WO2009141182A1 - Kraftstoff-injektor - Google Patents

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WO2009141182A1
WO2009141182A1 PCT/EP2009/053373 EP2009053373W WO2009141182A1 WO 2009141182 A1 WO2009141182 A1 WO 2009141182A1 EP 2009053373 W EP2009053373 W EP 2009053373W WO 2009141182 A1 WO2009141182 A1 WO 2009141182A1
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WO
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injection valve
fuel
valve element
chamber
nozzle
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Application number
PCT/EP2009/053373
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Christoph Magel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Hub-controlled common rail injectors whose injection valve element is servo-controlled or directly controlled are known.
  • a common rail injector which has an integrated high-pressure storage space (mini-rail) for receiving a fuel storage volume.
  • the fuel storage volume in the high-pressure storage space serves to generate pressure oscillations between a high-pressure fuel accumulator (rail) and the fuel injector to reduce due to pressure surges in the fuel injector when closing the injection valve element.
  • large pressure increases take place within a nozzle space which is axially adjacent to the high-pressure storage space, in particular in a nozzle shaft leading to the nozzle hole arrangement.
  • the invention is therefore based on the object to propose a fuel injector, are avoided in the critical pressure oscillations within the nozzle chamber.
  • the decoupling takes place in such a way that a transmission of critical pressure oscillations from the high-pressure reservoir through the fuel volume in the nozzle chamber with closed or almost closed injection valve element is at least largely avoided.
  • a vibration-technical decoupling of the nozzle chamber from the high-pressure reservoir is achieved according to the invention in that the free flow cross-section through which fuel can flow from the high-pressure reservoir in the direction of the nozzle chamber is reduced during the closing process of the injection valve element by means of decoupling means, wherein it is within the scope of the invention is to reduce the free flow area up to, at least approximately, zero.
  • the decoupling means the flow cross-section through which the fuel from the high pressure storage space in axia- ler towards the nozzle chamber must flow, completely close.
  • an embodiment is preferred in which a small flow cross-section remains open even when the injection valve element is completely closed in order to avoid additional pressure surges by completely closing the flow cross-section.
  • decoupling means are designed such that the flow cross-section with the injection valve element fully opened is so large that the fuel can flow in the axial direction from the high-pressure reservoir, at least largely without pressure losses into the nozzle chamber not or only slightly to throttle the injection pressure.
  • the injection valve element it is particularly useful to use the injection valve element to minimize the flow cross-section, d. H. to be used as part of the decoupling agent. This can be realized by moving a switching element reducing the free cross-section synchronously with the injection valve element.
  • the switching element can be formed directly from the injection valve element in a simplest embodiment.
  • the switching element is preferably formed by a diameter step, or a shaft edge formed thereon, of the injection valve element.
  • a fixed to the injection valve element switching element may for example be formed as a kind of snap ring, which preferably in a circumferential groove of the injection valveiatas is held. With such a design of the switching element, this is not movable relative to the injection valve element.
  • a separate from the injection valve element, held on the injection valve element switching element, preferably against the force of a spring, relative to the injection valve element is adjustable, preferably in a direction away from the nozzle hole arrangement.
  • the switching element is arranged in the manner of a closing in the direction of the nozzle chamber check valve or check valve element.
  • the component cooperating with the switching element, between which and the switching element the flow cross-section is formed is preferably formed by a housing part, preferably by a nozzle body receiving the nozzle chamber.
  • An embodiment of the fuel injector is preferred in which a radially outer switching edge of the switching element cooperating directly with the further component, preferably the housing part, in particular the nozzle body, increases in size in order to increase the flow cross section away from the nozzle hole arrangement, ie in one direction above, d. H. is moved in the opening direction of the Einspritzventilememen- tes.
  • the injection valve element there are different possibilities. So it is conceivable to provide a one-piece or a multi-part injection valve element. Particularly preferred is an embodiment in which the injection valve element passes through the flow cross-section between the high-pressure reservoir and the nozzle chamber, the flow cross-section is thus formed radially outside of the injection valve element, wherein the injection valve element from the high-pressure reservoir into the nozzle chamber, preferably to the nozzle needle seat extends.
  • an injector in which a fuel supply channel, which is connected to a supply line, which supplies the fuel injector with fuel under high pressure from a high-pressure fuel storage (rail), opens directly into the pressure chamber.
  • the fuel injector is designed as a servo-controlled injector with a control valve
  • actuators for the control valve both electromagnetic and piezoelectric actuators can be used.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a fuel injector with a switching element formed by an injection valve element for minimizing the flow cross-section between a high-pressure reservoir and a nozzle chamber and
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a fuel injector in which the switching element is formed by a ring element which is separate from the injection valve element and held on the latter, which forms the valve body of a check valve.
  • Fig. 1 designed as a common rail injector fuel injector 1 for injecting fuel in a NEN not shown combustion chamber of a likewise not shown internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a high pressure pump 2 delivers fuel from a reservoir 3 in a high-pressure fuel storage 4 (Rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored.
  • the fuel injector 1, in addition to other injectors (not shown), is connected to the high-pressure fuel accumulator 4 via a supply line 5.
  • the supply line 5, or a supply channel connected to it, opens into a high-pressure reservoir 6 (mini-rail) of the fuel injector 1.
  • the fuel flows from there during an injection process in the axial direction to a nozzle chamber 7 and from there through a nozzle hole arrangement 8 in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 is connected via an injector return port 9 to a return line 10. Via the return line 10, a later to be explained control amount of fuel from the fuel injector to flow to the reservoir 3 and fed from there from the high pressure circuit again.
  • an injection valve element 12 which is integral in this exemplary embodiment and, if necessary, can also be designed in several parts, can be adjusted in the axial direction.
  • the injection valve element 12 is guided within an axially adjacent to the injector body 11 nozzle body 13 at its outer periphery.
  • the nozzle body 13 is screwed by means of a union nut, not shown, with the injector body 11.
  • the injection valve element 12 has at its tip 14 a closing surface 15, with which the injection valve element 12 in a tight contact with an injection valve element seat 16 formed inside the nozzle body 13 can be brought.
  • an injection valve element seat 16 formed inside the nozzle body 13 can be brought.
  • high-pressure fuel can flow from the high-pressure reservoir 6 in the axial direction through a laterally to be explained flow cross-section 17 by axially adjacent thereto in a guide section 18 on the outer circumference of the injection valve element 12 formed by polished axial channels 19 flow into the nozzle shaft formed as an annular nozzle of the nozzle chamber 7 and from there to the injection valve element 16 over to the nozzle hole arrangement 8. From this, the fuel, injected substantially under the high pressure (rail pressure) standing in the combustion chamber.
  • sleeve-shaped portion 21 of a valve body 22 From an upper end face 20 of the injection valve element 16 and a lower in the drawing plane, sleeve-shaped portion 21 of a valve body 22, a control chamber 23 is limited, which extends over a radially in the sleeve-shaped portion 21 of the valve body 22 extending inlet throttle 24 with high-pressure fuel directly from the High-pressure accumulator 6 is supplied.
  • the sleeve-shaped section 21 with the control chamber 23 enclosed therein is surrounded radially on the outside by high-pressure fuel, so that an annular guide gap 25 is comparatively fuel-tight radially between the sleeve-shaped section 21 and the injection valve element 16.
  • the control chamber 23 is connected via a arranged in the valve body 22 drain passage 26 with outlet throttle 27 with a valve chamber 28 which is closable with a valve ball 29 of a control valve 30 (servo-valve).
  • a control valve 30 (servo-valve).
  • Out The valve chamber 28 and thus from the control chamber 23 can flow fuel into a low-pressure region 31 of the fuel injector 1 and from there to the injector return port 9, when the valve ball 29, which rests in the axial direction on a control piston 32 which is operatively connected to an armature plate 33 is lifted from a front side on the valve body 22 formed control valve seat 34, that is, the control valve 30 is opened.
  • an electromagnetic actuator 35 is provided which cooperates with the armature plate 33 which is arranged in an armature plate space 36 and subsequently with the control piston 32 and the axially adjacent Valve ball 29.
  • the actuator 35 When the actuator 35 is energized, the valve ball 29 lifts off from its control valve seat 34.
  • the flow cross sections of the inlet throttle 24 and the outlet throttle 27 are matched to one another such that when the control valve 30 is open, a net outflow of fuel (fuel control quantity) from the control chamber 23 via the valve chamber 28 into a valve chamber 37, from this via a radial passage 38 into a Ring channel 39 and from this via a further radial channel 40 inwardly into the anchor plate space 36 and through a central channel in an electromagnet assembly 41 to the injector return port 9 flows.
  • the pressure in the control chamber 32 drops rapidly, as a result of which the injection valve element 12 lifts off from its injection valve element seat 16, so that fuel can flow out of the nozzle chamber 7 through the nozzle hole arrangement 8.
  • the energization of the electromagnetic actuator 35 is interrupted, whereby the control piston 32 with the valve ball 29 by means of a control spring 42 which is supported on the anchor plate 33, in the drawing plane down to its control valve seat 34 is adjusted.
  • the fuel flowing in through the inlet throttle 24 into the control chamber 23 ensures rapid pressure increase in the control chamber 23 and thus a closing force acting on the injection valve element 12.
  • the resulting closing movement of the injection valve element 12 can be assisted by an optional closing spring, which is supported at one end on a circumferential collar of the injection valve element 12 and at the other end against the lower end face of the sleeve-shaped section 21 of the valve body 22.
  • the switching element 46 is formed by the injection valve element 12, this logically moves completely synchronously with the injection valve element.
  • the diameter step 45 ie the switching element 46 and the annular edge 43, are arranged relative to one another such that the flow cross-section cut 17 in the closed position of the injection valve element 12 shown in which it rests against the Einspritzventilele- ment seat 16, is minimal. It can be seen that the flow cross-section 17 with a closed Einspritzventil- element 12 is formed only by a minimum circumferential gap radially between an upper, larger diameter portion 47 of the injection valve element 12 and the annular edge 43 of the nozzle body 13 and an outer guide portion 48.
  • the larger diameter section 47 protrudes axially into the nozzle chamber 7 a little way downwards.
  • the switching element 46 or the switching edge 50 radially formed by a diameter step 45, again reaches the annular edge 43, so that the flow cross-section 17 before the injection valve element 12 reaches its closed position, ie its injection valve element seat 16, is reduced to the minimum shown.
  • the nozzle chamber 7 is decoupled from the high-pressure accumulator chamber 6 in terms of vibration, so that pressure oscillations occurring in the high-pressure accumulator chamber 6 are not attenuated in the nozzle chamber. 7 are transferred spatial, whereby material stress in the region of the nozzle body 13, in particular in the shaft region of the nozzle chamber 7 is avoided.
  • FIG. 2 an alternative embodiment of a fuel injector 1 is shown.
  • the operation of the fuel Inj ector 1 substantially corresponds to the operation of the fuel injector 1 shown in FIG. 2, so that in order to avoid repetition in the following essentially only to the differences from the fuel injector shown in Fig. 1 and previously described 1 is received.
  • the high-pressure accumulator chamber 6 terminates at the lower side of the injector body 11 in the drawing plane.
  • a separate, annular switching element 46 is held axially adjustable, wherein the switching element 46 in the plane below and radially outside a switching edge 50 which cooperates to minimize the flow cross-section 17 with an annular edge 43 of the nozzle body 13, wherein the nozzle edge 43 is formed directly on the front side on the circumference of a stepped bore 44 and the nozzle chamber 7 limited in the axial direction upwards.
  • the switching element 46 which surrounds the injection valve element 12 in its entirety, is spring-loaded in the plane of the drawing in the axial direction downward by a spring 52 designed as a compression spring against a circumferential collar 53.
  • the spring 52 is supported at one end on an upper end face of the switching element 46 in the plane of the drawing and at the other end on a lower side of the drawing plane of a securing ring 54 held on the injection valve element 12.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1) insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem axial zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (12), und mit einem Hochdruckspeicherraum (6), aus dem Kraftstoff bei in seiner Öffnungsstellung befindlichem Einspritzventilelement (12) in axialer Richtung zu einem Düsenraum (7) und weiter zu einer Düsenlochanordnung (8) strömen kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Abkoppelmittel vorgesehen sind, mit denen der Strömungsquerschnitt (17) zwischen dem Hochdruckspeicherraum (6) und dem Düsenraum (7) beim Schließvorgang des Einspritzventilelementes (12), vorzugsweise kurz bevor das Einspritzventilelement (12) seine Schließstellung erreicht, verkleinerbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff-Injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraft- Stoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Einbringen von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungsmotoren, insbesondere Diesel-Motoren, werden derzeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt. Vorteilhaft ist dabei, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors angepasst werden kann. Zur weiteren Verbesserung der Motoremission ist es erforderlich, den Einspritzdruck immer weiter zu steigern. Dabei ist die Festigkeit der Komponenten, insbesondere im Düsenbereich des Injektors, kritisch.
Bekannt sind hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren, deren Einspritzventilelement servogesteuert oder direkt gesteuert ist. Als Drucksteller sind piezoelektrische und elektromagnetische Aktuatoren im Einsatz.
Aus der DE 2006 012 078 Al ist ein Common-Rail-Injektor bekannt, der einen integrierten Hochdruckspeicherraum (Mini- Rail) zur Aufnahme eines Kraftstoff-Speichervolumens aufweist. Das Kraftstoff-Speichervolumen im Hochdruckspeicherraum dient dazu, Druckschwingungen zwischen einem Kraft- stoffhochdruckspeicher (Rail) und dem Kraftstoff-Injektor zu verringern, die auf Drucküberschwinger im Kraftstoff- Injektor beim Schließen des Einspritzventilelementes zurückzuführen sind. Trotz der durch das Vorsehen eines integralen Hochdruckspeicherraums verbesserten Situation tre- ten innerhalb eines axial zu dem Hochdruckspeicherraum benachbarten Düsenraum, insbesondere in einem zur Düsenloch- anordnung führenden Düsenschaft, beim Schließen des Einspritzventilelementes große Druckerhöhungen auf. Durch den vergleichsweise kleinen Strömungsquerschnitt im Düsenraum treten dabei an der Düsenspitze, d. h. im Bereich der Dü- senlochanordnung, sehr hohe Druckamplituden auf, was zu einer starken Materialbelastung des Düsenkörpers führt. Im Hochdruckspeicherraum selbst sind die auftretenden Druckschwingungen unkritisch für die Druckfestigkeit des Kraft- stoff-Injektors.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem kritische Druckschwingungen innerhalb des Düsenraums vermieden werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Die Erfindung hat erkannt, dass die Druckschwingungen im Düsenraum dadurch minimiert werden können, dass der Düsenraum während des Schließvorgangs des Einspritzventilelementes, bevorzugt (erst) kurz bevor das Einspritzventilelement seine Schließstellung, d. h. den Einspritzventilelementsitz erreicht, von dem Hochdruckspeicherraum, genauer von dem im Hochdruckspeicherraum befindlichen Kraftstoff- Speichervolumen, abgekoppelt wird. Die Abkopplung erfolgt dabei derart, dass eine Übertragung von kritischen Druck- Schwingungen aus dem Hochdruckspeicherraum durch das Kraftstoffvolumen in den Düsenraum bei geschlossenem oder fast geschlossenem Einspritzventilelement zumindest weitgehend vermieden wird. Eine schwingungstechnische Abkopplung des Düsenraums von dem Hochdruckspeicherraum wird erfindungsge- maß dadurch erreicht, dass der freie Strömungsquerschnitt, durch den Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum in Richtung des Düsenraums strömen kann, beim Schließvorgang des Einspritzventilelementes mit Hilfe von Abkoppelmitteln verkleinert wird, wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, den freien Strömungsquerschnitt bis auf, zumindest näherungsweise, null zu reduzieren. Durch die Minimierung des freien Strömungsquerschnittes in einem Bereich axial zwischen dem Hochdruckspeicherraum und dem Düsenraum wird erreicht, dass Druckschwingungen des Kraftstoff-Speichervolumens im Hoch- druckspeicherraum nicht oder allenfalls abgeschwächt auf den im Düsenraum befindlichen Kraftstoff übertragen werden, wodurch kritische Druckamplituden im Düsenraum, insbesondere im Düsenschaft des Düsenraums, vermieden werden, wodurch wiederum kritische Materialbelastungen vermieden werden.
Wie eingangs erwähnt, ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Abkoppelmittel den Strömungsquerschnitt, durch den der Kraftstoff vom Hochdruckspeicherraum in axia- ler Richtung zum Düsenraum strömen muss, vollständig verschließen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der ein geringer Strömungsquerschnitt auch bei vollständig geschlossenem Einspritzventilelement offen bleibt um zu- sätzliche Druckstöße durch ein vollständiges Schließen des Strömungsquerschnittes zu vermeiden.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Abkoppelmittel derart ausgebildet sind, dass der Strö- mungsquerschnitt bei vollständig geöffnetem Einspritzventilelement so groß ist, dass der Kraftstoff in axialer Richtung aus dem Hochdruckspeicherraum, zumindest weitgehend, ohne Druckverluste in den Düsenraum strömen kann, um den Einspritzdruck nicht oder nur geringfügig zu drosseln.
Besonders zweckmäßig ist es, das Einspritzventilelement zur Minimierung des Strömungsquerschnittes heranzuziehen, d. h. als Bestandteil der Abkoppelmittel zu nutzen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass ein den freien Querschnitt reduzierendes Schaltelement synchron mit dem Einspritzventilelement bewegt wird. Dabei kann das Schaltelement in einer einfachsten Ausführungsform unmittelbar von dem Einspritzventilelement gebildet werden. Alternativ ist es möglich, das Schaltelement an dem Einspritzventilelement, vor- zugsweise axial verstellbar, festzulegen.
Bei einem von dem Einspritzventilelement gebildeten Schaltelement wird das Schaltelement vorzugsweise von einer Durchmesserstufe, bzw. einer daran ausgebildeten Schaftkan- te, des Einspritzventilelementes gebildet. Ein an dem Einspritzventilelement festgelegtes Schaltelement kann beispielsweise als eine Art Sicherungsring ausgebildet sein, der vorzugsweise in einer Umfangsnut des Einspritzventil- elementes gehalten ist. Bei einer derartigen Ausbildung des Schaltelementes, ist dieses nicht relativ zu dem Einspritzventilelement bewegbar.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der ein von dem Einspritzventilelement separates, an dem Einspritzventilelement gehaltenes Schaltelement, vorzugsweise entgegen der Kraft einer Feder, relativ zu dem Einspritzventilelement verstellbar ist, vorzugsweise in eine Rich- tung von der Düsenlochanordnung weg. Hierdurch können ggf. im Düsenraum auftretende Druckamplituden an das Kraftstoff- Speichervolumen im Hochdruckspeicherraum abgegeben werden. Das Schaltelement ist dabei in der Art eines in Richtung des Düsenraums schließenden Rückschlagventils bzw. Rück- schlagventilelementes angeordnet.
Bevorzugt wird das mit dem Schaltelement zusammenwirkende Bauteil, zwischen dem und dem Schaltelement der Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, von einem Gehäuseteil gebil- det, vorzugsweise von einem den Düsenraum aufnehmenden Düsenkörper .
Bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff- Injektors, bei der eine unmittelbar mit dem weiteren Bau- teil, vorzugsweise dem Gehäuseteil, insbesondere dem Düsenkörper, zusammenwirkende, radial äußere, Schaltkante des Schaltelementes zum Vergrößern des Strömungsquerschnittes von der Düsenlochanordnung weg, also in eine Richtung nach oben, d. h. in Öffnungsrichtung des Einspritzventilelemen- tes bewegt wird.
Im Hinblick auf die Ausbildung des Einspritzventilelementes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es denkbar, ein einteiliges oder auch ein mehrteiliges Einspritzventilelement vorzusehen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Einspritzventilelement den Strömungsquerschnitt zwischen dem Hochdruckspeicherraum und dem Düsenraum durchsetzt, der Strömungsquerschnitt also radial außerhalb des Einspritzventilelementes ausgebildet ist, wobei das Einspritzventilelement vom Hochdruckspeicherraum bis in den Düsenraum, vorzugsweise bis zum Düsennadelsitz, reicht .
Besonders zweckmäßig ist eine Injektorbauform, bei der ein Kraftstoff-Versorgungskanal, der an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist, die den Kraftstoff-Injektor mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff von einem Kraftstoffhoch- druckspeicher (Rail) versorgt, unmittelbar in den Druckraum mündet. Für den Fall, dass der Kraftstoff-Injektor als ser- vo-gesteuerter Injektor mit einem Steuerventil ausgebildet ist, ist es bevorzugt, die dem Steuerventil zugeordnete Steuerkammer in einem Bauteil anzuordnen, welches, zumin- dest abschnittsweise, radial innerhalb des Hochdruckspeicherraums angeordnet ist, um Führungsspalte zwischen dem Einspritzventilelement und diesem Bauteil möglichst kraftstoffdicht zu realisieren. Als Aktuatoren für das Steuerventil können sowohl elektromagnetische als auch piezo- elektrische Aktuatoren eingesetzt werden. Es ist auch eine Ausführungsform mit direkt angesteuertem Einspritzventilelement realisierbar, bei der auf das Vorsehen eines Ser- vokreislaufs, also das Vorsehen eines Steuerventils, verzichtet wird. Auch bei einer derartigen Ausführungsform können durch ein Minimieren des Strömungsquerschnittes zwischen einem Hochdruckspeicherraum und einem Düsenraum beim Schließvorgang des Einspritzventilelementes kritische Druckspitzen im Düsenraum vermieden werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoff- Injektors mit einem von einem Einspritzventilelement gebildeten Schaltelement zur Minimierung des Strömungsquerschnittes zwischen einem Hochdruckspeicherraum und einem Düsenraum und
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors, bei der das Schaltelement von einem von dem Einspritzventilelement separaten, an diesem gehaltenen Ringelement gebildet ist, das den Ventilkörper eines Rückschlagventils bil- det.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in ei- nen nicht gezeigten Brennraum einer ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail) . In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht ge- zeigten Injektoren, über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5, bzw. ein an diese angeschlossener Versorgungskanal, mündet in einen Hochdruckspeicherraum 6 (Mini-Rail) des Kraftstoff-Injektors 1. Der Kraftstoff strömt von dort aus bei einem Einspritzvorgang in axialer Richtung zu einem Düsenraum 7 und von diesem durch eine Düsenlochanordnung 8 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor 1 ist über einen Injektorrücklaufanschluss 9 an eine Rücklaufleitung 10 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 10 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Injektor zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden .
Innerhalb eines den Hochdruckspeicherraum 6 begrenzenden Injektorkörpers 11 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel einstückiges Einspritzventilelement 12, das bei Bedarf auch mehrteilig ausgeführt sein kann, in axialer Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 12 innerhalb eines axial an dem Injektorkörper 11 anliegenden Düsenkörper 13 an seinem Außenumfang geführt. Der Düsenkörper 13 ist mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Injektorkörper 11 verschraubt.
Das Einspritzventilelement 12 weist an seiner Spitze 14 eine Schließfläche 15 auf, mit welcher das Einspritzventilelement 12 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 13 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 16 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 12 an seinem Einspritzventilelementsitz 16 anliegt, d. h., sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus der Düsenlochanordnung 8 gesperrt. Ist es dagegen von sei- nem Einspritzventilelementsitz 16 abgehoben, kann unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum 6 in axialer Richtung durch einen später noch zu erläuternden Strömungsquerschnitt 17 durch axial benachbart dazu in einem Führungsabschnitt 18 am Außenumfang des Ein- spritzventilelementes 12 durch Anschliffe gebildete Axialkanäle 19 in den als Ringraum ausgebildeten Düsenschaft des Düsenraums 7 strömen und von dort an dem Einspritzventilelement 16 vorbei zur Düsenlochanordnung 8. Aus dieser wird der Kraftstoff, im Wesentlichen unter dem Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt.
Von einer oberen Stirnseite 20 des Einspritzventilelementes 16 und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 21 eines Ventilkörpers 22 wird eine Steuerkammer 23 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 21 des Ventilkörpers 22 verlaufende Zulaufdrossel 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff unmittelbar aus dem Hochdruckspeicherraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmi- ge Abschnitt 21 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 23 ist radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, sodass ein ringförmiger Führungsspalt 25 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 21 und dem Einspritzventilelement 16 vergleichsweise kraftstoffdicht ist.
Die Steuerkammer 23 ist über einen, in dem Ventilkörper 22 angeordneten Ablaufkanal 26 mit Ablaufdrossel 27 mit einer Ventilkammer 28 verbunden, die mit einer Ventilkugel 29 eines Steuerventils 30 (Servo-Ventil) verschließbar ist. Aus der Ventilkammer 28 und damit aus der Steuerkammer 23 kann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 31 des Kraftstoff- Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 9 strömen, wenn die Ventilkugel 29, die in axialer Richtung an einem Steuerkolben 32 anliegt, der mit einer Ankerplatte 33 wirkverbunden ist, von einem stirnseitig am Ventilkörper 22 ausgebildeten Steuerventilsitz 34 abgehoben, d. h. das Steuerventil 30 geöffnet ist. Zum Verstellen des Steuerkolbens 32 und damit der Ventilkugel 29 in der Zeichnungsebene nach oben ist ein elektromagnetischer Aktuator 35 vorgesehen, der mit der Ankerplatte 33, die in einem Ankerplattenraum 36 angeordnet ist, zusammenwirkt und in der Folge auch mit dem Steuerkolben 32 und der axial benachbarten Ventilkugel 29. Bei Bestromung des Aktuators 35 hebt die Ventil- kugel 29 von ihrem Steuerventilsitz 34 ab. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 24 und der Ablaufdrossel 27 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 30 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Kraftstoffsteuermenge) aus der Steuerkammer 23 über die Ventil- kammer 28 in einen Ventilraum 37, von diesem über einen Radialkanal 38 in einen Ringkanal 39 und von diesem über einen weiteren Radialkanal 40 nach innen in den Ankerplattenraum 36 und durch einen zentrischen Kanal in einer Elektromagnetanordnung 41 zum Injektorrücklaufanschluss 9 strömt. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 32 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 12 von seinem Einspritz- ventilelementsitz 16 abhebt, sodass Kraftstoff aus dem Düsenraum 7 durch die Düsenlochanordnung 8 ausströmen kann.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 35 unterbrochen, wodurch der Steuerkolben 32 mit der Ventilkugel 29 mittels einer Steuerfeder 42, die sich auf der Ankerplatte 33 abstützt, in der Zeichnungsebene nach unten auf ihren Steuerventilsitz 34 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 24 in die Steuerkammer 23 nachströmende Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung in der Steuerkammer 23 und damit für eine auf das Einspritzventilelement 12 wirkende Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung des Einspritzventilelementes 12 kann bei Bedarf von einer nicht dargestellten, fakultativen Schließfeder unterstützt werden, die sich beispielsweise einenends an einem Umfangsbund des Einspritzventilelementes 12 und anderenends an der in der Zeichnungsebene unteren Stirnseite des hülsenförmigen Abschnitts 21 des Ventilkörpers 22 abstützt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel setzt sich der Hoch- druckspeicherraum 6, der hauptsächlich im Injektorkörper 11 angeordnet ist, in axialer Richtung in den Düsenkörper 13 fort. Damit der Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventilelement 12 aus dem Hochdruckspeicherraum 6 in axialer Richtung zu dem benachbarten, vollständig im Düsenkörper 13 ausgebildeten Düsenraum 7 strömen kann, muss der unter Hochdruck stehende Kraftstoff einen ringförmigen Strömungsquerschnitt 17 passieren, der im Wesentlichen zwischen dem Einspritzventilelement 12 und einer radial inneren Ringkante 43 einer Stufenbohrung 44 im Düsenkörper 13 gebildet ist. Genauer wird der Strömungsquerschnitt 17 zum einen, von einem von einer Durchmesserstufe 45 des Einspritzventilelementes 12 gebildeten Schaltelement 46 und zum anderen von der Ringkante 43 des Düsenkörpers 13 gebildet. Da das Schaltelement 46 von dem Einspritzventilelement 12 gebildet ist, bewegt sich dieses logischerweise vollständig synchron mit dem Einspritzventilelement. Die Durchmesserstufe 45, d. h. das Schaltelement 46 und die Ringkante 43 sind derart relativ zueinander angeordnet, dass der Strömungsquer- schnitt 17 in der gezeigten Schließstellung des Einspritzventilelementes 12, bei der dieses am Einspritzventilele- mentsitz 16 anliegt, minimal ist. Zu erkennen ist, dass der Strömungsquerschnitt 17 bei geschlossenem Einspritzventil- element 12 lediglich von einem minimalen Umfangsspalt radial zwischen einem oberen, größeren Durchmesserabschnitt 47 des Einspritzventilelementes 12 und der Ringkante 43 des Düsenkörpers 13 bzw. einem Außenführungsabschnitt 48 gebildet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ragt der grö- ßere Durchmesserabschnitt 47, an dem in axialer Richtung nach unten ein kleinerer Durchmesserabschnitt 49 angrenzt, axial ein Stück weit nach unten in den Düsenraum 7 hinein. Sobald das Einspritzventilelement 12 aus seiner gezeigten Schließstellung in der Zeichnungsebene nach oben weiter in die Steuerkammer 23 hinein verstellt wird, wandert das Schaltelement 46 synchron mit dem Einspritzventilelement 12 in axialer Richtung nach oben, wodurch der größere Durchmesserabschnitt 47 vollständig aus dem Düsenraum 7 herausbewegt wird und in der Folge der Strömungsquerschnitt 17, den der Kraftstoff passieren muss, um aus dem Hochdruckspeicherraum 6 in den Düsenraum 7 und weiter zur Düsenloch- anordnung 8 zu gelangen, vergrößert wird.
Beim Schließvorgang erreicht das Schaltelement 46, bzw. die von einer Durchmesserstufe 45 radial ausgebildete Schaltkante 50 wieder die Ringkante 43, sodass der Strömungsquerschnitt 17, bevor das Einspritzventilelement 12 seine Schließstellung, d. h. seinen Einspritzventilelementsitz 16 erreicht, auf das gezeigte Minimum reduziert wird. Bei ei- nem derart minimierten Strömungsquerschnitt 17 ist der Düsenraum 7 von dem Hochdruckspeicherraum 6 schwingungstechnisch abgekoppelt, sodass im Hochdruckspeicherraum 6 auftretende Druckschwingungen nicht abgeschwächt in den Düsen- räum 7 übertragen werden, wodurch Materialstress im Bereich des Düsenkörpers 13, insbesondere im Schaftbereich des Düsenraums 7 vermieden wird.
In Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors 1 gezeigt. Die Funktionsweise des Kraftstoff-Inj ektors 1 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise des in Fig. 2 gezeigten Kraftstoff-Injektors 1, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen im Folgenden im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem in Fig. 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Kraftstoff-Injektor 1 eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Beschreibung sowie auf Fig. 1 verwiesen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, endet der Hochdruckspeicherraum 6 an der in der Zeichnungsebene unteren Seite des Injektorkörpers 11. Der Düsenraum 7, der vollständig im Düsenkörper 13 angeordnet ist, erhält hierdurch ein zusätzliches, mit dem Bezugszeichen 51 gekennzeichnetes Zwischenvo- lumen. Dieses befindet sich unmittelbar axial anschließend an den Führungsabschnitt 18 des einstückigen Einspritzventilelementes 12.
An dem Einspritzventilelement 12 ist ein von diesem separa- tes, ringförmiges Schaltelement 46 axial verstellbar gehalten, wobei das Schaltelement 46 in der Zeichnungsebene unten und radial außen eine Schaltkante 50 aufweist, die zum Minimieren des Strömungsquerschnittes 17 mit einer Ringkante 43 des Düsenkörpers 13 zusammenwirkt, wobei die Düsen- kante 43 unmittelbar stirnseitig am Umfang einer Stufenbohrung 44 ausgebildet ist und den Düsenraum 7 in axialer Richtung nach oben begrenzt. Das das Einspritzventilelement 12 vollumfänglich umschließende Schaltelement 46 wird in der Zeichnungsebene in axialer Richtung nach unten von einer als Druckfeder ausgebildeten Feder 52 gegen einen Umfangsbund 53 federkraftbeauf- schlagt. Die Feder 52 stützt sich hierzu einenends an einer in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite des Schaltelementes 46 und anderenends an einer in der Zeichnungsebene unteren Seite eines am Einspritzventilelements 12 gehaltenen Sicherungsrings 54 ab. Sobald das Schaltelement 46, bzw. dessen Schaltkante 50, bei einer Schließbewegung des Einspritzventilelementes 12 in unmittelbare Nähe der Ringkante 43 gelangt, wird der Strömungsquerschnitt 17 soweit minimiert, dass der Düsenraum 7 im Hinblick auf Druckschwingungen zumindest weitgehend von dem Hochdruckspeicherraum 6 abgekoppelt ist.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Inj ektor, insbesondere Common-Rail- Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem axial zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (12), und mit einem Hochdruckspeicherraum (6), aus dem Kraftstoff bei in seiner Öffnungsstellung befindlichem Ein- spritzventilelement (12) in axialer Richtung zu einem Düsenraum (7) und weiter zu einer Düsenlochanordnung (8) strömen kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass Abkoppelmittel vorgesehen sind, mit denen der Strömungsquerschnitt (17) zwischen dem Hochdruckspeicherraum (6) und dem Düsenraum (7) beim Schließvorgang des Einspritzventilelementes (12), vorzugsweise kurz bevor das Einspritzventilelement (12) seine Schließstellung erreicht, verkleinerbar ist.
2. Kraftstoff-Inj ektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppelmittel derart ausgebildet sind, dass der Strömungsquerschnitt (17) nicht bis auf null reduzierbar ist.
3. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppelmittel derart ausgebildet sind, dass der Strömungsquerschnitt (17) bei in seiner Öffnungsstellung befindlichem Einspritzventilelement (12) so groß ist, dass Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum (6), zumindest weitgehend, ohne Druckverluste in den Düsenraum (7) strömen kann.
4. Kraftstoff-Inj ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppelmittel ein synchron mit dem Einspritzventilelement (12) bewegbares Schaltelement (46) aufweisen, zwischen dem und einem weiteren Bauteil der Strömungsquerschnitt (17) ausgebildet ist.
5. Kraftstoff-Inj ektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (46) von dem Einspritzventilelement (12) gebildet oder an diesem, vorzugsweise axial verstellbar, gehalten ist.
6. Kraftstoff-Inj ektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (46), vorzugsweise entgegen der Kraft einer Feder, relativ zum Einspritzventilelement (12), insbesondere axial in eine Richtung von der Dü- senlochanordnung (8) weg, verstellbar ist.
7. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil von einem Gehäuseteil, vorzugsweise von einem axial benachbart zu einem Injek- torkörper (11) angeordneten Düsenkörper (13), gebildet ist.
8. Kraftstoff-Inj ektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltkante (50) des Schaltelements (46) in der Öffnungsstellung des Einspritzventilelementes (12) oberhalb einer mit dem Schaltelement (46) zusammenwirkenden Ringkante (43) des Gehäuseteils angeordnet ist.
9. Kraftstoff-Inj ektor nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einteilige oder mehrteilige Einspritzventilelement (12) den Strömungsquerschnitt (17) zwischen dem Hochdruckspeicherraum (6) und dem Düsenraum (7) durchsetzend angeordnet ist.
10. Kraftstoff-Inj ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstoff-Versorgungskanal unmittelbar in den Hochdruckspeicherraum (6) mündet, der vorzugsweise eine Steuerkammer (23) eines Steuerventils (30) radial außen umschließt.
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