[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Stand der Technik
[0002] Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren können hubgesteuerte
Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt werden, bei denen der Einspritzdruck an Last
und Drehzahl angepasst werden kann. Die Öffnungsbewegung einer Düsennadel wird durch
die Steuerventileinrichtung über den Druck in dem Steuerraum gesteuert.
Offenbarung der Erfindung
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, das Schaltverhalten der Steuerventileinrichtung in
einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern.
[0004] Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das einen
Druckraum umfasst, aus dem mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die
Steuerventileinrichtung einen Steuerventilanker umfasst, der in einem Ankerraum angeordnet
ist, der mit einem Rücklauf in Verbindung steht, der mit Niederdruck beaufschlagt
ist, dadurch gelöst, dass zwischen dem Ankerraum und dem Rücklauf eine Druckhalteventileinrichtung
vorgesehen ist. Durch die Druckhalteventileinrichtung wird der Ankerraum von dem Rücklaufpfad
der Steuermenge entkoppelt. Als Steuermenge wird die Menge Kraftstoff bezeichnet,
die beim Öffnen der Steuerventileinrichtung aus dem Steuerraum in den Rücklauf entweicht,
um einen Öffnungshub einer Düsennadel in dem Kraftstoffinjektor zu bewirken. Durch
die Entkopplung des Ankerraums von dem Rücklaufpfad der Steuermenge wird die Schaltdynamik
der Steuerventileinrichtung des Kraftstoffinjektors unabhängig von den Rücklaufbedingungen.
Insbesondere können Einflüsse von Schwingungen im Niederdrucksystem auf das Schaltverhalten
der Steuerventileinrichtung reduziert werden. Dadurch können insbesondere mehrere
aufeinander folgende Einspritzungen genauer dosiert werden.
[0005] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckhalteventileinrichtung ein Rückschlagventil umfasst, das eine Verbindung
vom Rücklauf in den Ankerraum unterbricht. Vorzugsweise umfasst das Rückschlagventil
einen federvorgespannten Rückschlagventilkörper.
[0006] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum mit Hochdruck
beaufschlagter Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird,
wenn der Druck in dem Steuerraum mit Hilfe der Steuerventileinrichtung verändert wird.
[0007] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerraum direkt mit dem Rücklauf verbunden ist, wenn die
Steuerventileinrichtung geöffnet ist. Das hat den Vorteil, dass die Steuermenge bei
geöffneter Steuerventileinrichtung direkt in den Rücklauf geleitet wird.
[0008] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Rücklauf einen Rücklaufkanal umfasst, der durch ein Ventilstück
verläuft, das den Steuerraum begrenzt. Vorzugsweise ist in dem Ventilstück des Weiteren
ein Ablaufkanal vorgesehen, der den Ablauf der Steuermenge aus dem Steuerraum ermöglicht.
Der Ablaufkanal ist vorzugsweise mit einer Ablaufdrossel ausgestattet.
[0009] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Rücklaufkanal durch ein Teil der Steuerventileinrichtung
verschließbar ist. Vorzugsweise ist der Rücklaufkanal durch einen Steuerventilkolben
der Steuerventileinrichtung verschließbar.
[0010] Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des Kraftstoffinjektors sind dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckhalteventileinrichtung in einem Gehäusekörperteil angeordnet ist, das
den Ankerraum in axialer oder radialer Richtung begrenzt. Der Gehäusekörperteil kann
einstückig mit dem Injektorgehäuse verbunden sein. Das Gehäusekörperteil kann aber
auch als separates Teil des Injektorgehäuses ausgeführt sein.
[0011] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor mindestens einen Leckagepfad aufweist,
über den Kraftstoff in den Ankerraum gelangt. Der Leckagepfad stellt eine kontinuierliche
Durchströmung oder Durchspülung des Ankerraums sicher. Außerdem wird über den Leckagepfad
der mit der Druckhalteventileinrichtung eingestellte Ankerraumdruck aufrechterhalten.
Dadurch kann ein vom Rücklaufdruck völlig unbeeinflusstes Schaltverhalten der Steuerventileinrichtung
erreicht werden.
[0012] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Leckagepfad zwischen einem Steuerventilkolben und einem Steuerventilkolbenführungskörper
vorgesehen ist. Die Führungsleckage des Steuerventilkolbens befüllt den Ankerraum,
so dass sich in dem Ankerraum der gewünschte Druck einstellt. Außerdem wird durch
die Führungsleckage eine Durchspülung des Ankerraums sichergestellt.
[0013] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Leckagepfad zwischen einer Düsennadel und einem Düsennadelführungskörper
vorgesehen ist. Die Führungsleckage der Düsennadel befüllt den Ankerraum, so dass
sich in dem Ankerraum der gewünschte Druck einstellt. Außerdem wird durch die Führungsleckage
eine Durchspülung des Ankerraums sichergestellt.
[0014] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0015] Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Längsschnitt
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- Figur 2
- einen ähnlichen Kraftstoffinjektor wie in Figur 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
und
- Figur 3
- einen ähnlichen Kraftstoffinjektor wie in den Figuren 1 und 2 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0016] In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 1 schematisch im Längsschnitt
dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 wird aus einem Hochdruckspeicherraum 2 mit unter
hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Über eine Zuleitung 3 ist der Kraftstoffinjektor
1 an den Hochdruckspeicherraum 2 angeschlossen. Die Zuleitung 3 mündet im Inneren
des Kraftstoffinjektors 1 in einen Hochdruckverbindungsraum 4. Der Hochdruckverbindungsraum
4 ist von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen.
[0017] Das Injektorgehäuse 6 umfasst einen Injektorkörper 7 und einen Düsenkörper 8, der
eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist. In der Führungsbohrung 9 ist eine Düsennadel
10 hin und her bewegbar geführt. Deshalb wird der Düsenkörper 8 auch als Düsennadelführungskörper
bezeichnet. Die Düsennadel 10 weist eine Spitze 11 auf, an der eine Dichtkante ausgebildet
ist, die an dem in den Brennraum ragenden Ende des Injektorgehäuses 6 einen Dichtsitz
bildet. Wenn der Dichtsitz an der Spitze 11 der Düsennadel 10 geschlossen ist, dann
sind mehrere Spritzlöcher in dem Injektorgehäuse 6 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze
11 von ihrem Sitz abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch
die Spritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Öffnungsbewegung
der Düsennadel 10 wird durch eine Steuerventileinrichtung 12 gesteuert.
[0018] An der Düsennadel 10 ist eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in einem Druckraum
15 angeordnet ist, der sich in den Düsenkörper 8 erstreckt. Die Düsennadel 10 ist
durch eine Druckfeder 16 mit ihrer Spitze 11 in ihre Schließstellung vorgespannt.
An der Düsennadel 10 sind Abflachungen 17, 18 vorgesehen, die den Durchtritt von Kraftstoff
aus dem Hochdruckverbindungsraum 4 in den Druckraum 15 ermöglichen.
[0019] An der Düsennadel 10 ist ein Federteller 19 befestigt. Die Druckfeder 16 ist zwischen
dem Federteller 19 und einer Steuerraumbegrenzungshülse 20 eingespannt. Die Steuerraumbegrenzungshülse
20 begrenzt in radialer Richtung einen Steuerraum 22, der zum Brennraum hin von dem
brennraumfernen Ende der Düsennadel 10 begrenzt wird.
[0020] Der Steuerraum 22 steht über einen Verbindungskanal 24, der mit einer Drossel ausgestattet
ist, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 in Verbindung. Da der Steuerraum 22 über den
Verbindungskanal 24 aus dem Hochdruckverbindungsraum 4 mit Kraftstoff gefüllt wird,
wird der Verbindungskanal 24 als Zulaufkanal bezeichnet. Der Steuerraum 22 wird auf
seiner dem Brennraum abgewandten Seite durch ein erstes Ventilstück 26 begrenzt, das
den Hochdruckverbindungsraum 4 verschließt. Zwischen dem ersten Ventilstück 26 und
einem Deckel 28 des Injektorgehäuses 6 ist ein zweites Ventilstück 27 eingespannt.
Das zweite Ventilstück 27 begrenzt an seinem brennraumfernen Ende einen Ankerraum
30.
[0021] Der Ankerraum 30 steht über eine Führungsbohrung 31 mit einem Verbindungsraum 32
in Verbindung. Der Verbindungsraum 32 wiederum steht über einen Verbindungskanal 34,
der mit einer Drossel ausgestattet ist, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 in Verbindung.
Über einen weiteren Verbindungskanal 35, der ebenfalls mit einer Drossel ausgestattet
ist, steht der Verbindungsraum 32 mit dem Steuerraum 22 in Verbindung. Über einen
weiteren Verbindungskanal 36 steht der Verbindungsraum 32 mit einem Niederdruckraum
38 in Verbindung, der wiederum an einen Rücklauf 40 angeschlossen ist. Der Rücklauf
40 ist mit Niederdruck beaufschlagt.
[0022] In der Führungsbohrung 31 des zweiten Ventilstücks 27 ist ein Steuerventilkolben
42 hin und her bewegbar geführt. Daher wird das zweite Ventilstück 27 auch als Steuerventilkolbenführungskörper
bezeichnet. An dem Steuerventilkolben 42 ist ein Anker 44 befestigt, der mit einer
Magnetspule 45 zusammenwirkt. Zwischen dem Anker 44 und dem Deckel 28 des Injektorgehäuses
6 ist eine Druckfeder 46 eingespannt, so dass eine an dem brennraumnahen Ende des
Steuerventilkolbens 42 vorgesehene Dichtkante 48 an dem ersten Ventilstück 26 in Anlage
gehalten wird. Die Dichtkante 48 an dem brennraumnahen Ende des Steuerventilkolbens
42 verschließt den Verbindungskanal 36, der auch als Rücklaufkanal bezeichnet wird.
Wenn die Magnetspule 45 bestromt wird, dann zieht sie den Anker 44 an, so dass die
Dichtkante 48 des Steuerventilkolbens 42 von dem ersten Ventilstück 26 abhebt, um
eine Verbindung zwischen dem Verbindungsraum 32 über den Verbindungskanal 36 und den
Niederdruckraum 38 mit dem Rücklauf freizugeben.
[0023] Der Rücklauf 40 steht über eine Rücklaufverbindungsleitung 50 mit dem Ankerraum 30
in Verbindung. Zwischen der Rücklaufverbindungsleitung 50 und dem Ankerraum 30 ist
in dem Deckel 28 des Injektorgehäuses 6 ein Druckhalteventil 52 angeordnet. Der Ankerraum
30 wird über einen Leckagepfad 54 zwischen dem Steuerventilkolben 42 und der Führungsbohrung
31 befüllt. Über den Leckagepfad 54 wird sichergestellt, dass sich im Ankerraum 30
der gewünschte Druck einstellt. Darüber hinaus wird der Ankerraum 30 durch die Führungsleckage
durchspült. Die Steuermenge aus dem Steuerraum 22 wird bei geöffneter Steuerventileinrichtung
12 über den Rücklaufkanal 36 direkt in den Rücklauf 40 geleitet.
[0024] Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Druckhalteventil 56
durch eine radial an dem zweiten Ventilstück 27 angebrachte Kugel 57 mit einem Federelement
58 gebildet. Das Federelement 58 kann ringförmig oder blättchenförmig ausgebildet
sein.
[0025] In Figur 3 ist ein ähnlicher Kraftstoffinjektor 1 wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt.
Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen
zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figuren 1und 2 verwiesen.
Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen
eingegangen.
[0026] Bei dem in Figur 3 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 steht der Druckraum 15 über
einen Hochdruckverbindungskanal 60 mit der Zuleitung 3 in Verbindung. Darüber hinaus
ist die Düsennadel 10 an ihrem brennraumfernen Ende durch ein Druckstück 63 verlängert.
Das brennraumferne Ende des Druckstücks 63 begrenzt den Steuerraum 22. In radialer
Richtung zwischen der Steuerraumbegrenzungshülse 20 und den Injektorkörper 7 ist eine
Dichtung 65 angeordnet. Die Dichtung 65 dichtet in dem Injektorkörper 7 einen Ringraum
66, in den die Zuleitung 3 mündet, gegenüber einem Niederdruckraum 68 ab, der in radialer
Richtung zwischen dem Druckstück 63 und dem Injektorkörper 7 ausgebildet ist. Der
Niederdruckraum 68 steht über einen Niederdruckverbindungskanal 69 mit einem Ankerraum
70 in Verbindung.
[0027] Der Steuerraum 22 wird auf seiner brennraumfernen Seite in axialer Richtung von einem
ersten Ventilstück 71 begrenzt. Ein zweites Ventilstück 72 ist zwischen dem ersten
Ventilstück 71 und einem dritten Ventilstück 73 eingespannt. Eine Dichtung 74 dichtet
den Ankerraum 70 gegenüber dem mit Hochdruck beaufschlagten Ringraum 66 ab. Das erste
Ventilstück 71 weist einen zentralen Ablaufkanal 75 auf, der mit einer Drossel ausgestattet
ist und den Steuerraum 22 mit einem Verbindungsraum 85 verbindet. Der Ablaufkanal
75 ist an seinem brennraumfernen Ende durch eine Ventilkugel 76 verschlossen.
[0028] Die Ventilkugel 76 wird durch einen Steuerventilkolben 78 in ihrer Schließstellung
gehalten. An dem Steuerventilkolben 78 ist ein Anker 79 befestigt, der mit einer Magnetspule
80 zusammenwirkt, zwischen dem Anker 79 und einem Deckel 84 des Injektorgehäuses 6
ist eine Druckfeder 81 eingespannt. Durch die Vorspannkraft der Druckfeder 81 wird
die Ventilkugel 76 im Bereich der Mündung des Ablaufkanals 75 in dichter Anlage an
dem ersten Ventilstück 71 gehalten. Wenn die Magnetspule 80 bestromt wird, dann wird
der Anker 79 angezogen, so dass die Ventilkugel 76 an dem ersten Ventilstück 71 abhebt,
um eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 22 und einem Rücklauf 86 über den Ablaufkanal
75 und den Verbindungsraum 85 freizugeben.
[0029] In dem dritten Ventilstück 73 ist zwischen dem Verbindungsraum 85 und dem Ankerraum
70 ein Druckhalteventil 92 angeordnet. Da die Steuereinrichtung 82 mit der Ventilkugel
76 leckagefrei ist, wird zur Durchspülung des Ankerraums 70 die Führungsleckage 94
der Düsennadel 10 und die Führungsleckage 95 des Druckstücks 63 verwendet. Durch das
Druckhalteventil 92 wird der Druck in dem Ankerraum 70 auf einem definierten Druckwert
gehalten.
1. Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse (6), das einen Druckraum (15) umfasst,
aus dem mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung (12; 82) mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wobei die
Steuerventileinrichtung (12; 82) einen Steuerventilanker (44; 79) umfasst, der in
einem Ankerraum (30; 70) angeordnet ist, der mit einem Rücklauf (40; 86) in Verbindung
steht, der mit Niederdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ankerraum (30; 70) und dem Rücklauf (40; 86) eine Druckhalteventileinrichtung
(52; 56; 92) vorgesehen ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung (52; 56; 92) ein Rückschlagventil umfasst, das eine
Verbindung vom Rücklauf (40; 86) in den Ankerraum (30; 70) unterbricht.
3. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (22) mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck
in dem Steuerraum (22) mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung (12; 82) verändert
wird.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (22) direkt mit dem Rücklauf (40; 86) verbunden ist, wenn die Steuerventileinrichtung
(12; 82) geöffnet ist.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf einen Rücklaufkanal (36) umfasst, der durch ein Ventilstück (26) verläuft,
das den Steuerraum (22) begrenzt.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufkanal (36) durch ein Teil der Steuerventileinrichtung (12) verschließbar
ist.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung (52) in einem Gehäusekörperteil angeordnet ist, das
den Ankerraum (30) in axialer Richtung begrenzt.
8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung (56) in einem Gehäusekörperteil angeordnet ist, das
den Ankerraum (30) in radialer Richtung begrenzt.
9. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor mindestens einen Leckagepfad (54; 94, 95) aufweist, über den
Kraftstoff in den Ankerraum (30;70) gelangt.
10. Kraftstoffinjektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagepfad (54) zwischen einem Steuerkolben (42) und einem Steuerventilkolbenführungskörper
(27) vorgesehen ist.
11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagepfad (94) zwischen einer Düsennadel (10) und einem Düsennadelführungskörper
(8) vorgesehen ist.