KRAFTSTOFFINJEKTOR FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie er im Oberbegriff des Anspruch 1 vorausgesetzt ist (siehe EP-A-582 993).

[0002] Ein solcher bekannter Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse und eine Düsennadel, die einen in einer in dem Injektorgehäuse ausgebildeten ersten Führungsbohrung längsverschieblich gelagerten Düsennadelschaft und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses ausgebildeten Ventilsitz im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze aufweist. Zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist ein Hochdruckkanal vorgesehen. An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung ist dem Düsennadelschaft ein von dem über den Hochdruckkanal zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagter Düsenvorraum vorgelagert. Mit der Düsennadel ist ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Steuerraum gekoppelt, der mittels eines Steuerventils im Sinne eines Öffnens der Düsennadel druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung ist ein Raum angeordnet, welcher von dem Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung übertretenden Kraftstoff aufnimmt.

[0003] Ein Nachteil bei einem derartigen Kraftstoffinjektor ist es, daß zwischen dem Düsenvorraum und dem an der Rückseite der ersten Führungsbohrung angeordneten Raum wie auch zwischen dem Steuerraum und diesem Raum eine erhebliche Leckage auftritt, welche im Bereich von bis zu 20 oder 30% der maximalen Einspritzmenge liegen kann.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung ist es einen Kraftstoffinjektor der vorausgesetzten Art so auszubilden, daß diese Leckage vermieden wird.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0007] Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse und eine Düsennadel, die einen in einer in dem Injektorgehäuse ausgebildeten ersten Führungsbohrung längsverschieblich gelagerten Düsennadelschaft und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses ausgebildeten Ventilsitz im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze aufweist. Ein Hochdruckkanal dient zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff. An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung ist dem Düsennadelschaft ein von dem über den Hochdruckkanal zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagter Düsenvorraum vorgelagert. Mit der Düsennadel ist ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Steuerraum gekoppelt, der mittels eines Steuerventils im Sinne eines Öffnens der Düsennadel druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung ist ein Raum angeordnet, welcher von dem Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung bzw. von dem Steuerraum übertretenden Kraftstoff aufnimmt. Erfindungsgemäß ist der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung angeordnete Raum ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Hochdruckraum.

[0008] Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es, daß an der Rückseite der die Düsennadel führenden ersten Führungsbohrung kein Raum vorhanden ist, welcher auf niedrigem Druckniveau liegt, so daß keine Leckage über diesen auftreten kann.

[0009] Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet. Ein Vorteil hiervon ist es, daß durch den im Steuerraum anliegenden hohen Druck ein Übertreten von Kraftstoff über die erste Führungsbohrung nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist es, daß wegen der unmittelbaren Beaufschlagung der Düsennadel durch den im Steuerraum anstehenden Druck ein sehr schnelles Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors erreicht wird. Da es keinen an den Steuerraum angrenzenden Niederdruckraum gibt, ist eine Leckage aus dem Steuerraum nicht möglich.

[0010] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder.

[0011] Vorteilhafterweise ist die Rückstellfeder durch eine Tellerfederanordnung gebildet.

[0012] Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Rückstellfeder an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschaftes vorgesehenes erstes Widerlager und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Steuerraums ausgebildetes zweites Widerlager abgestützt ist.

[0013] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum durch eine in Längsrichtung des Injektorgehäuses verlaufende Bohrung gebildet und an seiner Rückseite durch einen in diese Bohrung eingesetzten Ventilkörper des Steuerventils begrenzt.

[0014] Vorzugsweise steht der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum über einen Drosselkanal mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung.

[0015] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum getrennten, eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder enthaltenden Federraum gebildet. Ein Vorteil hiervon ist es, daß die Rückstellfeder optimal dimensioniert werden kann, während gleichzeitig der Steuerraum sehr klein ausgebildet werden kann, was für das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors vorteilhaft ist.

[0016] Vorzugsweise steht der Federraum über eine Strömungsverbindung mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung.

[0017] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dieser Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist an der Rückseite des den Hochdruckraum bildenden Federraums eine koaxial zu der den Düsennadelschaft führenden ersten Führungsbohrung verlaufende zweite Führungsbohrung ausgebildet, in welcher ein über eine Nadelstelze mit der Düsennadel gekoppelter Führungskolben in Längsrichtung verschieblich gelagert ist, der den Federraum an dessen Rückseite begrenzt.

[0018] Vorzugsweise ist der Steuerraum an der Rückseite des Führungskolbens ausgebildet, wobei der im Federraum unter hohem Druck anstehende Kraftstoff und die Rückstellfeder den Düsennadelschaft im Sinne eines Schließens der Düsennadel beaufschlagen und die Düsennadel bei Druckentlastung des Steuerraums mittels des Steuerventils durch den Führungskolben im Sinne eines Öffnens entlastet wird.

[0019] Vorzugsweise hat die den Düsennadeischaft führende erste Führungsbohrung einen Durchmesser D1, und der Federraum ist durch eine zu der ersten Führungsbohrung koaxiale dritte Bohrung gebildet, deren Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung ist, und der Steuerraum ist durch die zu der ersten Führungsbohrung und dem Federraum koaxiale zweite Führungsbohrung mit einem Durchmesser D1' gebildet.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, daß die Durchmesser D1, D1' und D2 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Nadelstelze sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel nur auf Zug beansprucht ist. Hierdurch wird ein Ausknicken oder ein einseitiges Anliegen der Düsennadelstelze, was zu einem Klemmen führen könnte, vermieden.

[0021] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die erste Führungsbohrung und die zweite Führungsbohrung den gleichen Durchmesser D1. Der Vorteil hiervon ist eine Vereinfachung bei der Herstellung des Kraftstoffinjektors.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rückstellfeder an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts vorgesehenes erstes Widerlager und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums ausgebildetes zweites Widerlager abgestützt.

[0023] Vorzugsweise hat der Steuerraum ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum.

[0024] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, daß das Injektorgehäuse am rückseitigen Ende einen mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung stehenden Einzelspeicher zum Vorhalten von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff enthält. Ein solcher Einzelspeicher ist insbesondere bei dem Kraftstoffinjektor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zu verwirklichen, bei der der rückseitige Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet ist, da bei dieser Ausführungsform ein wesentliches Maß an Baulänge eingespart ist, welches für den Einzelspeicher nutzbar ist.

[0025] Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet ist;

Figur 2

einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum getrennten, eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder enthaltenden Federraum gebildet ist; und

Figur 3

einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik, bei dem zwischen Düsennadel und Steuerraum ein Niederdruckraum ausgebildet ist, über welchen eine vom Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung und eine vom Steuerraum übertretende Kraftstoffmenge

als

Leckage abgeführt wird.

[0026] Zuerst soll anhand der Figur 3 ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben werden, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist. Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 300 bezeichnete Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse 301, in welchem eine Düsennadel 303 mit einem Düsennadelschaft 304 in einer in dem Injektorgehäuse 301 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 302 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 303 hat eine Düsennadelspitze 305, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 301 ausgebildeten Ventilsitz 306 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, der zwischen der Nadelspitze 305 und dem Ventilsitz 306 vorgesehen ist. Ein Hochdruckkanal 307 ist zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff vorgesehen, welcher über einen Druckanschluß 329 zugeführt wird. Der Kraftstoff wird in einem ölelastischen Druckspeicher (Common Rail) unter hohem Druck vorgehalten, in welchen er mittels einer Hochdruckpumpe von einem Kraftstoffvorrat gefördert wird (in der Figur nicht dargestellt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 302 ist dem Düsennadelschaft 304 ein Düsenvorraum 308 vorgelagert in dem Injektorgehäuse 301 vorgesehen, der von dem über den Hochdruckkanal 307 zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagt wird. Ein Steuerraum 309, der über einen mit dem Hochdruckkanal 307 in Verbindung stehenden Drosselkanal 314 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird, ist über eine Nadelstelze 322, welche in einer in dem Injektorgehäuse 301 angeordneten Führungshülse 330 in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors 300 verschieblich gelagert ist, mit der Düsennadel 303 gekoppelt. An der Rückseite des Steuerraums 309 ist ein Steuerventil 310 vorgesehen, das durch einen Ventilkörper 312 und einen Schließkörper 313 gebildet ist. Der Schließkörper 313 des Steuerventils 310 ist mit einem Solenoid 326 funktionsmäßig gekoppelt, durch welches das Steuerventil 310 geöffnet und geschlossen wird. Bei geschlossenem Steuerventil 310 wird die Düsennadel 303 über die Nadelstelze 322 durch den im Steuerraum 309 anstehenden hohen Druck geschlossen gehalten, während bei Öffnen des Steuerventils 310 der Steuerraum 309 im Sinne eines Öffnens der Düsennadel 303 über die Nadelstelze 322 druckentlastbar ist. An der Rückseite der die Düsennadel 303 führenden ersten Führungsbohrung 302 ist zwischen der Düsennadel 303 und dem Steuerraum 309 und die Nadelstelze 322 teilweise umgebend ein Niederdruckraum 331 ausgebildet, über welchen vom Düsenvorraum 308 über die erste Führungsbohrung 302 und vom Steuerraum 309 über die Führungshülse 330 übertretender Kraftstoff als Leckagemenge abgeführt wird. Das vordere Ende der Nadelstelze 322 umgebend ist in dem Niederdruckraum 331 zwischen einem an der Rückseite der Düsennadel 303 vorgesehenen ersten Widerlager 320 und einem am Injektorgehäuse 301 vorgesehenen zweiten Widerlager 321 eine Rückstellfeder 316 zum Schließen der Düsennadel 303 vorgesehen. Die Düsennadel 303 wird bei Druckentlastung des Steuerraums 309 über das Steuerventil 310 durch den im Düsenvorraum 308 am Düsennadelschaft 304 angreifenden Kraftstoffdruck geöffnet. Die bei der Druckentlastung des Steuerraums 309 über das Steuerventil 310 abschließende Kraftstoffmenge wird gemeinsam mit der Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckraum 331 über einen Leckagekanal 332 abgeführt.

[0027] Nun soll anhand der Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben werden. Ähnlich wie bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist bei dem hier gezeigten, insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneten Kraftstoffinjektors in einem Injektorgehäuse 101 eine Düsennadel 103 mit einem Düsennadelschaft 104 in einer in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 102 längsverschieblich gelagert. Die Düsennadel 103 hat an ihrem vorderen Ende eine Düsennadelspitze 105, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 101 ausgebildeten Ventilsitz 106 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, welcher zwischen der Düsennadelspitze 105 und den Ventilsitz 106 vorgesehen ist. Zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist ein Hochdruckkanal 107 in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildet. Der einzuspritzende Kraftstoff wird über einen Druckanschluß 129 von einem ölelastischen Speicher (Common Rail) zugeführt, zu welchem der Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat mittels einer Hochdruckpumpe gefördert wird (nicht gezeigt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 102 ist dem Düsennadelschaft 104 ein Düsenvorraum 108 vorgelagert, der von dem über den Hochdruckkanal 107 zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagt ist. An der Rückseite der Düsennadel 103 ist an die erste Führungsbohrung 102 anschließend ein Steuerraum 109 in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildet, der über einen mit dem Hochdruckkanal 107 in Verbindung stehenden Drosselkanal 114 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Steuerraum 109 ist durch eine Steuerraumbohrung 111 in dem Injektorgehäuse 101 gebildet und ist an seiner Rückseite durch einen in die Steuerraumbohrung 111 eingesetzten Ventilkörper 112 eines Steuerventils 110 begrenzt. Ein Schließkörper 113 des Steuerventils 110 ist mit einem im hinteren Ende des Injektorgehäuses 101 vorgesehenen Solenoid 126 funktionsmäßig gekoppelt. Weiterhin ist in dem Steuerraum 109 eine Rückstellfeder 116 angeordnet, welche sich zwischen einem an der Rückseite des Düsennadelschaftes 104 vorgesehenen ersten Widerlager 120 und einem durch die Vorderseite des Ventilkörpers 112 des Steuerventils 110 gebildeten zweiten Widerlager 121 abgestützt ist. Bei geschlossenem Steuerventil 110 wird die Düsennadel 103 unter Wirkung der Rückstellfeder 116 und des in dem Steuerraum 109 unter hohem Druck anstehenden Kraftstoffs geschlossen gehalten. Bei Druckentlastung des Steuerraums 109 mittels des Steuerventils 110 wird die Düsennadel 103 unter Wirkung des im Düsenvorraum 108 unter hohem Druck anstehenden Kraftstoffs geöffnet, wobei der aus dem Steuerraum 109 über das Steuerventil 110 abfließende Kraftstoff durch einen Leckagekanal 132 abgeführt wird.

[0028] Wie bei Vergleich mit dem in Figur 3 dargestellten Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik ersichtlich ist, befindet sich an der Rückseite der Düsennadel 103 kein Niederdruckraum, über welchen eine vom Düsenvorraum 108 durch die erste Führungsbohrung 102 übertretende Leckagemenge anfallen könnte. Der im Steuerraum 109 unter hohem Druck anstehende Kraftstoff verhindert ein solches Übertreten von Kraftstoff aus dem Düsenvorraum 108 über die erste Führungsbohrung 102. Die Rückstellfeder 116 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Tellerfederanordnung gebildet.

[0029] In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 versehene Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse 201, in welchem eine Düsennadel 203 mit einem Düsennadelschaft 204 in einer in dem Injektorgehäuse 201 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 201 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 203 hat eine Düsennadelspitze 205, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 201 ausgebildeten Ventilsitz 206 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, der zwischen der Düsennadelspitze 205 und dem Ventilsitz 206 gebildet ist. Ein Hochdruckkanal 207 zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist in dem Injektorgehäuse 201 ausgebildet und steht mit einem Druckanschluß 229 in Verbindung, weichem der einzuspritzende Kraftstoff von einem ölelastischen Vorspeicher (Common Rail) zugeführt wird, an den der Kraftstoff durch eine Hochdruckpumpe von einem Kraftstoffvorrat geliefert wird (nicht gezeigt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 202 ist in dem Injektorgehäuse 201 ein Düsenvorraum 208 ausgebildet, der über den Hochdruckkanal 207 unter hohem Druck von dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Im rückwärtigen Teil des Injektorgehäuses 201 ist ein Steuerraum 209 ausgebildet, der über einen mit dem Hochdruckkanal 207 in Verbindung stehenden Drosselkanal 214 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist und mittels eines Steuerventils 207 druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung 202 ist zwischen der Düsennadel 203 und dem Steuerraum 209 ein Hochdruckraum 215 vorgesehen, der durch einen eine die Düsennadel 203 in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder 216 enthaltenden Federraum 215 gebildet ist. Der Federraum 215 ist vom Steuerraum 209 durch einen in einer zu der ersten Führungsbohrung 202 koaxial ausgebildeten zweiten Führungsbohrung 218 längsverschieblich gelagerten Führungskolben 219 getrennt. Der Führungskolben 219 ist über eine Nadelstelze 222 mit der Rückseite der Düsennadel 203 gekoppelt, wodurch eine Kopplung des Steuerraums 209 mit der Düsennadel 203 hergestellt wird. Der Führungskolben 219 begrenzt damit den Federraum 215 an dessen Rückseite. Der Federraum 215 ist über eine Strömungsverbindung 217 mit dem den einzuspritzenden kraftstofführenden Hochdruckkanal 207 verbunden, so daß im Inneren des Federraums 215 der gleiche hohe Druck wie in dem Hochdruckkanal 207 und damit in dem Düsenvorraum 208 herrscht. Somit ist ein Übertreten von Kraftstoff von dem Düsenvorraum 208 über die erste Führungsbohrung 202 in den an der Rückseite der Düsennadel 203 befindliche Raum, nämlich den Federraum 215 nicht möglich. Der im Federraum 215 unter hohem Druck anstehende Kraftstoff beaufschlagt zusammen mit der Kraft der Rückstellfeder 215 den Düsennadelschaft 204 im Sinne eines Schließens der Düsennadel 203, während die Düsennadel 203 bei Druckentlastung des Steuerraums 209 mittels des Steuerventils 210 durch den Führungskolben 219 über die Nadelstelze 222 im Sinne eines Öffnens entlastet wird. Das Steuerventil 210 enthält einen Ventilkörper 212 und einen Schließkörper 213, welcher mit einem den Betrieb des Kraftstoffinjektors steuernden Solenoid 226 funktionsmäßig gekoppelt ist. Die in dem Federraum 215 angeordnete Rückstellfeder 216 ist an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts 204 vorgesehenes erstes Widerlager 220 und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums 215 ausgebildetes zweites Widerlager 221 abgestützt.

[0030] Die den Düsennadelschaft 204 führende erste Führungsbohrung 202 hat einen Durchmesser D1, eine den Federraum 215 bildende zu der ersten Führungsbohrung 202 koaxiale dritte Bohrung 228 hat einen Durchmesser D2, der größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung 202 ist, und die zu der ersten Führungsbohrung 202 und damit gleichzeitig zu der den Federraum 215 bildenden dritten Bohrung 228 koaxiale zweite Führungsbohrung 218, die in ihrem rückwärtigen Teil auch den Steuerraum 209 bildet, hat einen Durchmesser D1', der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung 202 gleich ist, d.h. D1' = D1. Die Durchmesser D1, D1' und D2, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel also nur die beiden Durchmesser D1 und D2, sind so aufeinander abgestimmt, daß die Nadelstelze 222 sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel 203 nur auf Zug beansprucht ist. Hierdurch wird ein Ausknicken bzw. ein einseitiges Anliegen der Nadelstelze 222, was zu einem Klemmen führen könnte, vermieden.

[0031] Der Steuerraum 209 hat ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum 215, wodurch das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors verbessert ist.

Bezugszeichenliste

[0032] 

100; 200; 300

Kraftstoffinjektor

101; 201; 301

Injektorgehäuse

102; 202; 302

(erste) Führungsbohrung

103; 203; 303

Düsennadel

104; 204; 304

Düsennadelschaft

105: 205; 305

Düsennadelspitze

106; 206; 306

Ventilsitz

107; 207; 307

Hochdruckkanal

108; 208; 308

Düsenvorraum

109; 209; 309

Steuerraum

110; 210; 310

Steuerventil

111; 211; 311

Steuerraumbohrung

112; 212; 312

Ventilkörper des Steuerventils

113; 213; 313

Schließkörper des Steuerventils

114; 214; 314

Drosselkanal

115; 215; 315

Federraum

116; 216; 316

Rückstellfeder

217

Strömungsverbindung

218; 318

zweite Führungsbohrung

219

Führungskolben

120; 220; 320

erstes Widerlager

121; 221; 321

zweites Widerlager

222; 322

Nadelstelze

323

Steuerstange

324

Leckageraum

325

Leckagekanal

126; 226; 326

Solenoid

127

Einzelspeicher

228

Federraumbohrung

129; 229; 329

Druckanschluß

330

Führungshülse

331

Niederdruckraum

132; 232; 332

Leckagekanal

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (101;201), einer Düsennadel (103;203), die eine in einer in dem Injektorgehäuse (101;201) ausgebildeten ersten Führungsbohrung (102;202) längsverschieblich gelagerten Düsennadeischaft (104;204) und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses (101;201) ausgebildeten Ventilsitz (106;206) im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze (105;205) aufweist, einem Hochdruckkanal (107;207) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff, einem an der Vorderseite der ersten Führungsbohrung (102;202) dem Düsennadelschaft (104;204) vorgelagerten, von dem über den Hochdruckkanal (107;207) zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagten Düsenvorraum (108;208), einem mit der Düsennadel (103;203) gekoppelten, von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagten Steuerraum (109;209), der mittels eines Steuerventils (110;210) im Sinne eines Öffnens der Düsennadel (103;203) druckentlastbar ist, und einem an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102;202) angeordneten Raum, weicher von dem Düsenvorraum (108; 208) über die erste Führungsbohrung (102;202) bzw. von dem Steuerraum (109;209) übertretenden Kraftstoff aufnimmt, daß der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102;202) angeordnete Raum ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Hochdruckraum (109;215) ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektorgehäuse (101) am rückseitigen Ende einen mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (107) in Verbindung stehenden Einzelspeicher (127) zum Vorhalten von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff enthält.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102) ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum (109) gebildet ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildenden Steuerraum (109) eine die Düsennadel (103) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (116) enthält.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (116) durch eine Tellerfederanordnung gebildet ist.

5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (116) an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts (104) vorgesehenes erstes Widerlager (120) und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Steuerraums (109) ausgebildetes zweites Widerlager (121) abgestützt ist.

6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum (109) durch eine in Längsrichtung des Injektorgehäuses (101) verlaufende Bohrung (111) gebildet und an seiner Rückseite durch einen in diese Bohrung (111) eingesetzten Ventilkörper (112) des Steuerventils (110) begrenzt ist.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum (109) über einen Drosselkanal (114) mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (107) in Verbindung steht.

8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum (209) getrennten eine die Düsennadel (203) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (216) enthaltenden Federraum (215) gebildet ist.

9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (215) über eine Strömungsverbindung (217) mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (207) in Verbindung steht.

10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite des den Hochdruckraum bildenden Federraums (215) eine koaxial zu der den Düsennadelschaft (207) führenden ersten Führungsbohrung (202) verlaufende zweite Führungsbohrung (218) ausgebildet ist, in welcher ein über eine Nadelstelze (222) mit der Düsennadel (203) gekoppelter Führungskolben (219) in Längsrichtung verschieblich gelagert ist, der den Federraum (215) an dessen Rückseite begrenzt.

11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (209) an der Rückseite des Führungskolbens (219) ausgebildet ist, wobei der im Federraum (215) unter hohem Druck anstehende Kraftstoff und die Rückstellfeder (216) den Düsennadelschaft (204) im Sinne eines Schließens der Düsennadel (203) beaufschlagen und die Düsennadel (203) bei Druckentlastung des Steuerraums (209) mittels des Steuerventils (210) durch den Führungskolben (219) über die Nadelstelze (222) im Sinne eines Öffnens entlastet wird.

12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die den Düsennadelschaft (204) führende erste Führungsbohrung (202) einen Durchmesser D1 hat, daß der Federraum (215) durch eine zu der ersten Führungsbohrung (202) koaxiale dritte Bohrung (228) gebildet ist, deren Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung (202) ist, und daß der Steuerraum (209) durch die zu der ersten Führungsbohrung (202) und dem Federraum (215) koaxiale zweite Führungsbohrung (218) mit einem Durchmesser D1' gebildet ist.

13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser D1, D1' und D2 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Nadelstelze (222) sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel (203) nur auf Zug beansprucht ist.

14. Kraftstoffinjektor einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Führungsbohrung (202) und die zweite Führungsbohrung (218) den gleichen Durchmesser D1 aufweisen.

15. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (216) an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschaftes (204) vorgesehenes erstes Widerlager (222) und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums (215) ausgebildetes zweites Widerlager (221) abgestützt ist.

16. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (209) ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum (215) aufweist.

Claims

1. Fuel injector for injecting highly pressurized fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, having an injector housing (101; 201), a nozzle needle (103; 203) which has a nozzle-needle shank (104; 204) which is mounted longitudinally displaceably in a first guide hole (102; 202) formed in the injector housing (101; 201) and a nozzle-needle tip (105; 205) which interacts, in terms of opening and closing a valve opening cross section, with a valve seat (106; 206) formed in the front end of the injector housing (101; 201), having a high-pressure duct (107; 207) for feeding highly pressurized fuel to be injected, a nozzle supply chamber (108; 208) which is mounted ahead of the nozzle-needle shank (104; 204) on the front side of the first guide hole (102; 202) and is acted on at high pressure by the fuel which is to be injected and is supplied via the high-pressure duct (107; 207), having a control chamber (109; 209) which is coupled to the nozzle needle (103; 203), is acted on by highly pressurized fuel and can be relieved of pressure, in terms of opening the nozzle needle (103; 203), by means of a control valve (110; 210), and having a chamber which is arranged on the rear side of the first guide hole (102; 202) and receives fuel which passes from the nozzle supply chamber (108; 208) via the first guide hole (102; 202) or from the control chamber (109; 209), the chamber which is arranged on the rear side of the first guide hole (102; 202) being a high-pressure chamber (109; 215) which is acted on by highly pressurized fuel, characterized in that the injector housing (101) comprises, at the rear end, an individual store (127) for storing highly-pressurized fuel which is connected to the high-pressure duct (107) which conducts the fuel to be injected.

2. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the high-pressure chamber which is configured on the rear side of the first guide hole (102) is formed by the control chamber (109).

3. Fuel injector according to Claim 2, characterized in that the control chamber (109) which forms the rear high-pressure chamber comprises a restoring spring (116) which acts on the nozzle needle (103) in the closing direction.

4. Fuel injector according to Claim 3, characterized in that the restoring spring (116) is formed by a disc-spring arrangement.

5. Fuel injector according to Claim 4, characterized in that the restoring spring (116) is supported at one end by a first abutment (120) which is provided on the rear side of the nozzle-needle shank (104) and at the other end by a second abutment (121) which is configured on the rear side of the control chamber (109).

6. Fuel injector according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the control chamber (109) which forms the rear high-pressure chamber is formed by a hole (111) extending in the longitudinal direction of the injector housing (101) and is delimited on its rear side by a valve body (112), which is inserted into the said hole (111), of the control valve (110).

7. Fuel injector according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the control chamber (109) which forms the rear high-pressure chamber is connected via a restrictor duct (114) to the high-pressure duct (107) which conducts the fuel to be injected.

8. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the rear high-pressure chamber is formed by a spring chamber (215) which is separate from the control chamber (209) and contains a restoring spring (216) which acts on the nozzle needle (203) in the closing direction.

9. Fuel injector according to Claim 8, characterized in that the spring chamber (215) is connected via a flow connection (217) to the high-pressure duct (207) which conducts the fuel to be injected.

10. Fuel injector according to Claim 8 or 9, characterized in that a second guide hole (218) which extends coaxially to the first guide hole (202) which guides the nozzle-needle shank (207) is configured on the rear side of the spring chamber (215) which forms the high-pressure chamber, in which second guide hole (218) a guide piston (219) which is coupled to the nozzle needle (203) via a needle stilt (222) is displaceably mounted in the longitudinal direction, which guide piston (219) delimits the spring chamber (215) on its rear side.

11. Fuel injector according to Claim 10, characterized in that the control chamber (209) is configured on the rear side of the guide piston (219), the highly-pressurized fuel in the spring chamber (215) and the restoring spring (216) acting on the nozzle-needle shank (204) in terms of closing the nozzle needle (203), and the nozzle needle (203) being relieved by the guide piston (219) via the needle stilt (222) in terms of opening it when the control chamber (209) is relieved of pressure by means of the control valve (210).

12. Fuel injector according to Claim 11, characterized in that the first guide hole (202) which guides the nozzle-needle shank (204) has a diameter D1, in that the spring chamber (215) is formed by a third hole (228) which is coaxial to the first guide hole (202), the diameter D2 of the said third hole (228) being larger than the diameter D1 of the first guide hole (202), and in that the control chamber (209) is formed by the second guide hole (218) which is coaxial to the first guide hole (202) and the spring chamber (215) and has a diameter D1'.

13. Fuel injector according to Claim 12, characterized in that the diameters D1, D1' and D2 are adapted to one another in such a way that the needle stilt (222) is subjected only to tension both when the nozzle needle (203) is opened and when it is closed.

14. Fuel injector according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the first guide hole (202) and the second guide hole (218) have the same diameter D1.

15. Fuel injector according to one of Claims 8 to 14, characterized in that the restoring spring (216) is supported at one end by a first abutment (222) which is provided on the rear side of the nozzle-needle shank (204) and at the other end by a second abutment (221) which is configured on the rear side of the spring chamber (215).

16. Fuel injector according to one of Claims 11 to 15, characterized in that the control chamber (209) has a substantially smaller volume than the spring chamber (215).

Revendications

1. Injecteur de carburant pour l'injection de carburant stocké sous pression élevée dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant un boîtier d'injecteur (101 ; 201), une aiguille d'injecteur (103 ; 203), qui présente une tige d'aiguille d'injecteur (104 ; 204) montée de manière à pouvoir coulisser longitudinalement dans un premier alésage de guidage (102 ; 202) réalisé dans le boîtier d'injecteur (101 ; 201) et une pointe d'aiguille d'injecteur (105 ; 205) coopérant avec un siège de soupape (106 ; 206) réalisé dans l'extrémité avant du boîtier d'injecteur (101 ; 201) au sens d'une ouverture et d'une fermeture d'une section transversale d'ouverture de soupape, un canal haute pression (107 ; 207) pour l'alimentation du carburant à injecter se trouvant à haute pression, une préchambre de buse (108 ; 208) montée avant la tige d'aiguille d'injecteur (104 ; 204) au niveau du côté avant du premier alésage de guidage (102 ; 202), sollicitée par le carburant haute pression à injecter alimenté par le biais du canal haute pression (107 ; 207), une chambre de commande (109 ; 209) accouplée à l'aiguille d'injecteur (103 ; 203), sollicitée par le carburant à haute pression, qui peut être détendue en pression au moyen d'une soupape de commande (110 ; 210) dans le sens d'une ouverture de l'aiguille d'injecteur (103 ; 203), et une chambre disposée au niveau du côté arrière du premier alésage de guidage (102 ; 202), qui reçoit du carburant transféré depuis la préchambre de buse (108 ; 208) par l'intermédiaire du premier alésage de guidage (102 ; 202) ou depuis la chambre de commande (109 ; 209), la chambre disposée au niveau du côté arrière du premier alésage de guidage (102 ; 202) étant une chambre hante pression (109 ; 215) sollicitée par du carburant à haute pression, caractérisé en ce que le boîtier d'injecteur (101) comprend à l'extrémité arrière un réservoir individuel (127) en liaison avec le canal haute pression (107) guidant le carburant à injecter en vue du stockage de carburant à haute pression.

2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre haute pression réalisée au niveau du côté arrière du premier alésage de guidage (102) est formée par la chambre de commande (109).

3. Injecteur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de commande (109) formant la chambre haute pression du côté arrière contient un ressort de rappel (116) sollicitant l'aiguille d'injecteur (103) dans la direction de fermeture.

4. Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort de rappel (116) est formé par un agencement de ressorts Belleville.

5. Injecteur de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort de rappel (116) est supporté à une extrémité par une première butée (120) prévue sur le côté arrière de la tige d'aiguille d'injecteur (104) et à l'autre extrémité par une deuxième butée (121) réalisée sur le côté arrière de la chambre de commande (109).

6. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la chambre de commande (109) formant la chambre haute pression du côté arrière est formée par un alésage (111) s'étendant dans la direction longitudinale du boîtier d'injecteur (101) et est limitée au niveau de son côté arrière par un corps de soupape (112) de la soupape de commande (110) inséré dans cet alésage (111).

7. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la chambre de commande (109) formant la chambre haute pression du côté arrière est en liaison par le biais d'un canal d'étranglement (114) avec le canal haute pression (107) guidant le carburant à injecter.

8. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre haute pression du côté arrière est formée par une chambre à ressort (215) séparée de la chambre de commande (209) contenant un ressort de rappel (216) sollicitant l'aiguille d'injecteur (203) dans la direction de fermeture.

9. Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre de ressort (215) est en liaison par le biais d'une connexion d'écoulement (217) avec le canal haute pression (207) guidant le carburant à injecter.

10. Injecteur de carburant selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au niveau du côté arrière de la chambre de ressort (215) formant la chambre haute pression est réalisé un deuxième alésage de guidage (218) s'étendant coaxialement au premier alésage de guidage (202) guidant la tige d'aiguille d'injecteur (207), dans lequel est monté à coulissement dans la direction longitudinale un piston de guidage (219) accouplé à l'aiguille d'injecteur (203) par le biais d'un support d'aiguille (222) et qui limite la chambre de ressort (215) au niveau de son côté arrière.

11. Injecteur de carburant selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre de commande (209) est réalisée au niveau du côté arrière du piston de guidage (219), le carburant se trouvant sous haute pression dans la chambre de ressort (215) et le ressort de rappel (216) sollicitant la tige d'aiguille d'injecteur (204) dans le sens d'une fermeture de l'aiguille d'injecteur (203) et l'aiguille d'injecteur (203) étant détendue dans le sens d'une ouverture au moyen de la soupape de commande (210) par le piston de guidage (219) par le biais du support d'aiguille (222) lorsque la chambre de commande (209) est détendue en pression.

12. Injecteur de carburant selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier alésage de guidage (202) guidant la tige d'aiguille d'injecteur (204) présente un diamètre D1, en ce que la chambre de ressort (215) est formée par un troisième alésage (228) coaxial au premier alésage de guidage (202), dont le diamètre D2 est supérieur au diamètre D1 du premier alésage de guidage (202) et en ce que la chambre de commande (209) est formée par le deuxième alésage de guidage (218), avec un diamètre D1', coaxial au premier alésage de guidage (202) et à la chambre de ressort (215).

13. Injecteur de carburant selon la revendication 12, caractérisé en ce que les diamètres D1, D1' et D2 sont ajustés les uns aux autres de telle sorte que le support d'aiguille (222) soit seulement sollicité en traction à la fois lors de l'ouverture et lors de la fermeture de l'aiguille d'injecteur (203).

14. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le premier alésage de guidage (202) et le deuxième alésage de guidage (218) présentent le même diamètre D1.

15. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que le ressort de rappel (216) est supporté à une extrémité par une première butée (222) prévue sur le côté arrière de la tige d'aiguille d'injecteur (204) et à l'autre extrémité par une deuxième butée (221) réalisée sur le côté arrière de la chambre de ressort (215).

16. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la chambre de commande (209) présente un volume considérablement plus petit que la chambre de ressort (215).

Zeichnung