftet wird. Wird der Steuerraum entlüftet, so hebt sich die Düsennadel von den Einspritzöffhungen ab, so dass der Kraftstoff in den Brennraum gelangen kann. Die Druckbeaufschlagung bzw. die Entlüftung des Steuerraums erfolgt über ein Steuerventil, welches durch einen Elektromagneten geschaltet werden kann, und bei einer Bestromung des Elektromagneten über eine hubbeweglich aufgenommene Düsennadel ein Dichtsitz freigegeben wird, um ein Entlüften des Steuerraums zumindest abschnittsweise oder über die Dauer der Einspritzung zu bewirken.

Das Steuerventil des gattungsgemäßen Kraftstoffinjektors umfasst eine Ventilnadel, die nach einer ersten Ausführung entweder zylinderförmig ausgeführt ist, und über die Endfläche gegen eine Ventilplatte den erforderlichen Dichtsitz bildet. Eine weitere Ausführung der Ventilnadel kann durch eine Hülse gebildet werden, welche auf einem Druckstift hubbeweglich aufgenommen ist. Bezüglich der Ausführungsform der Ventilnadel als Zylinderstift erstreckt sich dieser in einen Ventildruckraum hinein, welcher im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors unter Kraftstoffhochdruck steht. Die Entlüftung des Ventildruckraums erfolgt durch eine Hubbewegung des Zylinderstiftes, so dass der Dichtsitz auf der Ventilplatte freigegeben wird und ein zentrisch im Dichtsitz angeordneter Absteuerkanal freigegeben wird, so dass der Ventildruckraum in den Absteuerkanal entlüften kann. Dadurch, dass die zylinderstiftartige Ventilnadel lediglich über die Mantelfläche mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt wird, ist diese hydraulisch kraftausgeglichen. Bezüglich der Ausführungsform der hülsenartigen Ventilnadel befindet sich der Kraftstoffhochdruck im Inneren der Ventilnadel, so dass ebenfalls lediglich die Wandung der Ventilnadeln mit Hochdruck beaufschlagt wird, und gleichermaßen eine hydraulisch druckausgeglichene Anordnung der Ventilnadel geschaffen ist. Hier erfolgt die Absteuerung in einen Absteuerraum, welcher außenseitig die Ventilnadel umgibt. Ferner ist die Ventilnadel mittels einer Druckfeder beaufschlagt, welche die Ventilnadel in den Dichtsitz hineindrückt. Erst bei Aktivieren der Magnetspule wird die Ventilnadel vom Dichtsitz abgehoben, so dass die magnetische Betätigung gegen die Federkraft wirkt. Der Einsatz druckausgeglichener Ventilnadeln ermöglicht kleinere Federkräfte, kleinere Magnetkräfte, kleinere Ventilhübe und damit schnellere Schaltzeiten. Ferner besteht die Möglichkeit, die Mehrfacheinspritzungsfähigkeit zu verbessern.

Bei den bekannten Anordnungen der Ventilnadel des Steuerventils ergibt sich jedoch das

Problem, dass die Kraftbeaufschlagung der Druckfeder auf die Ventilnadel relativ groß ausgeführt sein muss, um die geforderte Dichtwirkung zu erzielen. Dadurch muss auch der Elektromagnet zur Betätigung der Ventilnadel vergrößerte Kräfte aufbringen, um gegen die steif ausgelegte Druckfeder zu wirken. Im Ergebnis ergibt sich ein Steuerventil, welches einen großen Bauraum benötigt, da Elektromagnete mit größerer

Betätigungskraft einen größeren Bauraum einnehmen. Ferner muss festgestellt werden, dass bei einer derartigen druckausgeglichenen Anordnung der Ventilnadel mit einer Federkraftbeaufschlagung ein verstärkter Verschleiß entsteht, da im Schließmoment die starke Federkraft die Ventilnadel mit einer relativ großen Beschleunigung gegen die Ventilplatte bewegt, um den Dichtsitz zu bilden. Darüber hinaus entsteht ein

Prallverhalten, welches ebenfalls sowohl für die Steuerung der Düsennadel als auch für den Verschleiß der beteiligten Bauteile nachteilhaft ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführung der Ventilnadel des Steuerventils in einem Kraftstoffinjektor zu schaffen, welches den

Einsatz kleinerer Federkräfte der Druckfeder zur Betätigung der Ventilnadel ermöglicht und die Anwendung kleinerer Elektromagnete gestattet. Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Ventilnadel eine Differenzfläche aufweist, über die diese mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des Dichtsitzes gehalten ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Ventilnadel nutzt die Beaufschlagung der Differenzfläche durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, so dass die resultierende fluidische Kraft als Schließkraft der Ventilnadel in Richtung des Dichtsitzes wirkt. Folglich kann die Druckfeder mit einer geringeren Steifigkeit ausgeführt werden, so dass sich geringere Federkräfte ergeben. Die Schließkraft durch die Druckfeder addiert sich zur hydraulischen Schließkraft durch die Druckbeaufschlagung der Differenzfläche durch den Kraftstoff. Wird der Elektromagnet bestromt, so muss dieser gegen eine kleinere Federkraft wirken, so dass der Elektromagnet ebenfalls kleiner ausgeführt werden kann. Aufgrund der hohen Kraftstoffdrücke kann die Differenzfläche relativ klein ausfallen, so dass die Ventilnadel lediglich nahezu druckausgeglichen ist, und die Differenzfläche eine kleine schließende Druckstufe bildet. Dies erlaubt eine optimierte Ventilabstimmung und eine verbesserte

Mehrfacheinspritzfähigkeit. Da sich die hydraulische Schließkraft mit steigendem Druck erhöht, wird ferner die Dichtheit des Dichtsitzes der Ventilnadel verbessert und es muss bei der Grundauslegung des Steuerventils kein Vorhalt für auftretende Druckschwingungen im System vorgesehen werden. Ferner wird der Verschleiß minimiert, da bei niedrigerem Betriebsdruck kein Ventilschließen mit hohen Federkräften auftritt. Die Schließkraft richtet sich nach der Höhe des Kraftstoffdruckes, so dass bei hohem Druck eine hohe Schließkraft erforderlich ist, und durch die Druckbeaufschlagung der Differenzfläche die Schließkraft automatisch erhöht wird. Bei niedrigerem Kraftstoffdruck äußert sich die resultierende hydraulische Kraft ebenfalls mit einem geringeren Wert zur Druckbeaufschlagung der Ventilnadel in den Dichtsitz. Ferner ergibt sich eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit beim Ventilöffnen, da sich bei Beginn der Ventilöffnung die hydraulische Schließkraft verringert und somit eine größere Kraft zur Beschleunigung zur Verfügung steht, um die Ventilnadel vom Dichtsitz abzuheben. Diese hohe Öffnungskraft trotz eines kleinen Elektromagneten erlaubt eine Ventilabstimmung mit großen Dämpfungskräften am Hubanschlag. Dadurch ist eine optimierte Öffhungsbewegung erreichbar. Ferner kann das Dämpfungsverhalten beim Schließen der Ventilnadel in den Dichtsitz ebenfalls verbessert werden. Da zum Schließen der Ventilnadel nur geringe Federkräfte notwendig sind, wird die Stoßenergie beim Aufsetzen auf den Dichtsitz auf der Ventilplatte nur eine geringe Stoßenergie frei. Zudem wirkt im geschlossenen Zustand des Nadelsitzes die hydraulische Schließkraft, die ein

Wiederöffnen des Ventils verhindert.

Mit einem einteiligen Aufbau der Ventilnadel sowie des Ankers des Elektromagneten mit einer insgesamt kleinen bewegten Masse in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Differenzfläche sind sehr kurze Zeitabstände einzelner Einspritzungen möglich, da die

Schaltdynamik unabhängig von den Rücklaufbedingungen des Kraftstoffs optimal einstellbar ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Ventilnadel weist diese eine zylinderstiftartige Gestalt mit einem Stiftdurchmesser auf, die zur Bildung der Differenzfläche im Bereich des gegen den Dichtsitz dichtenden Endes in einen Dichtdurchmesser übergeht, welcher größer ist als der Stiftdurchmesser. Damit wird eine erste Ausführungsform der Ventilnadel aufgezeigt, welche in Gestalt eines Zylinderstiftes ausgeführt ist und über die Endfläche in Bewegungsrichtung gegen die Ventilplatte dichtet. Die Differenzfläche ergibt sich durch einen größeren Durchmesser des Zylinderstiftes im Bereich des mit

Kraftstoffhochdruck beaufschlagten Ventildruckraums, so dass durch die ringförmige Differenzfläche die Druckbeaufschlagung in Richtung des Dichtsitzes erfolgen kann.

Es ist von Vorteil, dass das Steuerventil ein Ventilstück aufweist, das an den Ventildruckraum angrenzt, wobei die Ventilnadel wenigstens im Ventilstück hubbeweglich geführt ist und wobei sich der Bereich des dichtenden Endes der Ventilnadel aus dem Ventilstück in den Ventildruckraum hinein erstreckt. Dabei ist die Führung der Ventilnadel durch das Ventilstück nicht auf dieses begrenzt, sondern kann in weiteren Bauteilen innerhalb des Elektromagneten geführt sein. Das Ventilstück kann wenigstens abschnittsweise eine Vertiefung bzw. einen Hohlraum aufweisen, und an die

Ventilplatten angrenzen. Dieser Hohlraum bildet den Ventildruckraum, welcher über Fluidkanäle mit dem Steuerraum zur Steuerung der Düsennadel verbunden ist. Der Ventildruckraum umgibt den Abschnitt der zylinderstiftartigen Ventilnadel, so dass diese auf dem vollen Umfang über die Mantelfläche mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Vorteilhafterweise ist in der Ventilplatte innerhalb des Dichtsitzes konzentrisch zur Erstreckung der Ventilnadel ein Absteuerkanal ausgebildet, so dass bei Abheben der Ventilnadel vom Dichtsitz der Ventildruckraum und damit der Steuerraum in den Absteuerkanal entlüftbar ist. Die Verbindung des Ventildruckraums mit dem Steuerraum zur Steuerung der Düsennadel kann eine Drossel umfassen, um eine kontrollierte Entlüftung des Ventilsteuerraums zu schaffen. Der Absteuerkanal ist mit einem

Kraftstoffrücklauf verbunden, in welchem ein deutlich geringerer Kraftstoffdruck herrscht, so dass der Ventildruckraum in den Absteuerraum entlüftbar ist. Der Dichtsitz ist als ringförmiger Dichtsitz ausgeführt, und umschließt den Absteuerkanal konzentrisch, so dass bei Aufsetzen der Endfläche der zylinderstiftartigen Ventilnadel der Absteuerkanal vom Ventildruckraum fluidisch getrennt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Ventilnadel ist diese hülsenförmig ausgebildet, wobei sich ein Druckstift mit einem definierten Stiftdurchmesser durch die Ventilnadel hindurch erstreckt und die Ventilnadel dichtend in der Hubbewegung führt. Gemäß der zweiten Ausführungsform der Ventilnadel umschließt diese einen relativ zum

Injektorkörper fest angeordneten Druckstift, wobei die Ventilnadel eine Bohrung aufweist, in die sich der Druckstift hineinerstreckt und die Ventilnadel dichtend führt. Der Druckstift erstreckt sich jedoch nicht auf der gesamten Länge durch die Ventilnadel, wobei sich die Bohrung in der Ventilnadel über die gesamte Höhe der Ventilnadel erstreckt. Im Bereich des Dichtsitzes der Ventilnadel weist die Bohrung jedoch einen kleineren Durchmesser auf, so dass durch die Durchmesserdifferenz die erfindungsgemäße Differenzfläche an der Ventilnadel gebildet wird. Gemäß dieser Ausführungsform des Kraftstoffinjektors erfolgt die fluidische Verbindung des Steuerraums mit einem Druckraum innerhalb der Ventilnadel über einen Fluidkanal, welcher zentrisch zur Erstreckungsrichtung des Druckstiftes verläuft. Folglich mündet der

Fluidkanal zentrisch im Dichtsitz aus der Ventilplatte, so dass bei einem geschlossenen Dichtsitz der Steuerraum unter Hochdruck verbleibt. Der geschlossene Raum innerhalb der Ventilnadel wird durch die Ventilnadel sowie der Endfläche des Druckstiftes gebildet. Die Ventilnadel selbst ist innerhalb eines Absteuerraums aufgenommen, welcher den Niederdruckbereich bildet und mit einem Absteuerkanal zur Rückführung der

Steuermenge des Kraftstoffes dient. Hebt sich die Ventilnadel vom Dichtsitz ab, so wird die fluidische Verbindung zwischen dem Fluidkanal und dem Absteuerraum hergestellt, so dass der Fluidkanal in den Absteuerraum und damit in den Absteuerkanal entlüften kann. Wird die Bestromung des Elektromagneten beendet, so drückt die Druckfeder die Ventilnadel wieder gegen den Dichtsitz, so dass der Absteuerraum vom Fluidkanal fluidisch erneut getrennt wird. Die Ventilnadel weist dabei im Bereich des Dichtsitzes einen Dichtdurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Stiftdurchmesser, und damit auch kleiner als die Bohrung in der Ventilnadel. Damit bildet sich die Differenzfläche aus, so dass durch die Beaufschlagung der Differenzfläche durch den Hochdruck des Kraftstoffs die Ventilnadel gegen den Dichtsitz gedrückt wird.

Gemäß der zwei verschiedenartig ausgebildeten Ventilnadeln kann aufgezeigt werden, dass die Differenzfläche zwar vorzugsweise durch eine Durchmesserdifferenz der Ventilnadeln im Bereich des Kraftstoffhochdruckraums gebildet werden kann, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine Ausgestaltung der Differenzfläche durch eine

Durchmesserdifferenz beschränkt ist. Vielmehr ist jede beliebige geometrische Ausgestaltung im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich, welche eine vergleichsweise geringere Kraft auf die Ventilnadel ausübt, um diese in den Dichtsitz zu drücken. Die Fluidbeaufschlagung muss ferner nicht zwingend aus Richtung des Hochdruckraums erfolgen, so dass sich die Differenzfläche auch in den

Niederdruckbereich hinein erstrecken kann, und eine Druckbeaufschlagung durch den Niederdruck ebenfalls eine Kraft auf die Ventilnadel ausgeübt werden kann. Vorzugsweise ist jedoch eine Druckbeaufschlagung durch den Hochdruckbereich vorzusehen.

Das Steuerventil des Kraftstoffinjektors ist nicht auf die Ausführung als Magnetventil begrenzt, sondern kann ferner als piezoaktorbetätigtes Ventil ausgebildet sein.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der

Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einer zylinderstiftartigen Gestalt der Ventilnadel des Steuerventils;

und Figur 2 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einer hülsenförmig ausgebildeten Ventilnadel, welche sich um einen Druckstift herum erstreckt.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors

1 in einer Querschnittsansicht. Der dargestellte Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2, der in einen Düsenkörper 3 übergeht. Innerhalb des Injektorkörpers 2 sowie im Düsenkörper 3 ist eine Düsennadel 4 hubbeweglich aufgenommen, wobei in dem Düsenkörper 3 eingebrachte Emspritzöffhungen 5 durch einen Hub der Düsennadel 4 freigegeben werden, um Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Der Kraftstoff wird durch einen Hochdruckspeicher 20 bereitgestellt, welcher den Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 21 einem Hochdruckraum 22 innerhalb des Injektorkörpers 2 bzw. innerhalb des Düsenkörpers 3 zuführt. Über eine Kanalstruktur 23 wird der Kraftstoff vor die Einspritzöffhungen 5 geführt, so dass lediglich eine kleine Hubbewegung der Düsennadel 4 die Einspritzöffnungen freigibt und der Kraftstoff aus den Einspritzöffnungen 5 austreten kann. Zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 4 dient ein Steuerraum 6, welcher sich über eine Drossel 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff füllen kann. Der Steuerraum 6 wird sowohl durch eine Endfläche der Düsennadel 4 als auch durch eine Ventilplatte 14 begrenzt. Die seitliche Begrenzung des Steuerraums 6 erfolgt über einen Dichtring 25, welcher mittels einer Druckfeder 26 gegen die untere Planfläche der Ventilplatte 14 gedrückt wird.

Die Ventilplatte 14 weist eine fluidische Verbindung 13 auf, welche ebenfalls eine Drossel umfasst. Die fluidische Verbindung 13 mündet in einen Ventildruckraum 12, welcher im Ruhezustand des Kraftstoffinjektor 1 ebenfalls unter Kraftstoffhochdruck steht.

Der Ventildruckraum 12 wird durch eine geometrische Ausformung innerhalb eines Ventilstücks 11 gebildet, wobei das Ventilstück 11 an die Ventilplatte 14 angrenzt, und sich im oberen Bereich des Kraftstoffinjektors 1 ein Elektromagnet 27 anschließt. Vom

Ventildruckraum 12 bis in den Elektromagneten 27 erstreckt sich eine Ventilnadel 7, welche mittels des Elektromagneten 27 in einer Hubrichtung bewegbar ist. Im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors 1 ist der Elektromagnet 27 nicht bestromt, so dass sich die Ventilnadel 7 in einer Position befindet, in der diese gegen einen Dichtsitz 8 angrenzt. Der Dichtsitz 8 ist über eine Oberfläche der Ventilplatte 14 gebildet, wobei die geometrische Ausgestaltung des Endes der Ventilnadel 7 eine ringförmige Anlage gegen die Ventilplatte 14 bildet, so dass der Dichtsitz 8 entsteht. Damit ist der Ventildruckraum

12 gegen einen Absteuerkanal 15 abgedichtet, welcher sich zentrisch innerhalb des Dichtsitzes 8 in diesen hinein erstreckt. Wird der Elektromagnet 27 bestromt, so bewegt sich die Ventilnadel 7 hubbeweglich von der Ventilplatte 14 weg, so dass der Dichtsitz 8 geöffnet wird. In den somit gebildeten Öffhungszustand kann der Ventildruckraum 12 in den Absteuerkanal 15 entlüften, so dass der Steuerraum 6 über die fluidische Verbindung

13 ebenfalls entlüftet wird. Durch den Druckabfall in dem Steuerraum 6 kann sich die Düsennadel 4 von den Einspritzöffhungen 5 abheben, so dass die Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wird die Bestromung des Elektromagneten 27 beendet, so bewegt sich die

Ventilnadel 7 wieder entgegen der Ventilplatte 14, so dass der Dichtsitz 8 erneut gebildet wird. Dabei wird der Ventildruckraum 12 wieder unter Kraftstoffhochdruck gesetzt, so dass der Steuerraum 6 ebenfalls wieder unter Hochdruck steht. Damit schließt die Düsennadel 4 erneut.

Der Elektromagnet 27 umfasst eine Druckfeder 28, welche die Ventilnadel 7 in Richtung des Dichtsitzes 8 kraftbeaufschlagt. Dabei ist die Ventilnadel 7 gemeinsam mit einer Ankerplatte 29 ausgeführt, so dass die Ankerplatte 29 sowie die Ventilnadel 7 gemeinsam durch die Druckfeder 28 kraftbeaufschlagt werden.

Erfindungsgemäß weist die Ventilnadel 7 einen Dichtdurchmesser 10 auf, welcher größer ist als der Stiftdurchmesser 9. Der Stiftdurchmesser 9 bildet im Abschnitt innerhalb des Ventilstücks 11 einen Dichtsitz, so dass neben der fluidischen Abdichtung eine Führung der Ventilnadel 7 in Hubrichtung gegeben ist. Ferner wird durch den Dichtsitz der Ventildruckraum 12 zwischen der Ventilnadel 7 und dem Ventilstück 1 abgedichtet. Auf dem Teilstück der Ventilnadel 7, welcher sich in den Ventildruckraum 12 hinein erstreckt, wird diese lediglich auf der Mantelfläche druckbeaufschlagt, so dass zunächst eine druckausgeglichene Anordnung der Ventilnadel 7 entsteht. Durch die Durchmesserdifferenz zwischen dem Dichtdurchmesser 10 und dem Stiftdurchmesser 9 entsteht jedoch eine Differenzfläche an der Ventilnadel 7, welche diese in Richtung des

Dichtsitzes 8 kraftbeaufschlagt. Durch die Hochdruckbeaufschlagung der Differenzfläche innerhalb des Ventildruckraums 12 wird die Ventilnadel 7 mit einer Kraft in den Dichtsitz 8 hinein bewegt bzw. in diesem gehalten, so dass die Druckfeder 28 mit einer lediglich geringen Steifigkeit ausgeführt ist. Ferner ist der Elektromagnet 27 entsprechend klein ausgelegt, da dieser nur gegen eine geringe Federkraft der Druckfeder 28 wirken muss. Zum Anheben der Ventilnadel 7 aus dem Dichtsitz 8 muss zwar die resultierende Kraft durch die druckbeaufschlagte Differenzfläche überwunden werden, jedoch wirkt diese Kraft im weiteren Hub der Ventilnadel 7 nicht mehr, so dass der Elektromagnet 27 nicht gegen eine fluidische Kraft wirken muss. Erfindungsgemäß wird damit das dynamische Verhalten der Ventilnadel 7 optimiert, so dass eine Druckfeder 28 mit kleineren Federkräften eingesetzt werden kann, wobei ferner ein Elektromagnet 27 mit kleineren Magnetkräften hinreichend ist.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, welcher ebenfalls im Querschnitt schematisch dargestellt ist. Der

Kraftstoffinjektor umfasst einen Injektorkörper 2, welcher in einen Düsenkörper 3 übergeht, wobei eine Düsennadel 4 innerhalb des Injektorkörpers 2 bzw. im Düsenkörper 3 geführt ist. Die Düsennadel 4 kommt gegen Einspritzöffhungen 5 innerhalb des Düsenkörpers 3 zur Anlage, so dass Kraftstoff, welcher durch einen Hochdruckspeicher 20 über eine Hochdruckleitung 21 im Düsenkörper 3 bereitgestellt wird, durch die

Einspritzöffhungen 5 austreten kann. Dabei wird der Kraftstoff zunächst über die Hochdruckleitung 21 bzw. über angeschlossene Hochdruckkanäle in einen Sammelraum 30 geführt, so dass dieser unter Kraftstoffhochdruck steht. Hebt sich die Düsennadel 4 von den Einspritzöffhungen 5 ab, so werden diese freigegeben und der Kraftstoff kann in den Brennraum gelangen.

Die Hubbewegung der Düsennadel 4 wird über einen Steuerraum 6 gesteuert, welcher durch die Endfläche der Düsennadel 4 begrenzt ist. Die Düsennadel 4 ist in einem Führungskörper 32 geführt, in welchem eine Drossel 31 eingebracht ist. Über die Drossel 31 gelangt unter Hochdruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 6, so dass sich dieser mit Kraftstoffhochdruck füllt. Der Steuerraum 6 ist über einen Fluidkanal 18 mit dem Steuerventil des Kraftstoffinjektors 1 verbunden, wodurch der Steuerraum 6 vorübergehend entlüftbar ist. Im Fluidkanal 18 ist eine weitere Drossel 33 eingebracht, um die Größe der Kraftstoffströmung innerhalb des Fluidkanals 18 zu begrenzen, und um somit die Geschwindigkeit der Hubbewegung der Düsennadel 4 zu kontrollieren.

Das Steuerventil umfasst einen Elektromagneten 27, um eine Ventilnadel 7 anzusteuern. Wird der Elektromagnet 27 bestromt, so wird die Ventilnadel 7 gegen die Federkraft einer Druckfeder 28 in eine Hubbewegung versetzt. Gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Ventilnadel 7 hülsenförmig ausgeführt, wobei sich durch die Ventilnadel 7 eine Bohrung erstreckt. In der Bohrung ist ein Druckstift 16 eingebracht, welcher ruhend mit dem Elektromagneten 27 verbunden ist bzw. im Injektorkörper 2 eingebracht ist. Der Druckstift 16 erstreckt sich nur in einem Teilbereich in die Ventilnadel 7 hinein, so dass die durchgehende Bohrung innerhalb der Ventilnadel 7 einen durch die Endfläche des Druckstiftes 16 begrenzten Raum bildet. Der Fluidkanal 18 erstreckt sich konzentrisch zum Druckstift 16 in den innerhalb der Ventilnadel gebildeten Raum hinein, wobei die Ventilnadel 7 gegen die Ventilplatte 14 zur Anlage gebracht werden kann, so dass sich ein Dichtsitz 8 ausbildet. Ist der Elektromagnet 27 nicht bestromt, so drückt die Druckfeder 28 die Ventilnadel 7 gegen die Ventilplatte 14, um den Dichtsitz 8 zu bilden. Die Ventilnadel 7 ist innerhalb eines Absteuerraums 19 aufgenommen, welcher mit einem Absteuerkanal 15 verbunden ist und daher nicht unter Kraftstoffhochdruck steht. Hebt die Ventilnadel 7 durch eine Bestromung des Elektromagneten 27 vom Dichtsitz 8 ab, so ist der Steuerraum 6 über den Fluidkanal 18 entlüftbar. Wird die Bestromung des Elektromagneten 27 beendet, so drückt die Druckfeder 28 die Ventilnadel 7 erneut gegen die Grenzfläche der Ventilplatte 14, so dass sich der Dichtsitz 8 wieder bildet und der Fluidkanal 18 vom Absteuerraum 19 wieder getrennt ist.

Die geometrische Ausgestaltung der Ventilnadel 7 im Bereich der Bohrung sieht einen Dichtdurchmesser 17 vor, welcher kleiner ist als der Stiftdurchmesser 9 des Druckstiftes

16. Dadurch entsteht die erfindungsgemäße Differenzfläche, welche durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Die Differenzfläche ist derart ausgebildet, dass die Ventilnadel 7 durch die fluidische Druckbeauschlagung gegen den Dichtsitz 8 gedrückt wird. Damit wird die Druckfeder 28 in ihrer Kraftwirkung unterstützt, so dass diese sowie der Elektromagnet 27 auch gemäß dieser

Ausführungsform des Krafstoffinjektors 1 kleiner ausgeführt werden können, und die oben stehend bereits genannten Vorteile gebildet werden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So ist es denkbar, die erfindungsgemäße Lösung prinzipiell auch für andere Komponenten im Hochdruckbereich zu verwenden, welche vergleichbare Steuerventile benötigen. Solche Steuerventile zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum haben die hubbeweglich geführte Ventilnadel gemeinsam, die gegen einen Dichtsitz bewegbar ist, um bei Abheben der Ventilnadel vom Dichtsitz einen Druckraum in einen Kraftstoffrücklauf zu entlasten, wobei die Ventilnadel die Differenzfläche aufweist, über die diese mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des Dichtsitzes gehalten ist.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine hubbeweglich in einem Injektorkörper (2) und/oder in einem Düsenkörper (3) geführte Düsennadel (4) zum Freigeben und/oder zum Schließen von wenigstens einer im Düsenkörper (3) eingebrachten Einspritzöffhung (5), wobei die Bewegung der Düsennadel (4) durch ein Steuerventil steuerbar ist, welches mit einem Steuerraum (6) zusammenwirkt, und wobei das Steuerventil eine hubbeweglich geführte Ventilnadel (7) aufweist, die gegen einen Dichtsitz (8) bewegbar ist, um bei Abheben der Ventilnadel (7) vom Dichtsitz (8) den Steuerraum (6) in einen Kraftstoffrücklauf (8) zu entlüften, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (7) eine Differenzfläche aufweist, über die diese mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar und in Richtung des Dichtsitzes (8) gehalten ist.

2. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (7) eine zylinderstiftartige Gestalt mit einem

Stiftdurchmesser (9) aufweist, die zur Bildung der Differenzfläche im Bereich des gegen den Dichtsitz (8) dichtenden Endes in einen Dichtdurchmesser (10) übergeht, welcher größer ist als der Stiftdurchmesser (9).

3. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein Ventilstück (11) aufweist, das an einen Ventildruckraum (12) angrenzt, wobei die Ventilnadel (7) wenigstens im Ventilstück (11) geführt ist und wobei sich der Bereich des dichtenden Endes der Ventilnadel (7) aus dem Ventilstück (11) in den Ventildruckraum (12) hinein erstreckt.

4. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventildruckraum (12) mit dem Steuerraum (6) fluidisch verbunden ist, wobei die fluidische Verbindung (13) in einer den Dichtsitz (8) bildenden Ventilplatte (14) ausgebildet ist.

5. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilplatte (14) innerhalb des Dichtsitzes (8) konzentrisch zur Erstreckung der Ventilnadel (7) ein Absteuerkanal (15) ausgebildet ist, sodass bei Abheben der Ventilnadel (7) vom Dichtsitz (8) der Ventildruckraum (12) und damit der Steuerraum (6) in den Absteuerkanal (15) entlüftbar ist.

6. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (7) hülsenförmig ausgebildet ist und sich ein Druckstift (16) mit einem Stiftdurchmesser (9) durch die Ventilnadel (7) hindurch erstreckt und die Ventilnadel (7) dichtend auf dem Druckstift (16) geführt ist.

7. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stiftdurchmesser (9) größer ist als der an der Ventilnadel (7) ausgebildete Dichtdurchmesser (17), um die Differenzfläche zu bilden.

8. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Dichtsitzes (8) in Wirkverbindung mit der Ventilnadel (7) ein mit dem Steuerraum (6) in fluidischer Verbindung stehender Fluidkanal (18) gegen einen Absteuerraum (19) dichtbar ist, wobei die Ventilnadel (7) im Absteuerraum (19) aufgenommen ist.

9. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil als Magnetventil ausgebildet ist.

10. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil als piezoaktorbetätigtes Ventil ausgebildet ist.