KRAFTSTOFFINJEKTOR MIT SCHLIESSDRUCKKOMPENSATION

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Bei luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen kommen vermehrt Kraftstoffeinspritzsysteme mit Hochdrucksammelraum (Common Rail) zum Einsatz. Je nach Zylinderanzahl der Verbrennungskraftmaschine wird eine entsprechende Anzahl von Kraftstoffinjektoren über den Hochdrucksammelraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Je nach Einsatzzweck können die Kraftstoffinjektoren mit Lochdüsen, wie zum Beispiel Sackloch- oder Sitzlochdüsen ausgestattet werden. Die Düsenauslegung ist mit entscheidend für das dosierte Einspritzen hinsichtlich Einspritzdauer und Einspritzmenge. Die Einspritzdüsen werden von der Spitze der Düsennadel im Betrieb des Kraftstoffinjektors zyklisch verschlossen bzw. freigegeben.

Stand der Technik

[0002] DE 196 19 523 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, dessen Ventilkörper in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine hineinragt. Der Ventilkörper ist mittels einer Spannmutter axial gegen einen Ventilkörper vorgespannt. Der Ventilkörper weist eine von der dem Ventilhaltekörper zugewandten Stirnfläche ausgehende Sackbohrung auf, die als Führungsbohrung ausgebildet ist, in der ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar geführt ist. Dabei weist die Führungsbohrung einen radial erweiterten Druckraum auf, der durch einen zwischen der Wand der Führungsbohrung und dem Ventilgliedschaft gebildeten Ringspalt mit einer konischen Ventilsitzfläche verbunden ist, die am nach innen kragenden geschlossenen Ende der Führungsbohrung gebildet ist. An diese Ventilsitzfläche schließen sich stromabwärts Einspritzöffnungen an, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Dabei wird das axial verschiebbare Ventilglied mittels einer Rückstellfeder unter Vorspannung mit einer am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes vorgesehenen Ventildichtfläche in Anlage zum Ventilsitz gehalten. Die Kraftstoffzuführung zum Einspritzventil erfolgt über einen in den Druckraum mündenden Zulaufkanal, der den Ventilhaltekörper durchdringt und weiter über eine Einspritzleitung ständig mit einem für sämtliche Einspritzventile der zu versorgenden Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdrucksanunelraum (Common Rail) verbunden ist. Dabei weist das kolbenförmige Ventilglied zudem im Bereich des Druckraums eine Ringschulter auf, an der der im Druckraum ständig anstehende Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des Ventilglieds angreift. Das Ventilglied wird dabei über eine anliegende Druck- bzw. Kolbenstange hydraulisch in seine Schließlage geführt und blockiert, wozu die dem Ventilsitz abgewandte Stirnfläche der Druckstange einen hydraulischen Schließdruckraum begrenzt.

[0003] Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß sich infolge des ständig am Einspritzventil anliegenden Kraftstoffhochdrucks die das Ventilglied führende Führungsbohrung radial aufweitet. Dies hat neben einer verringerten Hochdruckfestigkeit des Ventilkörpers auch eine verstärkte Leckage zwischen dem Druckraum und einem niederdruckseitigen Federraum zur Folge, was den Wirkungsgrad des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems erheblich beeinträchtigt.

[0004] DE 298 14 934 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Gemäß dieser Lösung lassen sich bei hohen Kraftstoffdrücken im Druckraum ein Bruch des Ventilkörpers und eine zunehmende Leckage dadurch sicher vermeiden, daß die Krafteinleitungsflächen zwischen der Spannmutter und dem Ventilkörper konisch ausgebildet sind, so daß beim Verspannen der Bauteile zueinander neben der axial gerichteten Einspannungskraftkomponente eine zusätzliche radiale Einspannkraftkomponente auf den Ventilkörper übertragen wird. Diese radial einwärts gerichtete Einspannkraft wirkt dabei dem Aufweiten der Führungsbohrung entgegen, so daß das enge Spiel zwischen der Wand der Führungsbohrung und dem Ventilglied erhalten bleibt und lediglich eine geringe Leckagemenge über den Engspalt abströmen kann.

[0005] JP 60116857 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer tiv in der Länge veränderbaren Hülse zur Variation des Nadelanhubanschlags.

[0006] DE 29519296 U offenbart eine Ventilnadel mit kegeligem Ende, welches in einen niederdruckseitigen, angeschrägten, korrespondierenden Sitz greift.

Darstellung der Erfindung

[0007] Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein sich an der Düsennadel einstellender, sich langsam durch die Alterung einer die Düsennadel beaufschlagenden Schließfeder ergebender Schließkraftabfall kompensiert werden. Die Federsteifigkeit der die Düsennadel beaufschlagenden Schließfeder nimmt über die Zeit ab, wodurch die aufgebrachte Federkraft abnimmt. Die Abnahme der Federkraft über die Betriebszeit des Injektors wird erfindungsgemäß durch die Beeinflussung der der Federkraft entgegenwirkenden hydraulischen Kraft kompensiert. Dazu ist an der Düsennadel unterhalb eines Auslaufbereiches des die Düsennadel führenden Führungs- und Dichtelementes eine hydraulische Fläche ausgebildet, die die Düsennadel im wesentlichen kegelstumpfförmig umgibt. Im neuen und ungebrauchten Zustand der Düsennadel stellt sich zwischen diesem Bereich und eines Kontaktbereiches, der als Anschrägung konfiguriert ist, des Führungs- und Dichtelementes der Düsennadel zunächst eine linienförmige Berührung ein, die im Laufe des Betriebes aufgrund des sich natürlicherweise einstellenden Verschleißes in eine Flächenberührung übergeht. Der Übergang von der linienförmigen Berührung der hydraulischen Fläche mit der Anschrägung des Führungs- und Dichtelementes in eine Flächenberührung des Führungs- und Dichtelementes ist abhängig von der Auslegung des Neigungswinkels der kegelstumpfförmigen, an der Düsennadel ausgebildeten hydraulischen Fläche und kann durch deren Auslegung an das Alterungsverhalten der Schließfeder, d.h. deren Schließkraftabfall angepasst werden. Bei Übergang der linienförmigen Berührung zu einer flächigen Berührung nimmt die hydraulisch wirksame Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnittes ab, so dass eine Abnahme der Federkraft der Schließfeder durch eine idealerweise parallel dazu verlaufende Abnahme der der Kraft der Schließfeder entgegenwirkenden hydraulischen Kraft durch den Übergang von Linienberührung in eine Flächenberührung mit sich einstellender Abnahme der hydraulischen wirksamen Fläche kompensiert werden kann.

[0008] Durch die Beeinflussung der der Federkraft der Schließfeder entgegengerichteten hydraulischen Gegenkraft kann auch nach längeren Betriebszeiten ein schnelles Schließen der Düsennadel und des Kraftstoffinjektors erreicht werden.

[0009] Ein schnelles Schließen der Einspritzdüse ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Vermeidung von Kraftstoffeinspritzmengen gegen Ende des Verbrennungsvorgangs im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Gegen Ende der Verbrennung kann ein "zu spät" eingespritztes Kraftstoffvolumen nicht in der Verbrennung umgesetzt werden, so daß eine Einspritzung zu diesem späten Zeitpunkt aufgrund verzögerten Nadelschließens eine unzulässig starke HC-Emission der Verbrennungskraftmaschine nach sich ziehen würde. Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet ein das Emissionsverhalten von Verbrennungskraftmaschinen höchst nachteilig beeinflussendes Einspritzen von Kraftstoff an späten Zeitpunkten des Verbrennungsvorgangs in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durch ein schnelles Schließen der Düsennadel am Düsensitz.

Zeichnung

[0010] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

[0011] Es zeigt:

Figur 1

eine Düsennadel im geöffneten Zustand, d.h. geschlossener Einspritzdüse,

Figur 1.1

die Ausbildung der hydraulischen Fläche im Bereich eines Freistiches am Umfang der Düsennadel,

Figur 2

eine Düsennadel in geschlossener Position, d.h. bei geöffneter Einspritzdüse,

Figur 2.1

die Anlage von konisch verlaufenden Flächen an Düsennadel und Haltekörper bei in obere Anschlagposition gefahrener Düsennadel und

Figur 2.2

die hydraulischen Flächen am Umfang der Düsennadel in vergrößertem Maßstab.

Ausführungsvarianten

[0012] Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Düsennadel zu entnehmen, die in der dargestellten Stellung Einspritzöffnungen an einem Düsenkörper verschließt.

[0013] Der Kraftstoffinjektor 1 umfaßt einen Injektorkörper 2, in welchem eine Düsennadel 3 bewegbar aufgenommen ist. Die Düsennadel 3 ist im Injektorkörper 2 in ihrem oberen Bereich in einem Führungs- und Dichtelement 4 geführt, welches als Hülse ausgestaltet sein kann. Mit Bezugszeichen 31 ist der Durchmesser der Düsennadel 3 in dem Bereich bezeichnet, in welchem die Düsennadel 3 vom Führungs- und Dichtelement 4 umschlossen ist. Unterhalb des Führungs- und Dichtelements 4 ist an der Düsennadel 3 ein Bereich reduzierten Durchmessers 20 ausgebildet. Die Düsennadel 3 ist an ihrer oberen Stirnseite durch ein Federelement 35 - die Schließfeder - vorgespannt.

[0014] Die Düsennadel 3 ist im Injektorkörper 2 von einem in diesem ausgebildeten Düsenraum 6 umschlossen. Der Düsenraum 6 steht über einen Hochdruckzulauf 7 mit einem hier nicht dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) in Verbindung. Über den Hochdrucksammelraum wird über den Hochdruckzulauf 7 unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Düsenraum 6 des Injektorkörpers 2 geleitet. In dem Bereich, in welchem die Düsennadel vom Düsenraum 6 umschlossen ist, ist an der Düsennadel eine Druckstufe 5 ausgebildet. Unterhalb der Druckstufe 5 umfaßt die Düsennadel 3 eine Führung 8, die zum Beispiel als eine Mehrflächenführung 9 ausgebildet sein kann. Die Führung 8 umfaßt um 90° zueinander versetzte Führungsflächen 10, mit welchen die Düsennadel 3 im Düsenkörper 11 des Kraftstoffinjektors 1 geführt ist.

[0015] Die Düsennadel 3 ist bezogen auf die Symmetrielinie 12 im wesentlichen als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und ist im Bereich der Nadelspitze 13 mit einem Sitzdurchmesser 15 versehen. Der Sitzdurchmesser 15 liegt im geschlossenen Zustand der im Düsenkörper 11 ausgebildeten Einspritzöffnung 18 an einer im Inneren eines Einspritzkegels 17 mit einer Sitzfläche 16 an, so daß die Einspritzöffnungen 18 im in Figur 1 dargestellten Zustand durch die Düsennadelspitze 13 verschlossen sind, d.h. es wird kein Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 als Sitzlochdüse 34 ausgebildet. Eine andere Ausführungsvariante der Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 besteht in der Ausbildung der Düsennadelspitze 13 als Sacklochdüse (hier nicht dargestellt).

[0016] Im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelementes 4, das vorzugsweise als hülsenförmiges Bauteil ausgestaltet ist, ist an der Düsennadel 3 ein Bereich 20 reduzierten Durchmessers ausgebildet. Der durchmesserreduzierte Bereich 20 umfaßt einen kegelstumpfförmig konfigurierten Abschnitt 23, dessen Mantelfläche konisch verläuft. Der Düsenraum 6 und der durchmesserreduzierte Bereich 20 der Düsennadel 3 stehen über einen Ringkanal 19, der am Injektorkörper 2 ausgebildet ist, hydraulisch in Verbindung.

[0017] Der Darstellung gemäß Figur 1.1 ist der Verlauf und die Ausbildung der hydraulischen Fläche im durchmesserreduzierten Bereich der Düsennadel zu entnehmen.

[0018] In der in Figur 1.1 dargestellten Position der Düsennadel 3 im Injektorgehäuse 2 des Kraftstoffinjektors 1 liegt die als Sitzlochdüse 34 ausgebildete Düsennadelspitze 13 im Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 derart an, daß die in diesem ausgebildeten Einspritzöffnungen 18 verschlossen sind. In diesem mit Bezugszeichen 28 bezeichneten Zustand ist zwischen der hydraulischen Fläche 23 im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 und einer Anschrägung 22 im unteren Bereich 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 ein Spalt ausgebildet, so daß über den Ringkanal 19 vom Düsenraum 6 unter hohem Druck stehender Kraftstoff in die Öffnung zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelementes 4 einströmen kann. Der Hubweg, welchen die Düsennadel 3 im Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 ausführt, ist mit Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Aus der Darstellung gemäß Figur 1.1 geht hervor, daß der durchmesserreduzierte Bereich 20 - zum Beispiel ein Freistich am Umfang der Düsennadel 3 - an seiner engsten Stelle einen geringeren Durchmesser aufweist als derjenige, den die Düsennadel 3 in dem Bereich hat, welcher im Führungs-und Dichtelement 4 geführt ist.

[0019] Figur 2 zeigt die Düsennadel gemäß der Darstellung in Figur 1 in einer Position innerhalb des Injektorkörpers 2, in der die Düsennadelspitze Einspritzöffnungen 18 im Bereich des Einspritzkegels 17 freigibt.

[0020] In dieser Stellung der Düsennadel 3 relativ zum Injektorgehäuse 2 strömt vom hier nicht dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) zuströmender Kraftstoff über den Hochdruckzulauf 7 in den Düsenraum 6 ein. Über Zuströmflächen, welche im Bereich der Führung 8 der Düsennadel 3 im Düsenkörper 11 ausgebildet sind, strömt unter hohem Druck stehender Kraftstoff vom Düsenraum 6 in Richtung der Düsennadelspitze 13. Die Düsennadel 3 ist entsprechend ihres Hubweges 21 (vgl. Darstellung in Figur 1) entgegen der Federkraft des Federelementes 35 nach oben aufgefahren. Dadurch ist der Sitzdurchmesser 15 im Bereich der Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 aus dem Einspritzkegel 17 im Düsenkörper 11 zurückgefahren, so daß über die Zuströmflächen im Bereich der Führung 8 unter hohem Druck stehender Kraftstoff vom Düsenraum 6 entlang des Ringspaltes zwischen Düsenkörper 11 und Umfang der Düsennadel 3 der Einspritzöffnung 18 zuströmen kann. In dieser mit Bezugszeichen 33 gekennzeichneten Position der Düsennadel 3 im Injektorkörper 2 bzw. im Düsenkörper 11 liegt die hydraulische Fläche 23 im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 unterhalb des Führungs- und Dichtelementes 4 an der Anschrägung 22 (vgl. Darstellung in Figur 1) an.

[0021] Figur 2.1 zeigt die Anlage der hydraulischen Fläche im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel an der zu dieser korrespondierenden Anschrägung des Führungs- und Dichtelementes.

[0022] Das Führungs- und Dichtelement 4 ist bevorzugt als Hülse ausgestaltet, die in den Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 eingelassen ist. In der mit Bezugszeichen 33 identifizierten Stellung der Düsennadel 3 relativ zum Injektorkörper 2 ist die Düsennadel 3 in Richtung des Pfeils 25 in das Führungs- und Dichtelement 4 eingefahren, so daß die hydraulische Fläche 23 an einer zu dieser korrespondierend ausgeführten Anschrägung 22 im Kontaktbereich 24 des Führungs- und Dichtelements 4 in einer ersten Kontaktposition 27 mit linienförmiger Berührung des Kontaktbereiches 24 der Anschrägung 22 anliegt. In dieser Position der Düsennadel 3 ist ein Zuströmen von Kraftstoff in den taschenförmigen Bereich, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 30, des durchmesserreduzierten Bereichs 20 zwischen der Umfangsfläche der Düsennadel 3 und der Innenfläche des Führungs- und Dichtelements 4 unterbunden. Der vom Düsenraum 6 im Injektorkörper 2, der mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoffvolumen beaufschlagt ist, anstehende hohe Druck steht an der unteren Ringfläche 26 des Führungs- und Dichtelements 4 an und vermag nicht in den als Einschnürung 30 ausgebildeten Bereich am durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 einzuströmen.

[0023] Figur 2.2 zeigt die hydraulische Fläche in linienförmigem Kontakt mit der Anschrägung im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelements.

[0024] In der in Figur 2.2 wiedergegebenen Darstellung befindet sich die Düsennadel 3 in der mit Bezugszeichen 33 identifizierten Position im Injektorkörper 2. In diesem Zustand liegt die hydraulische Fläche 23, d.h. die konisch verlaufende Mantelfläche eines kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnittes der Düsennadel 3 an einer Linie 27 der Anschrägung 22 im Kontaktbereich 24 des Führungs- und Dichtelements 4 an. Das Zuströmen von Kraftstoff über den Ringkanal 19 in die taschenförmig konfigurierte Ausnehmung 30, d.h. die dort ausgebildete Einschnürstelle, ist durch die Anlage der hydraulischen Fläche 23 an der Anschrägung 22 unterbunden. Mit Bezugszeichen 27 ist die erste Kontaktposition zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 markiert. Während der Betriebszeit des Kraftstoffinjektors 1 stellt sich im Kontaktbereich zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 eine in Richtung des Pfeiles 29 langsam fortschreitende Flächenberührung ein. Durch den gewählten Neigungswinkel, in welchem die hydraulische Fläche 23 kegelstumpfförmig am Umfang der Düsennadel 3 ausgebildet ist, und der Werkstoffwahl des Führungs- und Dichtelementes 4 ist der Zeitraum, innerhalb dessen die linienförmige Berührung 27 in eine flächenhafte Berührung 29 der hydraulischen Fläche 23 an der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelementes 4 übergeht, beeinflussbar. Durch die genannten Parameter kann der Übergang von der Linienberührung 27 der hydraulischen Fläche 23 in eine Flächenberührung, durch Bezugszeichen 29 angedeutet, an das Alterungsverhalten der die Düsennadel 3 beaufschlagenden Schließfeder 35 angepasst werden. Somit ist gewährleistet, dass auch nach längerem Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 sich ein schnelles Nadelschließen einstellt und damit die Einspritzungen zu definierten Zeitpunkten auch nach längerem Betrieb des Injektors beendet werden können.

[0025] Die Funktionsweise des erfindungsgemäß konfigurierten, mit einer hydraulischen Fläche 23 versehenen Düsennadel 3 stellt sich wie folgt dar:

[0026] Nimmt die Düsennadel 3 gemäß der Darstellung in Figur 2 ihre die Einspritzöffnungen 18 freigebende Stellung 33 an, liegt die hydraulische Fläche 23 an der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelements 4 an. Zu diesem Zeitpunkt ist der Düsenraum 6 im Injektorkörper 2 über den Hochdruckzulauf 7 vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoffvolumen beaufschlagt, welches über den zwischen Düsennadel 3 und Düsenkörper 11 verlaufenden Ringspalt in den Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 einströmt und über die Einspritzöffnung 18 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt. Gleichzeitig steht an der Ringfläche 26 des Führungs- und Dichtelements 4 unter hohem Druck stehender Kraftstoff über den Ringkanal 19 an.

[0027] Durch die Wirkung der Federkraft der Schließfeder 35, die die obere Stirnseite der Düsennadel 3 beaufschlagt, wird bei Druckentlastung des Düsenraumes 6 die Düsennadel 3 entsprechend des Hubeweges 21 in Richtung auf ein Einfahren des Sitzdurchmessers 15 in die Sitzfläche 16 des Einspritzkegels 17 im Düsenkörper 11 gefahren.

[0028] Die der Federkraft 32 der Schließfeder 35 entgegenwirkende hydraulische Kraft wird einerseits durch die Druckstufe 5 der Düsennadel 3, die vom Steuerraum 6 umgeben ist, definiert. Diese hydraulische Kraft wird hingegen durch die hydraulische Fläche 23 im Zusammenwirken mit der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 so kompensiert, dass sich je nach Neigungswinkel des kegelstumpfförmigen Bereiches der hydraulischen Fläche 23 an der Düsennadel 3 und nach Werkstoffpaarung zwischen Düsennadelwerkstoff und Werkstoff des Führungs- und Dichtelementes 4 zunächst eine Linienberührung 27 einstellt, die im Laufe der Betriebszeit des Kraftstoffinjektors 1 in eine durch den Pfeil 29 angedeutete Flächenberührung zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelementes 4 übergeht. Mit dem Übergang von einer Linienberührung 27 in eine Flächenberührung 29 im Bereich der hydraulischen Fläche 23 geht eine Verkleinerung der hydraulisch wirksamen Fläche einher.

[0029] Mit der erfindungsgemäßvorgeschlagenen Maßnahme ist gewährleistet, dass eine durch die Abnahme der Federsteifigkeit des Federelementes 35 eingehende Schließkraftabnahme durch eine entsprechende Korrektur der der abnehmenden Federkraft 32 entgegenwirkenden hydraulischen Kraft erfolgt. Die Abnahme der hydraulischen Kraft, die der Schließbewegung der Düsennadel 3 entgegenwirkt, kann derart beeinflusst werden, dass die zum erforderlichen schnellen Schließen der Düsennadel 3 erforderliche Federkraft 32 auch durch ein gealtertes, in seiner Federsteifigkeit reduziertes Federelement 35 aufgebracht werden kann. Damit ist der Kraftstoffinjektor 1 gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung auch nach längerer Betriebszeit in der Lage, die definierten Einspritzzeitpunkte, insbesondere die emissionserheblichen Endzeitpunkte vorgegebene Einspritzphasen während eines Einspritzzyklus zu realisieren und einzuhalten.

[0030] Je schneller das Schließen der Düsennadel 3 erfolgen kann, d.h. je schnell die Einfahrbewegung des Sitzdurchmessers 15 an der Düsennadelspitze 13 in den mit diesem korrespondierenden Sitz 16 im Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 erfolgt, desto schneller läßt sich die Düse schließen. Dadurch ist sichergestellt, dass gegen Ende eines im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgangs kein Kraftstoff in den Brennraum gelangt, der aufgrund der bereits weitgehend fortgeschrittenen und damit abgeschlossenen Verbrennung nicht mehr verbrannt werden kann. Unzulässige HC-Emissionen durch zu spät eingespritzten Kraftstoff lassen sich somit durch ein schnelles Schließen der Düsennadel 3 erzielen.

Bezugszeichenliste

[0031] 

1

Kraftstoffinjektor

2

Injektorkörper

3

Düsennadel

4

Führungs- und Dichtelement

5

Druckstufe

6

Düsenraum

7

Hochdruckzulauf

8

Führung

9

Mehrfachführung

10

Führungsfläche

11

Düsenkörper

12

Symmetrieachse

13

Düsennadelspitze

14

Einspritzdüse

15

Sitzdurchmesser

16

Sitz

17

Einspritzkegel

18

Einspritzöffnung

19

Ringkanal

20

durchmesserreduzierter Bereich

21

Hubweg

22

Anschrägung

23

hydraulische Fläche

24

Kontaktbereich

25

Hubbewegung Düsennadel

26

Ringfläche

27

erste Kontaktposition

28

Offenstellung Düsennadel = Schließstellung Einspritzdüse

29

Flächenberührung

30

Einschnürstelle

31

Führungsdurchmesser

32

Schließkraft Haltekörper

33

Schließstellung Düsennadel = Offenstellung Düse

34

Sitzlochdüse

35

Federelement

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Injektorkörper (2), in welchem eine über eine Schließfeder (35) beaufschlagte Düsennadel (3) aufgenommen ist, welche von einem Düsenraum (6) umgeben ist, der über einen Hochdruckzulauf (7) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist und in welchem an einer Düsennadelspitze (13) eine Sitzfläche (15) vorgesehen ist, über welche Einspritzöffnungen (18) eines Düsenkörpers (11) freigebbar und verschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (3) zwischen einem Führungs- und Dichtelement (4) und dem Düsenraum (6) eine angeschrägte hydraulische Fläche (23) ausgebildet ist, die dem unteren, düsenraumseitigen Bereich des Führungs- und Dichtelements (4) gegenüberliegt und deren Berührung von einer ersten Kontaktposition mit linienförmiger Berührung (27) im Laufe des Betriebes in eine Flächenberührung (29) eines Kontaktbereiches (22, 24) des Führungs- und Dichtelementes (4) übergeht, wobei eine hydraulisch wirksame angeschrägte Fläche verringert wird und eine einer Federkraft (32) der Schließfeder (35) entgegenwirkende hydraulische Kraft verringert wird.

2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angeschrägte, hydraulische Fläche (23) an einem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Düsennadel (3) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Fläche (23) der Düsennadel (3) dem angeschrägten Kontaktbereich (22, 24) des Führungs- und Dichtelements (4) gegenüberliegt.

4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Abschnitt der Düsennadel (3) in einen durchmesserreduzierten Bereich (20) der Düsennadel (3) übergeht.

5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Injektorkörper (2) ein Ringkanal (19) ausgebildet ist, über den der Düsenraum (6) mit dem Bereich (20) reduzierten Durchmessers der Düsennadel (3) hydraulisch verbunden ist.

6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (19) die Düsennadel (3) umgibt.

7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich (24) des Führungs- und Dichtelements (4) mit einer Anschrägung (22) versehen ist, die mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Düsennadel (3) korrespondiert.

8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (20) reduzierten Durchmessers in eine Einschnürstelle (30) ausläuft, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser (31) der Düsennadel (3) im Führungs- und Dichtelement (4) ist.

9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (3) im Düsenkörper (11) in einer Führung (9) aufgenommen ist, zwischen deren Führungsflächen (10) Zuströmflächen zum Zuströmen des Kraftstoffes zur Düsennadelspitze (13) ausgebildet sind.

10. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (9) als Mehrflächenführung (8) ausgebildet ist.

11. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsennadel (3) im Bereich der Düsennadelspitze (13) eine Sitzlochdüse (34) ausgebildet ist.

Claims

1. Fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having an injector body (2), in which a nozzle needle (3) is received which is loaded via a closing spring (35) and is surrounded by a nozzle chamber (6) which is loaded with highly pressurized fuel via a high-pressure feed line (7) and in which a seat face (15) is provided on a nozzle-needle tip (13), via which seat face (15) injection openings (18) of a nozzle body (11) can be opened and closed, characterized in that a bevelled hydraulic surface (23) is formed on the nozzle needle (3) between a guide and sealing element (4) and the nozzle chamber (6), which bevelled hydraulic surface (23) lies opposite the lower, nozzle chamber-side region of the guide and sealing element (4) and the contact of which bevelled hydraulic surface (23) changes during operation from a first contact position with linear contact (27) into full surface-area contact (29) of a contact region (22, 24) of the guide and sealing element (4), a hydraulically active, bevelled surface being reduced and a hydraulic force which counteracts a spring force (32) of the closing spring (35) being reduced.

2. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the bevelled hydraulic surface (23) is formed on a frustoconical section of the nozzle needle (3).

3. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the hydraulic surface (23) of the nozzle needle (3) lies opposite the bevelled contact region (22, 24) of the guide and sealing element (4).

4. Fuel injector according to Claim 2, characterized in that the frustoconical section of the nozzle needle (3) merges into a region (20) of reduced diameter of the nozzle needle (3).

5. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that an annular channel (19) is formed in the injector body (2), via which annular channel (19) the nozzle chamber (6) is connected hydraulically to the region (20) of reduced diameter of the nozzle needle (3).

6. Fuel injector according to Claim 5, characterized in that the annular channel (19) surrounds the nozzle needle (3).

7. Fuel injector according to Claim 3, characterized in that the contact region (24) of the guide and sealing element (4) is provided with a bevel (22) which corresponds with the frustoconical section of the nozzle needle (3).

8. Fuel injector according to Claim 4, characterized in that the region (20) of reduced diameter tapers into a constricted point (30), the diameter of which is smaller than the diameter (31) of the nozzle needle (3) in the guide and sealing element (4).

9. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the nozzle needle (3) is received in the nozzle body (11) in a guide (9), between the guide surfaces (10) of which inflow surfaces are formed for the inflow of the fuel to the nozzle-needle tip (13).

10. Fuel injector according to Claim 9, characterized in that the guide (9) is configured as a multiple-surface guide (8).

11. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that a seat-hole-type nozzle (34) is formed on the nozzle needle (3) in the region of the nozzle-needle tip (13).

Revendications

1. Injecteur de carburant pour injecter du carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant un corps d'injecteur (2) recevant une aiguille d'injecteur (3) sollicitée par un ressort de fermeture (35), l'aiguille étant entourée par une chambre de buse (6) sollicitée par du carburant à haute pression arrivant par une arrivée haute pression (7) et une surface de siège (15) prévue sur la pointe (13) de l'aiguille d'injecteur pour libérer et fermer les orifices d'injection (18) d'un corps de buse (11),
caractérisé en ce que
l'aiguille d'injecteur (3) comporte une surface hydraulique (23), en biais, entre l'élément de guidage et d'étanchéité (4) et la chambre de buse (6), cette surface étant située en regard de la zone inférieure côté chambre de buse de l'élément de guidage et d'étanchéité (6, 5, 4) et dont le contact passe d'une première position de contact (27) à contact linéaire au cours du fonctionnement, en un contact surfacique (29) d'une zone de contact (22, 24) de l'élément de guidage et d'étanchéité (4),
la surface inclinée à activité hydraulique étant diminuée et la force hydraulique s'opposant à la force (32) du ressort de fermeture (35) étant diminuée.

2. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la surface hydraulique inclinée (23) est réalisée sur un segment en forme de tronc de cône de l'aiguille d'injecteur (3).

3. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la surface hydraulique (23) de l'aiguille d'injecteur (3) est en regard de la zone de contact inclinée (22, 23) de l'élément de guidage et d'étanchéité (4).

4. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le segment en forme de tronc de cône de l'aiguille d'injecteur (3) rejoint une zone (20) de diamètre réduit de l'aiguille d'injecteur (3).

5. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé par
un canal annulaire (19) réalisé dans le corps (2) de l'injecteur relie la chambre de buse (6) reliée à la zone (20) de diamètre réduit de l'aiguille d'injecteur (3).

6. Injecteur de carburant selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
le canal annulaire (19) entoure l'aiguille d'injecteur (3).

7. Injecteur de carburant selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
la zone de contact (24) de l'élément de guidage et d'étanchéité (4) est munie d'une surface inclinée (22) qui correspond au segment en forme de tronc de cône de l'aiguille d'injecteur (3).

8. Injecteur de carburant selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
la zone (20) de diamètre réduit se termine par un point de rétrécissement (30) dont le diamètre est inférieur au diamètre (31) de l'aiguille d'injecteur (3) dans l'élément de guidage et d'étanchéité (4).

9. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'aiguille d'injecteur (3) est logée dans un guidage (9) du corps de buse (11) et entre les surfaces de guidage (10) de celui-ci, il y a des surfaces de passage pour le passage du carburant vers la pointe (13) de l'aiguille d'injecteur.

10. Injecteur de carburant selon la revendication 9,
caractérisé en ce que
le guidage (9) est un guidage à plusieurs surfaces (8).

11. Injecteur de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
dans la région de sa pointe (13), l'aiguille d'injecteur (3) est réalisée sous la forme d'une buse à orifice de siège (34).

Zeichnung