Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Injektor ist aus der EP 0 740 068 A2 bekannt. Ein derartiger Injektor hat den Vorteil, dass die Ventilhülse mit ihrem Außendurchmesser axial verschieblich in einem Führungselement geführt ist, welches als von dem Ventilstück separates Bauteil ausgebildet, jedoch an diesem anliegend ist. Dadurch kann das Führungselement erst nach der Fertigung des Ventilsitzes für die Ventilhülse am Ventilstück festgelegt werden, wodurch der Ventilsitz in üblicher Weise herstellbar ist. Zusätzliche weitere Vorteile liegen in der relativ einfachen Herstellbarkeit des Führungselementes sowie in einer relativ hohen Festigkeit des Ventilstückes.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine weitere Vereinfachung des Herstellungsprozesses ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird bei einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Hülse können dabei insbesondere Fertigungsschwankungen der Ventilhülse und des Ventilstücks ausgeglichen werden bzw. diese Bauteile können mit größeren Toleranzen gefertigt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Führungselement an dem Ventilstück mittels einer Presspassung festgelegt ist. Diese Ausfuhrungsform kommt mit. Vorteil ohne zusätzliche Befestigungsmittel aus. Diese Art der Befestigung eignet sich insbesondere für ein hülsenförmig (rohrförmig) ausgebildetes Führungselement, welches in axialer Richtung auf das Ventilstück aufgepresst wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Führungselement zumindest im Bereich der Presspassung in radialer Richtung elastisch verformbar ist, um die Klemmwirkung zu verbessern.

Um einen optimalen Halt des Führungselementes an dem Ventilstück zu gewährleisten, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Führungselement an einem, insbesondere leicht konischen Abschnitt des Ventilstücks festgelegt ist. Zur Erzielung einer Presspassung ist es von Vorteil, wenn der Konuswinkel eines entsprechenden Innenkonus des Führungselementes vor dessen Befestigung an den konischen Abschnitt, insbesondere geringfügig kleiner ist als der Konuswinkel des konischen Abschnitt des Ventilstücks. Bevorzugt ist die Presspassung als sogenannte Morsekegelpassung, wie sie beispielsweise zur Festlegung von Werkzeugen an Schäften bekannt ist, ausgebildet.

Wie bereits erläutert, ist der Konuswinkel (Winkel zwischen der Symmetrieachse des konischen Abschnitts und der schrägen Mantelfläche des konischen Abschnitts) des konischen Abschnitts des Ventilstückes klein, insbesondere sehr klein, bevorzugt ist der Konuswinkel kleiner als etwa 10°, insbesondere kleiner als etwa 5°. Besonders bevorzugt liegt der Konuswinkel des konischen Abschnitts in einem Bereich zwischen etwa 0,5° und etwa 2,5°. Dabei ist der Winkel (Winkel zwischen der Symmetrieachse des Innenkonus und der schrägen inneren Mantelfläche des Innenkonus) des Innenkonus des Führungselementes mit Vorteil etwa um 0,1° bis etwa 1,5°, vorzugsweise um etwa 0,25° bis etwa 0,75° kleiner als der Konuswinkel des konischen Abschnittes des Ventilstückes.

Fertigungstechnisch ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der Ventilsitz am Ventilstück unmittelbar benachbart zu dem konischen Abschnitt des Ventilstücks angeordnet ist, an dem das Führungselement festgelegt ist. Bevorzugt ist der Ventilsitz als konvexer Kegelsitz ausgebildet, wobei der Winkel der Kegelfläche wesentlich flacher ist, als der Winkel des konischen Abschnitts zur Festlegung des Ventilstücks. Daneben ist es denkbar, den Ventilsitz als Flachsitz, oder sogar als konkaven Kegelsitz auszubilden.

Zur Realisierung der Presspassung zwischen dem Führungselement und dem Ventilstück gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Variante ist vorgesehen, dass das Führungselement mit einer durchgehenden Kontaktfläche an dem Ventilstück, insbesondere an dem konischen Abschnitt des Ventilstücks anliegt.

Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Kontaktfläche, insbesondere ringförmig unterbrochen ist, vorzugsweise durch eine Freistellung, also einen nicht kontaktierenden Bereich am Führungselement und/oder am Ventilstück. Bei dieser Ausführungsform sind zwei, insbesondere ringförmige, in axialer Richtung durch die Freistellung beabstandete Kontaktbereiche zwischen dem Führungselement und dem Ventilstück ausgebildet, wodurch die Klemmwirkung noch verbessert werden kann.

Damit bei geöffnetem Steuerventil, also bei angehobener Ventilhülse die aus der Steuerkammer nachströmende Kraftstoffmenge (Steuermenge) frei in Richtung des Niederdruckbereichs des Injektors abströmen kann, muss ein Abströmungskanal aus dem Kraftstoffvolumen innerhalb der Ventilhülse bereitgestellt werden. Hierzu ist es von Vorteil in dem Führungselement mindestens eine Querbohrung vorzusehen. Dabei muss die Querbohrung nicht zwangsweise orthogonal zur Längsmittelachse der Ventilhülse verlaufen, sondern kann auch schräg angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, die Ventilhülse an ihrem Außenumfang und/oder das Führungselement an seinem Innenumfang mit mindestens einem Flächenanschliff zur Bildung eines axialen Abströmkanals auszustatten. Ebenso ist es möglich eine Abströmbohrung oder ein Abströmkanal am Ventilstück vorzusehen, über die bzw. den die Steuermenge, insbesondere nach unten, unterhalb des Führungselementes hindurch nach außen in den Niederdruckbereich fließen kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1:

eine stark schematisierte Teilansicht eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors und

Fig. 2:

eine alternative Ausführungsform eines Injektors in einer ebenfalls stark schematisierten Teilansicht.

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist stark schematisiert ein Ausschnitt eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Fig. 1 soll lediglich die Funktionsweise des Injektors erläutern, wobei die gezeigten Größenverhältnisse nicht den realen Größenverhältnissen entsprechen.

Der Injektor 1 umfasst ein lediglich ausschnittsweise dargestelltes, ein- oder mehrteiliges Ventilelement 2, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. In seiner Öffnungsstellung (in der Zeichnungsebene nach oben verstellt) gibt das Ventilelement 2 den Kraftstofffluss aus einem Druckraum 3 durch eine nicht gezeigte Düsenlochanordnung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.

Mit einer oberen Stirnfläche 4 begrenzt das Ventilelement 2 eine Steuerkammer 5. Diese ist radial innerhalb eines in den Druckraum 3 hineinragenden, hülsenförmigen Abschnitts eines Ventilstückes 6 angeordnet.

In die Steuerkammer 5 mündet eine in den hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstückes 6 eingebrachte Zulaufdrossel 7, über die die Steuerkammer 5 mit Kraftstoff aus dem Druckraum 3 versorgt wird. Der Druckraum 3 wird wiederum von einer Kraftstoffversorgungsleitung 8 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher 9 (Rail) versorgt. Dieser wird von einer, insbesondere als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe 10 mit Kraftstoff aus einem auf Niederdruck liegenden Vorratsbehälter 11 versorgt. In den Vorratsbehälter 11 strömt auch eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich 12 des Injektors über einen Injektorrücklauf 13.

Aus der Steuerkammer 5 mündet ein in axialer Richtung in das Ventilstück 6 eingebrachter Ablaufkanal 14 aus. Dieser ist mit einer Ablaufdrossel 15 versehen, oder als solche ausgebildet. Der Ablaufkanal 14 verbreitet sich in seinem in der Zeichnungsebene oberen Abschnitt und mündet in eine Ventilkammer 16, die radial außen von dem Ventilstück 6 sowie von einer in axialer Richtung daran angrenzenden Ventilhülse 17 eines Steuerventils 18 (Servoventil) begrenzt wird. In axialer Richtung nach oben wird die Ventilkammer 16 des Steuerventils 18 von einem axial verschieblich gelagerten Druckstift 19 begrenzt, der von innerhalb der Ventilkammer 16 befindlichem Kraftstoff in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben gegen einen Ablaufstutzen 36 gepresst wird. Hierzu durchsetzt der Druckstift 19 eine Bohrung 37 in einen Haltekörper 20 einer Elektromagnetanordnung 21. In seinem in der Zeichnungsebene oberen Bereich ist der Druckstift 19 von einer Hülse 22 geführt, die von einer Schließfeder 23, die sich an einer einstückig mit der Ventilhülse 17 ausgebildeten Ankerplatte 24 abstützt, gegen den Ablaufstutzen 36 federkraftbeaufschlagt wird. Die Schließfeder 23 beaufschlagt gleichzeitig die Ankerplatte 24 und damit die Ventilhülse mit einer Federkraft in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten auf einen am Ventilstück 6 ausgebildeten, als Kegelsitz ausgeformten Ventilsitz 25 des Steuerventils 18. Alternativ stützt sich die Schließfeder an einer Ringschulter des Haltekörpers 20 der Elektromagnetanordnung 21 ab.

Aufgrund der Tatsache, dass die Ventilhülse 17 keine in axialer Richtung wirkende Druckangriffsfläche für Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer aufweist, handelt es sich bei dem Steuerventil 18 um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Servoventil.

Zur Führung der Ventilhülse 17 an ihrem Außenumfang ist ein hohlzylindrisches, hülsenförmiges Führungselement 26 vorgesehen. Das Führungselement 26 ist mittels einer Presspassung an einem konischen Abschnitt 27 des Ventilstücks 6 festgelegt, wobei ein äußerer Konuswinkel α des konischen Abschnittes 27 aus Veranschaulichungsgründen wesentlich größer dargestellt ist, als dieser in der Realität bevorzugt ausgebildet ist. In der Realität beträgt der Konuswinkel α zwischen einer Konusfläche 28 und einer zur Längsmittelachse L des Steuerventils 18 parallelen Achse in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1°.

Die dem konischen Abschnitt 27 abgewandte Stirnseite 29 des Führungselementes 26 ist mit Axialabstand zur Unterseite der Ankerplatte 24 angeordnet. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Ventilsitz 25 radial innerhalb des konischen Abschnittes 27 bzw. der Konusfläche 28 (Kegelfläche) angeordnet.

Das Führungselement 26 ist mittels einer Presspassung an dem konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 26 festgelegt. Ein Konuswinkel β eines Innenkonus 30 beträgt wie der Konuswinkel α des konusförmigen Abschnittes 27 des Ventilstückes 6 im montierten Zustand ebenfalls 1°. Vor der Montage ist der Konuswinkel β des Innenkonus 30 jedoch etwas kleiner als der Konuswinkel α. Bei dem Aufpressen des Führungselementes 26 auf den konischen Abschnitt 27 wird der Innenkonus in radialer Richtung nach außen elastisch aufgeweitet, um die Klemmwirkung zu verbessern. Bei der gezeigten kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Führungselement 26 und dem konusförmigen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 handelt es sich um eine Art Morsekegelpassung.

In das Führungselement 26 sind zwei gegenüberliegende auf Höhe des Ventilsitzes 25 angeordnete, leicht schräg verlaufende Querbohrungen 31, 32 eingebracht, durch die Kraftstoff aus der Ventilkammer 16 bei von dem Ventilsitz 25 abgehobener Ventilhülse 17 des Steuerventils 18 in den das Führungselement 26 umgebenden Niederdruckbereich 12 des Injektors strömen kann. Aus dem Niederdruckbereich 12 kann der Kraftstoff durch den Injektorrücklauf 13 zu dem Vorratsbehälter 11 strömen.

Zum Öffnen des Ventilelements 2 muss der Druck in der Steuerkammer 5 abgesenkt werden. Hierzu wird die Ventilhülse 17 aus der in Fig. 1 gezeigten Position durch Bestromung der Elektromagnetanordnung 21 in der Zeichnungsebene nach oben verstellt, so dass Kraftstoff über den in den konischen Abschnitt 27 eingebrachten, zentrischen Ablaufkanal 14 in die Ventilkammer 16 und von dort aus unterhalb der Ventilhülse in radialer Richtung und durch die Querbohrungen 31, 32 hindurch in den Niederdruckbereich 12 und von dort aus zum Injektorrücklauf 13 strömen kann.

Zusätzlich oder Alternativ zur Ausbildung einer Ablaufdrossel 15 im Ablaufkanal 14 können die Querbohrungen 31, 32 selbst als Ablaufdrosseln ausgebildet werden.

Da der Durchflussquerschnitt der Ablaufdrossel 15 größer ist als der Durchflussquerschnitt der Zulaufdrossel 7 resultiert bei geöffnetem Steuerventil 18 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 5, wodurch die auf das Ventilelement 2 wirkende Schließkraft reduziert wird und das Ventilelement 2 von seinem nicht gezeigten Ventilsitz abhebt und den Kraftstofffluss freigibt. Zum Schließen des Ventilelementes 2 wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 21 unterbrochen, wodurch die Ventilhülse 17 federkraftunterstützt durch die Schließfeder 23 in axialer Richtung nach unten auf ihren Ventilsitz 25 bewegt wird, so dass kein Kraftstoff mehr aus der Ventilkammer 16 in den Niederdruckbereich abströmen kann. Durch den weiterhin durch die Zulaufdrossel 7 in die Steuerkammer 5 strömenden Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 5 und somit die auf das Ventilelement 2 wirkende Schließkraft.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines Injektors 1 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorangehende Figurenbeschreibung verwiesen.

Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, dass die Presspassung zwischen dem Führungselement 26 und dem konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 unterschiedlich realisiert ist. In den Innenkonus 30 des Führungselementes 26 ist eine ringförmige Freistellung 33 eingebracht, so dass das Führungselement an zwei in axialer Richtung beabstandeten Kontaktflächen 34, 35 an den konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 anliegt. Hierdurch kann die Klemmwirkung zwischen dem Führungselement 26 und dem Ventilstück 6 weiter verbessert werden.

Anstelle von den gezeigten Querbohrungen 31, 32 im Führungselement 26 können zur Ableitung von Kraftstoff aus der Ventilkammer 16 bei geöffnetem Steuerventil 18, bevorzugt in axialer Richtung verlaufende Flächenanschliffe am Außenumfang der Ventilhülse 17 und/oder am Innenumfang des Führungselementes 26 vorgesehen werden.