WO2011057864A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2011057864A1
WO2011057864A1 PCT/EP2010/064655 EP2010064655W WO2011057864A1 WO 2011057864 A1 WO2011057864 A1 WO 2011057864A1 EP 2010064655 W EP2010064655 W EP 2010064655W WO 2011057864 A1 WO2011057864 A1 WO 2011057864A1
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valve
guide
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valve seat
axial
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PCT/EP2010/064655
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Inventor
Nadja Eisenmenger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber in an internal combustion engine, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1.
  • Hub-controlled fuel injectors are known with designed as a solenoid valve or piezoelectric valve control valve for controlling the pressure in a limited by an axially adjustable injection valve element control chamber.
  • the newest control valves are designed to be pressure-balanced, that is to say such that in the closed state in the axial direction the forces that are as small as possible, or preferably no forces at all, act in the axial direction.
  • the use of pressure compensated control valves allows smaller spring forces, small actuator forces, smaller control valve strokes and thus faster switching times. Due to the faster switching times, the multiple injection capability can be significantly improved.
  • the invention has the object of a fuel! specify injector with a control valve, in which the best possible sealing of the valve seat of the control valve is provided on the valve seat and at the same time a comparatively inexpensive guide for the valve element can be realized.
  • the invention is based on the consideration that, in practice, it can be assumed that transverse forces act on the valve element of the control valve during operation of the fuel injector, which causes the valve element to touch the guide at any point at any time.
  • two extreme positions are conceivable, namely, on the one hand, a fully tilted position, in which the valve element rests on an upper annular edge of the guide and the other on the opposite side to a lower annular edge of the guide and a second extreme position, wherein the valve element within the guide is completely shifted in parallel and on an axially extending line the guide is present.
  • the invention further proceeds from the assumption that the lateral forces acting on the valve element, in particular the transverse forces of a valve spring acting on the valve element, act in such a way that the first alternative (first extreme position or position) is more likely, namely that the valve element is more full tilted lying in the guide and it will be based on the one hand at the top of the guide and the other on the opposite side at the bottom of the guide.
  • control valve for the first extreme position ie the fully tilted valve element is to be optimized, preferably such that the valve element on the valve seat does not even have to slip to cooperate sealingly with the valve seat, but already in the fully tilted Position (first extreme position) seals.
  • the invention achieves this by realizing the guide for the valve element and the geometric configuration and arrangement of the valve seat such that a fictitious pivot point of the valve seat is located within the axial extent of the guide. This is intended to ensure that this fictitious, later to be explained pivot point of the valve seat and the pivot point of the valve tilelementes, which is arranged on the axial center of the guide, as close as possible.
  • the aforementioned, fictitious pivot point of the valve seat is defined formed by the center of an imaginary circle, the valve seat in a longitudinal central axis of the valve member receiving longitudinal section portion, the valve seat, preferably two angularly extending surface portions of the valve seat selectively contacted, preferably such that the imaginary circle none of Seating cuts.
  • This in turn is based on the assumption that the, preferably conical, valve seat at small tilt angles of less than 1 ° approximately behaves like a ball.
  • the imaginary circle is thus under this assumption the turning circle on which the valve element moves during tilting.
  • valve seat is capable of a certain gap by means of a valve spring force and the material elasticity close, which in the inventive arrangement of the fictitious pivot point of the valve seat, the tightness of the control valve can be guaranteed in all extreme situations.
  • valve seat and the guide are arranged stationary relative to each other in the fuel injector.
  • the object is also achieved with a second alternative, this differs from the first alternative only in that here the imaginary circle touches the sealing element formed on the valve element punctually in two spaced points (preferably does not cut the sealing area) and that the center of this Circle is a fictitious, imaginary pivot point of the sealing region of the valve element.
  • the sealing area and the guide are fixed relative to each other, which can be realized by the fact that the sealing area and the guide are formed by the valve element.
  • the assumption is that the imaginary circle is the turning circle on which the valve element is tilted in the closed state, i. moved when the sealing area on the valve seat. It is particularly preferred if the sealing region is formed in the second alternative as an inner or outer cone and in the longitudinal sectional view of the fuel injector two spaced, line-shaped sealing area surface sections each form a tangent to the imaginary circle.
  • the center of the imaginary, the valve seat at two spaced points each selectively touching and preferably the seat non-cutting circle, ie the fictitious pivot point of the valve seat as close to the axial center, ie the pivot point of the valve element in the first Extreme situation (plant at the upper Guide edge and system on the opposite lower guide edge) is arranged.
  • the distance between the center of the circle and the axial center of the guide less than 40% of the axial guide length, in particular less than 30%, preferably less than 20%, more preferably less than 10%, most preferably less than 5 %.
  • the second alternative for the imaginary circle which contacts the sealing region at two points and which preferably does not intersect the sealing surface.
  • the center of the imaginary circle is half the guide length, i. is arranged in the axial center of the guide and thus preferably coincides with the previously mentioned several times pivot point of the valve element in the first extreme position.
  • the midpoint be at an axial height of the guide intermediate between the axial center and the valve seat facing the end of the guide is located.
  • the center of the imaginary circle (in the first or second alternative) is arranged on a longitudinal central axis of the guide.
  • valve seat or the sealing region of the valve element in a cone shape.
  • internal or external conical seats can be realized as an alternative, with the valve element interacting with inner cone-shaped surfaces in the case of the inner cone-shaped valve seat or sealing area and with outer conical valve seat surfaces or sealing area surfaces.
  • the cone angle of the valve seat or of the sealing region that is to say the angle which, in the longitudinal center plane of the fuel injector receiving the longitudinal center axis of the valve element, has two degrees. spanning spaced, obliquely, in the sectional view line-shaped valve seat surface sections or sealing area surface sections.
  • valve seat or the sealing area as an outer or inner cone
  • the imaginary circle two angularly mutually extending valve seat surface portions or Dicht Schemes vomabitese so selectively touched that the latter each form a tangent to the imaginary circle, ie in each case orthogonal to Radius run.
  • Each cone has an inner cone side and an outer cone side, with inner cone-shaped valve seats or sealing regions with their inner cone side sealingly cooperating with the valve element and outer cone valve seats or outer cone sealing areas with their outer cone side. It is particularly expedient if the axial guide for the valve element is arranged on the inner cone side of the valve seat or sealing area, irrespective of whether the valve seat or sealing area is an outer cone or an inner cone.
  • control valve in the closed state is designed as an axially pressure compensated valve.
  • the valve element is formed as a sleeve, which defines radially inwardly a hydraulically connected to the control chamber valve chamber, which is connected to the low pressure region when the control valve is open.
  • bolt-shaped control valve elements in an axially pressure balanced manner by providing the abovementioned valve chamber in the manner of an annular groove on the outer circumference of the bolt.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a fuel only partially shown! Njektors with control valve, in which the valve element is designed as a sleeve and cooperating with an inner cone-shaped valve seat sealingly in the closed position,
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a control valve with a bolt-shaped valve element and a valve chamber arranged on the outer circumference
  • FIG. 3 shows a further alternative exemplary embodiment of a control valve with a bolt-shaped valve element which has an annular groove-like depression on the outer circumference which encloses the valve chamber connected to the control chamber forms, wherein the valve seat is designed as an outer cone and
  • Fig. 4 shows another alternative embodiment of a control valve in which the valve member is sleeve-shaped and the imaginary circle touches a innenkonusförmigen sealing region of the valve element punctually and wherein the valve seat is disposed on an axial, projecting into the valve element extension of a throttle plate and with a valve element cooperates with a trained leadership.
  • Fig. 1 designed as a common rail injector fuel injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, not shown, of a motor vehicle is highly schematic and only partially shown.
  • a high-pressure pump 2 delivers fuel from a
  • a high-pressure fuel storage 4 (Rail).
  • this fuel especially diesel, under high pressure, of about 2000bar in this embodiment, stored.
  • the fuel injector 1 is connected, among other fuel injectors, not shown, via a supply line 5.
  • the supply line 5 opens into a pressure chamber 6.
  • a return line 7 is a low pressure region 8 of the fuel! Njektors 1 connected to the reservoir 3. Via the return line 8, a later to be explained control amount of fuel from the fuel injector 1 to the reservoir 3 to flow.
  • a one-part or multi-part injection valve element 9 is arranged axially adjustable.
  • the injection valve element 9 has at a tip, not shown, a closing surface with which the injection valve element 9 can be brought into tight contact with an injection valve element seat which is formed inside a nozzle body (not shown).
  • Nozzle hole arrangement flow into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a control chamber 13 (servo chamber) is limited, via an introduced in the sleeve 12 inlet throttle 14 under high pressure fuel from the pressure chamber 6 is supplied.
  • the control chamber 10 is connected via a drain passage 15 with outlet throttle 16 (drain passage 15 and outlet throttle 16 is located within the throttle plate 1 1) with a valve chamber 17, the radially outward of a sleeve-shaped valve element 18 (control valve element) of a
  • Control valve 19 is limited.
  • the control valve 19 is a sectional view shown in the left half of the drawing and in the right half of the drawing only the dimensioning of a later still to be explained guide for the valve element 18th
  • valve chamber 17 From the valve chamber 17 can fuel in the low pressure region 8 of the fuel! Inject injector when the actuator actuated by an electromagnetic actuator valve member 18 of its designed as an inner cone and arranged on the throttle plate 1 1 valve seat 20 (control valve seat) lifted, ie the control valve 19 is opened.
  • the flow cross sections of the inlet 14 and the outlet throttle 15 are matched to one another such that when the control valve 19 is open, a net outflow of fuel (control quantity) from the control chamber 13 via the valve chamber 17 into the low-pressure region 8 of the fuel! njektors 1 and from there via the return line 7 into the reservoir 3 results.
  • the control valve 19 is formed in the embodiment shown as a pressure-balanced valve in the axial direction in the closed state, wherein the valve member 18 is integrally connected in its upper portion with an anchor plate, not shown, which cooperates with an electromagnetic actuator, not shown.
  • the actuator When the actuator is energized, the sleeve-shaped valve element 18 lifts from its internally conical valve seat 20, as a result of which the pressure within the control chamber 13 drops rapidly and the injection valve element 9 moves upward in the axial direction in the plane of the drawing into the sleeve 12, whereby the injection valve element 9 lifts from its injection valve seat and fuel can flow into the combustion chamber.
  • valve spring closing spring
  • a closing spring not shown in the axial direction acting on the valve element 18 (valve spring, control closing spring) moves the sleeve-shaped valve member 18 back to its valve seat 20.
  • a closing spring not shown in the axial direction acting on the valve element 18 (valve spring, control closing spring) moves the sleeve-shaped valve member 18 back to its valve seat 20.
  • a bolt 22 which has the task of sealing the valve chamber 17 in the axial direction upwards.
  • the diameter of the bolt 22 corresponds at least approximately to the diameter of the annular sealing line, with which the valve element 18 cooperates with the inner cone-shaped valve seat 20.
  • the valve element 18 is at its outer periphery in an annularly confluent guide bore 23, the guide 24 for the valve element 18 forms, guided.
  • the guide 24 has the axial length L.
  • An imaginary circle 26 is arranged in the shown, the longitudinal central axis L receiving longitudinal sectional plane such that it touches the valve seat 20 in two radially spaced points P- ⁇ and P 2 punctually, wherein the circle 26, the valve seat 20 does not intersect.
  • Two spaced-apart, a mecanickonuswinkel ß enclosing valve seat surface sections 27, 28 each form a tangent to the circle 26, so that the radius r s of the circle 26 at the points P- ⁇ and P 2 at right angles to the valve seat 20, more precisely on the valve seat surface sections 27th , 28, stands.
  • the axial distance x between the sealing line, ie in the actual seat and the pivot point M of the valve seat can be calculated.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of a control valve 19, wherein to avoid repetition essentially only to the differences to the embodiment of FIG. 1 will be discussed. With regard to similarities, reference is made to the preceding embodiment.
  • valve element 18 is not sleeve-shaped, but designed as a bolt, which is guided in a guide 23 with the axial extension I.
  • bolt-shaped valve element 18 On the outer circumference of the cylindrical, bolt-shaped valve element 18 is formed as an annular chamber valve chamber 17, flows into the obliquely outward fuel from the control chamber 13 and flows with the control valve open in an axial direction down to a low pressure region 8.
  • Fig. 3 shows another embodiment.
  • the valve seat 20 is formed as an outer cone and the guide 23 for the bolt-shaped valve element 18 and the circuit 26 are located on the downwardly directed here mecanicusseite the outer cone-shaped valve seat 20 which cooperates sealingly with its outer cone side with the valve element.
  • valve seat surface sections 27, 28 form tangents on the circle 26. It can be seen that the center of the circle is located within the axial extension L of the guide 23 at L / 2, on the longitudinal center axis L of the valve element 18.
  • the valve chamber 17 is incorporated into the outer circumference of the valve element 18 in the manner of an annular groove and when the control valve 19 is open fuel can not as in Fig. 2 in the
  • FIG. 4 differs fundamentally from the preceding embodiments in that it is not the fixed one
  • Valve seat but the formed on the valve element, cooperating with the valve seat in the sealing position sealing area 31 conical, here innenkonus- shaped (alternatively outer cone-shaped) is formed.
  • the circle 26 is analogous to the preceding embodiments on the inner cone side of the inner cone-shaped sealing region 31 of the valve element 18 and touches the sealing Area 31 at two spaced points P- ⁇ and P 2 , so that in the longitudinal sectional view of two an inner cone angle ß enclosing, line-shaped sealing area sections 32, 33 abut tangentially to the circle 26.
  • the center M of the circle 26 is located in the axial center 25 of the guide 24, which is formed in the embodiment shown by the valve member 18 and defined. With the guide 24, the valve member 18 slides axially along an axial extension 34 of the throttle plate 1 first
  • valve chamber 17 is located on the outer circumference of the extension 34 as an inner annular groove within the sleeve-shaped

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, umfassend ein Steuerventil (19) zum hydraulischen Verbinden einer mit einem ein- oder mehrteiligen Einspritzventilelement (9) wirkverbundenen Steuerkammer (13) mit einem Niederdruckbereich (8), wobei das Steuerventil (19) ein mittels einen Aktuators axial verstellbares, in seiner Schließstellung mit einem Ventilsitz (20) zusammenwirkendes Ventilelement (18) umfasst, dem eine axiale Führung (24) zum Führen des Ventilelementes (18) bei seiner axialen Verstellbewegung zugeordnet ist, Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Mittelpunkt (M) eines gedachten Kreises (26) innerhalb der axialen Führungslänge der Führung /24) angeordnet ist und, dass der Kreis in einer eine Längsmittelachse (L) des Ventilelementes (18) des Steuerventils (19) aufnehmenden Längsschnittebene des Kraftstoffinjektors (1) den Ventilsitz (20) oder den mit dem Ventilsitz (20) zusammenwirkenden Dichtbereich (31) des Ventilelementes (18) in zwei beabstandeten Punkten (P1, P2) jeweils punktuell berührt und, dass der Mittelpunkt (M) des gedachten Kreises (26) weniger als 40%, vorzugsweise weniger als 30%, bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 20%, der axialen Führungslänge der Führung (24) von einer axialen Mitte (25) der Führung (24) beabstandet ist.

Description

Beschreibung
Kraftstoffinjektor Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum in einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Common-Rail- Injektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren werden zur Zeit hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt. Vorteilhaft ist dabei, dass der Einspritzdruck unabhängig ist von Last und Drehzahl. Bekannt sind hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren mit als Magnetventil oder Piezoventil ausgebildetem Steuerventil zur Steuerung des Druckes in einer von einem axial verstellbaren Einspritzventilelement begrenzten Steuerkammer. Neuste Steuerventile werden dabei druckausgeglichen ausgebildet, also derart, dass im geschlossenen Zustand in axialer Richtung möglichst geringe oder bevorzugt gar keine Kräfte in axialer Richtung wirken. Der Einsatz von druckausgeglichenen Steuerventilen ermöglicht kleinere Federkräfte, kleine Aktuatorkräfte, kleinere Steuerventilhübe und somit schnellere Schaltzeiten. Durch die schnelleren Schaltzeiten kann die Mehrfacheinspritzfähigkeit wesentlich verbessert werden.
Bekannt ist es ferner, bei Steuerventilen von Kraftstoffinjektoren innen- oder au- ßenkonusförmige Ventilsitze vorzusehen. Damit das axial verstellbare Ventilelement des Steuerventils in geschlossenem Zustand immer sicher mittels seines Dichtbereichs den ihm zugeordneten Ventilsitz abdichtet, muss die Führung des Ventilelementes bei bekannten Kraftstoffinjektoren mit höchster Genauigkeit und engem Paarungsspiel gefertigt werden. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn der Sitzwinkel des innen- oder außenkonusförmigen Sitzes relativ flach zwischen etwa 120° und etwa 180° gewählt wird. Mit größer werdendem Ventilsitzwinkel werden die selbstzentrierenden Kräfte, die auf das Steuerventilelement wirken kleiner - je flacher der Sitzwinkel desto kleiner ist nämlich die Hangabtriebskraft, die das Ventilelement zur Mitte hin rutschen lässt.
Gegenüber kleineren zentrierenden Kräften haben flache Sitzwinkel jedoch den Vorteil, dass das Steuerventilelement beim Einschlag in den Ventilsitz weniger
Schlupf hat und damit weniger Verschleiß auftritt. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass das Steuerventilelement eng und präzise geführt ist. Da jedoch enge und hochpräzise Führungen für das Steuerventilelement nur kostenintensiv herstellbar sind, bestehen Bestrebungen einen Kompromiss zwischen maximaler Dichtheit und minimalem Verschleiß einzugehen.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Kraftstoff! njektor mit einem Steuerventil anzugeben, bei welchem eine möglichst gute Abdichtung des Ventilsitzes des Steuerventils am Ventilsitz gegeben ist und gleichzeitig eine vergleichsweise kostengünstige Führung für das Ventilelement realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird 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 geht von der Überlegung aus, dass in der Praxis davon auszugehen ist, dass im Betrieb des Kraftstoffinjektors auf das Ventilelement des Steuerventils Querkräfte wirken, die dazu führen, dass das Ventilelement zu jeder Zeit an zumindest irgendeiner Stelle die Führung berührt. Dabei sind zwei Extremlagen denkbar, nämlich zum einen eine voll verkippte Stellung, bei der das Ventilelement zum einen an einer oberen Ringkante der Führung und zum anderen auf der gegenüberliegenden Seite an einer unteren Ringkante der Führung anliegt und eine zweite Extremlage, bei der das Ventilelement innerhalb der Führung komplett parallel verschoben ist und an einer sich axial erstreckenden Linie an der Führung anliegt. Die Erfindung geht weiter von der Annahme aus, dass die auf das Ventilelement wirkenden Querkräfte, insbesondere die Querkräfte einer auf das Ventilelement wirkenden Ventilfeder derart wirken, dass die erste Alternative (erste Extremlage bzw. -position) wahrscheinlicher ist, nämlich dass das Ventilelement eher voll verkippt in der Führung liegen und sich dabei zum einen am obersten Ende der Führung und zum anderen auf der gegenüberliegenden Seite am untersten Ende der Führung abstützen wird.
Hieraus kann gefolgert werden, dass das Steuerventil für die erste Extremlage, also dem voll verkippten Ventilelement zu optimieren ist, vorzugsweise derart, dass das Ventilelement auf dem Ventilsitz erst gar nicht verrutschen muss, um dichtend mit dem Ventilsitz zusammenzuwirken, sondern bereits in der voll verkippten Position (erste Extremlage) abdichtet. Die Erfindung erreicht dies, indem die Führung für das Ventilelement und die geometrische Ausgestaltung und Anordnung des Ventilsitzes derart realisiert werden, dass ein fiktiver Drehpunkt des Ventilsitzes innerhalb der Axialerstreckung der Führung lokalisiert ist. Hierdurch soll erreicht werden, dass dieser fiktive, später noch zu erläuternde Drehpunkt des Ventilsitzes und der Drehpunkt des Ven- tilelementes, welcher auf der axialen Mitte der Führung angeordnet ist, möglichst nahe zusammenrücken. Dies kann in der Praxis dadurch erreicht werden, dass die Lage und die Position der Ventilführung auf den Sitzwinkel und den Sitzdurchmesser abgestimmt werden. Der zuvor erwähnte, fiktive Drehpunkt des Ventilsitzes wird definitionsgemäß gebildet von dem Mittelpunkt eines gedachten Kreises, der in einem die Längsmittelachse des Ventilelementes aufnehmenden Längsschnittabschnitt den Ventilsitz, vorzugsweise zweiwinklig zueinander verlaufende Flächenabschnitte des Ventilsitzes jeweils punktuell berührt, vorzugsweise derart, dass der gedachte Kreis keine der Sitzflächen schneidet. Dem liegt wiederum die Annahme zugrunde, dass sich der, vorzugsweise konische, Ventilsitz bei kleinen Kippwinkeln von weniger als 1 ° annähernd wie eine Kugel verhält. Der gedachte Kreis ist also unter dieser Annahme der Drehkreis, auf dem sich das Ventilelement beim Verkippen bewegt. Ferner geht die Erfindung davon aus, dass der Ventilsitz über eine Ventilfederkraft und die Materialelastizität in der Lage ist einen gewissen Spalt zu verschließen, wodurch bei erfindungsgemäßer Anordnung des fiktiven Drehpunktes des Ventilsitzes die Dichtheit des Steuerventils in allen Extremlagen gewährleistet werden kann.
Je exakter die Führung gefertigt wird, d.h. je kleiner das Führungsspiels ist, desto dichter ist das Steuerventil auch in der zweiten, parallelverschobenen Extremlage des Ventilelementes.
Bei der zuvor diskutierten ersten Lösungsvariante, bei der die Drehachse des Ventilsitzes und der Drehpunkt des Ventilelementes in der ersten Extremlage möglichst nahe beieinander liegen, sind der Ventilsitz und die Führung ortsfest relativ zueinander im Kraftstoffinjektor angeordnet.
Die Aufgabe wird auch mit einer zweiten Alternative gelöst, diese unterscheidet sich von der ersten Alternative lediglich dadurch, dass hier der gedachte Kreis den am Ventilelement ausgebildeten Dichtbereich in zwei voneinander beabstandeten Punkten punktuell berührt (vorzugsweise den Dichtbereich nicht schneidet) und, dass der Mittelpunkt dieses Kreises ein fiktiver, gedachter Drehpunkt des Dichtbereichs des Ventilelementes ist. Bei der zweiten Alternative sind der Dichtbereich und die Führung ortsfest relativ zueinander ausgebildet, was dadurch realisiert werden kann, dass der Dichtbereich und die Führung von dem Ventilelement gebildet werden. Auch bei der zweiten Alternative gilt die Annahme, dass es sich bei dem gedachten Kreis um den Drehkreis handelt, auf dem sich das Ventilelement beim Verkippen im geschlossenen Zustand, d.h. bei der Anlage des Dichtbereichs auf dem Ventilsitz bewegt. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn der Dichtbereich bei der zweiten Alternative als Innen- oder Außenkonus ausgebildet ist und in der Längsschnittansicht des Kraftstoffinjektors zwei beabstandete, linienförmige Dichtbereichflächenabschnitte jeweils eine Tangente an den gedachten Kreis bilden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Mittelpunkt des gedachten, den Ventilsitz an zwei voneinander beabstandeten Punkten jeweils punktuell berührenden und bevorzugt die Sitzfläche nicht schneidenden Kreises, d.h. der fiktive Drehpunkt des Ventilsitzes möglichst nahe an der axialen Mitte, d.h. dem Drehpunkt des Ventilelementes in der ersten Extremlage (Anlage am oberen Führungsrand und Anlage am gegenüberliegenden unteren Führungsrand) angeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Kreises und der axialen Mitte der Führung weniger als 40 % der axialen Führungslänge, insbesondere weniger als 30 %, bevorzugt weniger als 20 %, besonders bevorzugt weniger als 10 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 5 %. Das gleiche gilt bei der zweiten Alternative für den den Dichtbereich an zwei Stellen punktuell berührenden und die Dichtfläche bevorzugt nicht schneidenden gedachten Kreis.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn der Mittelpunkt des gedachten Kreises (erste oder zweite Alternative) auf der halben Führungslänge, d.h. in der axialen Mitte der Führung angeordnet ist und somit bevorzugt mit dem zuvor mehrfach erwähnten Drehpunkt des Ventilelementes in der ersten Extremlage zusammenfällt.
Für den Fall, dass der Mittelpunkt des gedachten Kreises (bei der ersten oder zweiten Alternative) axial von der axialen Mitte der Führung beabstandet ist, ist es bevorzugt, wenn sich der Mittelpunkt auf einer axialen Höhe der Führung befindet, die zwischen der axialen Mitte und dem dem Ventilsitz zugewandten Ende der Führung liegt.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Mittelpunkt des gedachten Kreises (bei der ersten oder zweiten Alternative) auf einer Längsmittelachse der Führung angeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist es den Ventilsitz oder den Dichtbereich des Ventilelementes konusförmig auszubilden. Dabei können alternativ Innen- oder Au- ßenkonussitze realisiert werden, wobei das Ventilelement beim innenkonusför- migen Ventilsitz bzw. Dichtbereich mit innenkonusförmigen Flächen und beim Außenkonusventilsitz mit außenkonischen Ventilsitzflächen bzw. Dichtbereichsflächen zusammenwirkt.
Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn der Konuswinkel des Ventilsitzes bzw. des Dichtbereichs, also der Winkel, der in der die Längsmittelachse des Ventilelementes aufnehmenden Längsschnittebene des Kraftstoffinjektors zwei von- einander beabstandete, schräg verlaufende, in der Schnittansicht linienförmige Ventilsitzflächenabschnitte bzw. Dichtbereichsflächenabschnitte aufspannen.
Im Falle der Ausbildung des Ventilsitzes bzw. des Dichtbereichs als Außen- oder Innenkonus ist es bevorzugt, wenn der gedachte Kreis zwei winklig zueinander verlaufende Ventilsitzflächenabschnitte bzw. Dichtbereichsflächenabschnitte derart punktuell berührt, dass letztere jeweils eine Tangente an den gedachten Kreis bilden, also jeweils orthogonal zum Radius verlaufen.
Jeder Konus hat eine Innenkonusseite und eine Außenkonusseite, wobei innen- konusförmige Ventilsitze bzw. Dichtbereiche mit ihrer Innenkonusseite dichtend mit dem Ventilelement zusammenwirken und Außenkonusventilsitze bzw. Au- ßenkonusdichtbereiche mit ihrer Außenkonusseite. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die axiale Führung für das Ventilelement - unabhängig davon, ob es sich bei dem Ventilsitz bzw. Dichtbereich um einen Außenkonus oder einen Innenkonus handelt, auf der Innenkonusseite des Ventilsitzes bzw. Dichtbereichs angeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsvariante, bei der das Steuerventil im geschlossenen Zustand, zumindest näherungsweise, als axial druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, das Ventilelement als Hülse auszubilden, die radial innen eine hydraulisch mit der Steuerkammer verbundene Ventilkammer begrenzt, welche bei geöffnetem Steuerventil mit dem Niederdruckbereich verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich bolzen- förmige Steuerventilelemente axial druckausgeglichen auszubilden, indem die vorerwähnte Ventilkammer in der Art einer Ringnut am Außenumfang des Bolzens vorgesehen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines nur ausschnittsweise dargestellten Kraftstoff! njektors mit Steuerventil, bei dem das Ventilelement als Hülse ausgebildet ist und mit einem innenkonusförmigen Ventilsitz dichtend in der Schließstellung zusammenwirkt,
Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung eines Steuerventils mit einem bolzen- förmigen Ventilelement und einer am Außenumfang angeordneten Ventilkammer, Fig. 3 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventils mit einem bolzenförmigen Ventilelement, welches am Außenumfang eine ringnutartige Vertiefung aufweist, die die mit der Steuerkammer verbundene Ventilkammer bildet, wobei der Ventilsitz als Außenkonus ausgebildet ist und
Fig. 4 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventils, bei dem das Ventilelement hülsenförmig ausgebildet ist und der gedachte Kreis einen innenkonusförmigen Dichtbereich des Ventilelementes punktuell berührt und wobei der Ventilsitz an einem axialen, in das Ventilelement hineinragenden Fortsatz einer Drosselplatte angeordnet ist und mit einer am Ventilelement ausgebildeten Führung zusammenwirkt.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoffinjektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs stark schematisiert und lediglich aus- schnittsweise dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem
Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000bar, gespeichert. An einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoffinjektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Kraftstoffinjektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einem Druckraum 6. Mittels einer Rücklaufleitung 7 ist ein Niederdruckbereich 8 des Kraftstoff! njektors 1 an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen.
Innerhalb eines Injektorkörpers ist ein ein- oder mehrteiliges Einspritzventilelement 9 axial verstellbar angeordnet. Das Einspritzventilelement 9 weist an einer nicht dargestellten Spitze eine Schließfläche auf, mit welcher das Einspritzventilelement 9 in dichte Anlage an einem innerhalb eines Düsenkörpers (nicht ge- zeigt) ausgebildeten Einspritzventilelementsitz bringbar ist.
Wenn das Einspritzventilelement 9 an seinem Einspritzventilelementsitz anliegt, d.h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer nicht gezeigten Düsenlochanordnung gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritz- ventilelementsitz abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die
Düsenlochanordnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine strömen.
Von einer oberen Stirnseite 10 des Einspritzventilelementes 9 und einer Federkraft belasteten, sich axial an einer Drosselplatte 1 1 abstützenden Hülse 12 wird eine Steuerkammer 13 (Servokammer) begrenzt, die über eine in der Hülse 12 eingebrachte Zulaufdrossel 14 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Die Steuerkammer 10 ist über einen Ablaufkanal 15 mit Ablaufdrossel 16 (Ablaufkanal 15 und Ablaufdrossel 16 befindet sich innerhalb der Drosselplatte 1 1 ) mit einer Ventilkammer 17 verbunden, die radial außen von einem hülsenförmigen Ventilelement 18 (Steuerventilelement) eines
Steuerventils 19 begrenzt ist. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist in der linken Zeichnungshälfte das Steuerventil 19 einer Schnittansicht gezeigt und in der rechten Zeichnungshälfte lediglich die Bemaßung einer später noch zu erläuternden Führung für das Ventilelement 18.
Aus der Ventilkammer 17 kann Kraftstoff in den Niederdruckbereich 8 des Kraftstoff! njektors einströmen, wenn das von einem elektromagnetischen Aktua- tor betätigbare Ventilelement 18 von seinem als Innenkonus ausgebildeten und an der Drosselplatte 1 1 angeordneten Ventilsitz 20 (Steuerventilsitz) abgehoben, d.h. das Steuerventil 19 geöffnet ist. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdros- sei 14 und der Ablaufdrossel 15 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 19 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 13 über die Ventilkammer 17 in den Niederdruckbereich 8 des Kraftstoff! njektors 1 und von dort aus über die Rücklaufleitung 7 in den Vorratsbehälter 3 resultiert.
Das Steuerventil 19 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet, wobei das Ventilelement 18 in seinem oberen Abschnitt einstückig mit einer nicht dargestellten Ankerplatte verbunden ist, die mit einem nicht dargestellten elektromagnetischen Aktuator zusammenwirkt. Wird der Aktuator bestromt, hebt das hülsenför- mige Ventilelement 18 von seinem innenkonischen Ventilsitz 20 ab, wodurch der Druck innerhalb der Steuerkammer 13 rapide abfällt und sich das Einspritzventilelement 9 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben in die Hülse 12 hineinbewegt, wodurch das Einspritzventilelement 9 von seinem Einspritzventil- elementsitz abhebt und Kraftstoff in den Brennraum strömen kann. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators unterbrochen und eine nicht gezeigte in axialer Richtung auf das Ventilelement 18 wirkende Schließfeder (Ventilfeder, Steuerschließfeder) bewegt das hülsen- förmige Ventilelement 18 zurück auf seinen Ventilsitz 20. Durch den durch die Zulaufdrossel 17 nachströmenden Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 13 rapide an, wodurch das Einspritzventilelement 9 unterstützt durch die Federkraft einer Schließfeder 21 , die sich an einem Umfangbund (nicht dargestellt) des Einspritzventilelementes 9 abstützt, in Richtung des Einspritzventilelement- sitzes bewegt wird, wodurch der Kraftstofffluss aus der Düsenlochanordnung in den Brennraum unterbrochen wird.
In das hülsenförmige Ventilelement 18 ragt von oben nach unten ein Bolzen 22 hinein, der die Aufgabe hat, die Ventilkammer 17 in axialer Richtung nach oben abzudichten. Der Durchmesser des Bolzens 22 entspricht zumindest näherungsweise dem Durchmesser der ringförmigen Dichtlinie, mit der das Ventilelement 18 mit dem innenkonusförmigen Ventilsitz 20 zusammenwirkt.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist das Ventilelement 18 an seinem Außenumfang in einer kreisringförmig konfluierten Führungsbohrung 23, die die Führung 24 für das Ventilelement 18 bildet, geführt. Die Führung 24 weist die axiale Länge L auf. Die axiale Mitte 25 der Führung 24 liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Längsmittelachse L des Ventilelementes 18 und auf der Höhe der halben Axialerstreckung (I/2 = la = Ib) der Führung 24.
Ein gedachter Kreis 26 ist in der gezeigten, die Längsmittelachse L aufnehmenden Längsschnittebene derart angeordnet, dass dieser den Ventilsitz 20 in zwei in radialer Richtung beabstandeten Punkten P-ι und P2 punktuell berührt, wobei der Kreis 26 den Ventilsitz 20 nicht schneidet. Zwei voneinander beabstandete, einen Innenkonuswinkel ß einschließende Ventilsitzflächenabschnitte 27, 28 bilden jeweils eine Tangente an den Kreis 26, so dass der Radius rs des Kreises 26 in den Punkten P-ι und P2 rechtwinklig auf dem Ventilsitz 20, genauer auf den Ventilsitzflächenabschnitten 27, 28, steht. Es gilt die Beziehung ß + 2a = 180°, wobei der Winkel a der Hangwinkel ist, unter dem die Ventilsitzflächenabschnitte 27, 28 zu einer quer zur Längsmittelachse L verlaufenden Ebene geneigt ist. Zu erkennen ist, dass sich der Mittelpunkt M des zuvor beschriebenen Kreises 26 innerhalb der Axialerstreckung der Führung 24, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sogar auf der Längsmittelachse L befindet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel fällt der Mittelpunkt M, also ein fiktiver Drehpunkt des Ventilsitzes 20 zusammen mit der axialen Mitte 25 der Führung 24, wobei die axiale Mitte 25 einen Drehpunkt des Ventilelementes 18 in einer ersten Extremlage darstellt, bei der das Ventilelement 18 zum einen an einer oberen Ringkante 29 der Führung 24 und zum anderen, auf der gegenüberliegenden Seite an einer unteren Ringkante 30 der Führung anliegt.
In der Zeichnung ist ferner das Führungsspiel S/2 zwischen Ventilelement 18 und Führung 23 eingezeichnet.
Aus den Größen rs (Radius des Kreises 26) und dem Hangwinkel oc lässt sich der axiale Abstand x zwischen der Dichtlinie, d.h. im eigentlichen Sitz und dem Drehpunkt M des Ventilsitzes berechnen.
Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventils 19, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingegangen wird. Im Hinblick auf Gemeinsamkeiten wird auf das vorangehende Ausführungsbeispiel verwiesen.
Zu erkennen ist, dass das Ventilelement 18 nicht hülsenförmig, sondern als Bol- zen ausgebildet ist, der in einer Führung 23 mit der Axialerstreckung I geführt ist.
Der Mittelpunkt M eines Kreises 26, der analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 angeordnet ist und sich wie bei Fig. 1 auf der Innenkonusseite des Ventilsitzes 20 befindet, ist auf der axialen Mitte (I/2) angeordnet. Am Außenumfang des zylindrischen, bolzenförmigen Ventilelementes 18 befindet sich die als Ringkammer ausgebildete Ventilkammer 17, in die von schräg außen Kraftstoff aus der Steuerkammer 13 strömt und bei geöffnetem Steuerventil in a- xialer Richtung nach unten zu einem Niederdruckbereich 8 abströmt. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier ist der Ventilsitz 20 als Außenkonus ausgebildet und die Führung 23 für das bolzenförmige Ventilelement 18 sowie der Kreis 26 befinden sich auf der hier nach unten gerichteten Innenkonusseite des außenkonusförmigen Ventilsitzes 20, der mit seiner Außenkonus- seite mit dem Ventilelement dichtend zusammenwirkt. Die Ventilsitzflächenab- schnitte 27, 28 bilden Tangenten an dem Kreis 26. Zu erkennen ist, dass der Mittelpunkt des Kreises innerhalb der Axialerstreckung L der Führung 23 bei L/2 angeordnet ist, und zwar auf der Längsmittelachse L des Ventilelementes 18. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Ventilkammer 17 in den Außenumfang des Ventilelementes 18 in der Art einer Ringnut eingearbeitet und bei geöffnetem Steuerventil 19 kann Kraftstoff nicht wie bei Fig. 2 in der
Zeichnungsebene nach unten, sondern in der Zeichnungsebene nach oben aus der Ventilkammer 17 heraus, ebenfalls in einem Niederdruckbereich 9 strömen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich insofern grundlegend von den vorangehenden Ausführungsbeispielen, als dass nicht der feststehende
Ventilsitz sondern der am Ventilelement ausgebildete, mit dem Ventilsitz in der Dichtstellung zusammenwirkende Dichtbereich 31 konusförmig, hier innenkonus- förmig (alternativ außenkonusförmig) ausgebildet ist. Der Kreis 26 liegt analog zu dem vorangehenden Ausführungsbeispielen auf der Innenkonusseite des innen- konusförmigen Dichtbereichs 31 des Ventilelementes 18 und berührt den Dicht- bereich 31 an zwei voneinander beabstandeten Punkten P-ι und P2, so dass in der Längsschnittansicht zwei einen Innenkonuswinkel ß einschließende, linien- förmige Dichtbereichabschnitte 32, 33 tangential an dem Kreis 26 anliegen. Der Mittelpunkt M des Kreises 26 liegt in der axialen Mitte 25 der Führung 24, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Ventilelement 18 gebildet bzw. definiert ist. Mit der Führung 24 gleitet das Ventilelement 18 axial entlang eines axialen Fortsatzes 34 der Drosselplatte 1 1 .
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Ventilkammer 17 am Au- ßenumfang des Fortsatzes 34 als innere Ringnut innerhalb des hülsenförmigen
Ventilelementes 18.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, umfassend ein Steuerventil (19) zum hydraulischen Verbinden einer mit einem ein- oder mehrteiligen Einspritzventilelement (9) wirkverbundenen Steuerkammer (13) mit einem Niederdruckbereich (8), wobei das Steuerventil (19) ein mittels einen Aktuators axial verstellbares, in seiner Schließstellung mittels eines Dichtbereichs (31 ) mit einem Ventilsitz (20) zusammenwirkendes Ventilelement (18) umfasst, dem eine ortsfest zum Dichtbereich (31 ) oder zum Ventilsitz (20) angeordnete axiale Führung (24) zum Führen des Ventilelementes (18) bei seiner axialen Verstellbewegung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunkt (M) eines gedachten Kreises (26) innerhalb der axialen Führungslänge der Führung /24) angeordnet ist und, dass der Kreis in einer eine Längsmittelachse (L) des Ventilelementes (18) des Steuerventils (19) aufnehmenden Längsschnittebene des Kraftstoffinjektors (1 ) den Ventilsitz (20) oder den mit dem Ventilsitz (20) zusammenwirkenden Dichtbereich (31 ) des Ventilelementes (18) in zwei beabstandeten Punkten (P-i, P2) jeweils punktuell berührt und, dass der Mittelpunkt (M) des gedachten Kreises (26) weniger als 40%, vorzugsweise weniger als 30%, bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 20%, der axialen Führungslänge der Führung (24) von einer axialen Mitte (25) der Führung (24) beabstandet ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mittelpunkt (M) des gedachten Kreises (26), zumindest näherungsweise, in der axialen Mitte (25) der Führung (24) angeordnet ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mittelpunkt (M) des gedachten Kreises (26) axial zwischen der axialen Mitte (25) der Führung (24) und dem dem Ventilsitz (20) zugewandten Ende der Führung (24) angeordnet ist.
4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mittelpunkt (M) des gedachten Kreises (26) auf einer Längsmittelachse (L) der axialen Führung (24) angeordnet ist.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilsitz (20) oder der Dichtbereich (31 ) des Ventilelementes (18) als Innen- oder Außenkonus ausgebildet ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Konuswinkel des Ventilsitzes (20) bzw. des Dichtbereiches (31 ) aus einem Winkelbereich zwischen etwa 140° und etwa 170°gewählt ist.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Längsschnittebene des Kraftstoffinjektors (1 ) zwei unter einem Konuswinkel zueinander angeordnete linienförmige Ventilsitzflächenabschnitte (27, 28) bzw. zwei linienfömige Dichtbereichflächenabschnitte (32, 33) jeweils eine Tangente des gedachten Kreises (26) bilden.
8. Kraftstoff! njektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die axiale Führung (24) auf einer Innenkonusseite des außenkonischen oder innenkonischen Ventilsitzes (20) bzw. des Dichtbereiches (31 ) angeordnet ist.
9. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerventil (19) im geschlossenen Zustand als, zumindest näherungsweise, axial druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist.
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