Kraftstoffinjektor

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 040 680 A1 hervor. Der bekannte Kraftstoffinjektor umfasst zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbares, mehrteiliges Einspritzventilelement, wobei ein erstes Teil und ein zweites Teil über einen hydraulischen Koppler gekoppelt sind. Der hydraulische Koppler wird in axialer Richtung von einer ersten Führung für das erste Teil und von einer zweiten Führung für das zweite Teil begrenzt. Die Führungen sind radial außen von Hochdruck beaufschlagt, während im hydraulischen Koppler ein geringerer Druck realisiert ist. Der radial außen anliegende höhere Druck wirkt einem Aufweiten der Führungen entgegen, so dass der Kraftstoffinjektor vergleichsweise leckagearm betrieben werden kann. Der geringere Druck im hydraulischen Koppler hat ferner zur Folge, dass die hierüber gekoppelten Teile des Einspritzventilelements während des Betriebs des Kraftstoffinjektors permanent und mit erheblichen Kräften miteinander verbunden sind, so dass sie aus Funktionssicht als ein Teil betrachtet werden können. Ferner wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass innerhalb des hydraulischen Kopplers eine Druckstufe realisiert ist, die eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilelement wirkende hydraulische Kraft zur Beschleunigung der Schaltzeit des Einspritzventilelements verursacht. Zur Realisierung der Druckstufe weisen die hydraulisch gekoppelten Teile des Einspritzventilelements unterschiedliche Durchmesser auf, wobei das näher an einer Düsenlochanordnung liegende Teil einen geringeren Durchmesser als das düsenlochferne Teil besitzt.

[0003] Der aus der DE 10 2008 040 680 A1 bekannte Kraftstoffinjektor wird indirekt geschaltet. Hierzu besitzt der Kraftstoffinjektor ein als Magnetventil ausgeführtes Servoventil, das in Offenstellung einen Druckabfall in einem Steuerraum bewirkt, der in axialer Richtung von einer Stirnfläche des Einspritzventilelements begrenzt wird. Der Druckabfall im Steuerraum bewirkt demnach eine Entlastung des Einspritzventilelements, bis dieses öffnet. Über die Abstimmung von Zu- und Ablaufdrosseln, die mit dem Steuerraum in Verbindung stehen, ist gewährleistet, dass der erforderliche Druckabfall zum Öffnen des Einspritzventilelements in einer definierten Zeitspanne nach dem Öffnen des Servoventils erreicht wird. Bei der Dimensionierung des Aktors zur Betätigung des Servoventils muss daher lediglich die zum Öffnen des Servoventils erforderliche Kraft berücksichtigt werden.

[0004] Darüber hinaus sind Kraftstoffinjektoren beispielsweise aus DE102008002415A bekannt, die über einen Magnet- oder Piezoaktor direkt geschaltet werden. In diesem Fall muss bei der Dimensionierung des Aktors die erforderliche Öffnungskraft zum Öffnen des Einspritzventilelements bzw. der Düsennadel berücksichtigt werden. Die vom Aktor aufgebrachte Kraft wird über eine Schaltkette auf die Stirnfläche der Düsennadel übertragen. Um dabei eine Übersetzung der Aktorkraft und/oder des Aktorhubes zu bewirken, kann die Schaltkette zwischen dem Aktor und der Düsennadel eine Einrichtung zur Kraft- und/oder Hubübersetzung aufweisen. Entsprechend verringert oder erhöht sich die erforderliche Aktorkraft und erhöht oder verringert sich im Gegenzug der erforderliche Aktorhub.

[0005] Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, der durch eine Reduzierung der erforderlichen Öffnungskraft den Einsatz vergleichsweise kleinvolumiger Aktoren erlaubt. Insbesondere soll der Einsatz eines kleinvolumigen Piezoaktors möglich sein, über den der Kraftstoffinjektor direkt schaltbar ist.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

[0007] Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper und einen Injektorkörper, die jeweils einen Hochdruckraum umschließen, in denen eine ein- oder mehrteilige Düsennadel zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich aufgenommen ist. Die Düsennadel ist dabei durch einen Niederdruckraum geführt, der über wenigstens einen Führungsspalt zwischen der Düsennadel und einem den Niederdruckraum begrenzenden Körper und/oder einem hieran abgestützten Führungselement gegenüber den Hochdruckräumen abgedichtet ist. Zur Ausbildung einer im Niederdruckraum angeordneten Druckstufe besitzt die Düsennadel unterschiedlich große Führungsdurchmesser d_o, d_u. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der in Bezug auf die Einspritzöffnung weiter entfernt liegende Führungsdurchmesser d_o kleiner als der Führungsdurchmesser d_u ist, so dass die Düsennadel in Öffnungsrichtung teilweise kraftentlastet ist. Die teilweise Kraftentlastung der Düsennadel bewirkt eine Reduzierung der erforderlichen Öffnungskraft, so dass diese - bei direkt geschalteten Injektoren - durch einen kleinvolumigen Aktor, beispielsweise einem Piezoaktor, aufgebracht werden kann. Bei indirekt geschalteten Injektoren bewirkt die teilweise Kraftentlastung der Düsennadel, dass die Schaltzeiten verringert werden können, da der erforderliche Druckabfall im Steuerraum schneller realisiert werden kann.

[0008] Die Wirkung der teilweisen Kraftentlastung der Düsennadel lässt sich auch anhand der nachfolgenden Formeln darstellen.

[0009] In Schließstellung der Düsennadel entspricht die erforderliche Öffnungskraft der hydraulischen Druckkraft F_sitz, welche die Düsennadel in ihren Sitz drückt. Für F_sitz gilt:

wobei p dem Hochdruck und d_s dem Sitzdurchmesser eines Düsennadelsitzes entspricht. Die üblicherweise zusätzlich vorhandene Vorspannkraft einer in Schließrichtung wirkenden Feder ist dabei so gering, dass sie vernachlässigt werden kann.

[0010] Die Formel zeigt, dass der Sitzdurchmesser d_s großen Einfluss auf F_sitz und damit auf die erforderliche Öffnungskraft besitzt. Durch die unterschiedlich großen Führungsdurchmesser der Düsennadel zur Realisierung einer Druckstufe kann die hydraulische Druckkraft F_sitz reduziert werden, denn es gilt nunmehr:

[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der den Niederdruckraum begrenzende Körper ein zwischen dem Düsenkörper und dem Injektorkörper angeordnetes plattenförmiges Körperbauteil, das vorzugsweise über eine Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper und dem Injektorkörper axial verspannt ist. In diesem Fall bildet der Körper ein feststehendes Körperbauteil bzw. Gehäuseteil des Kraftstoffinjektors aus. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass vorzugsweise der den Niederdruckraum begrenzende Körper wenigstens einen Strömungskanal zur hydraulischen Verbindung der im Düsenkörper und im Injektorkörper ausgebildeten Hochdruckräume besitzt. Der wenigstens eine Strömungskanal stellt den Zulauf von Kraftstoff zu der wenigstens einen Einspritzöffnung sicher. Er ist somit Teil des Strömungspfads des einzuspritzenden Kraftstoffs.

[0012] Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der den Niederdruckraum begrenzende Körper in wenigstens einem der im Düsenkörper und/oder im Injektorkörper ausgebildeten Hochdruckräume hubbeweglich aufgenommen. Der den Niederdruckraum begrenzende Körper muss demnach nicht zwingend als feststehendes Körperbauteil bzw. Gehäuseteil ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Körper auch ein Kopplerkörper eines hydraulischen Kopplers sein, der vorzugsweise der Kraftverstärkung eines Aktors dient und mit diesem eine funktionale Einheit bildet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Kraftstoffinjektor als direkt schaltbarer Injektor ausgebildet ist.

[0013] Bevorzugt ist der Niederdruckraum über wenigstens einen Verbindungskanal an einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass eine zusätzlich im Wege der Leckage in den Niederdruckraum gelangende Kraftstoffmenge nicht zu einer unerwünschten Druckerhöhung im Niederdruckraum führt. Vorzugsweise ist der Verbindungskanal zumindest abschnittsweise als radial verlaufende Bohrung ausgebildet. Weiterhin vorzugsweise mündet die radial verlaufende Bohrung im Bereich einer Außenumfangfläche des den Niederdruckraum begrenzenden Körpers, der in diesem Fall bevorzugt als plattenförmiges Körperbauteil ausgebildet ist, in den Niederdruckbereich. Der Niederdruckbereich kann hierzu wenigstens einen radial außen in Bezug auf das plattenförmige Körperbauteil angeordneten, axial verlaufenden Verbindungskanal umfassen. Der Niederdruckbereich ist weiterhin vorzugsweise an eine Rücklaufleitung des Kraftstoffeinspritzsystems anschließbar.

[0014] Der im Niederdruckraum herrschende Druck entspricht vorzugsweise dem Rücklaufdruck des Kraftstoffeinspritzsystems. Darüber hinaus kann der im Niederdruckraumherrschende Druck aber auch über dem Rücklaufdruck liegen, so dass ein Druck möglich ist, der zwischen dem Rücklaufdruck und dem Hochdruck eines Hochdruckspeichers liegt, an den der Kraftstoffinjektor bevorzugt angeschlossen ist. Das Zwischendruckniveau im Niederdruckraum kann auf an sich bekannte Art erzeugt werden. Beispielsweise können Gleichdruckventile oder Druckteilereinrichtungen eingesetzt werden. Bevorzugt beträgt der Druck im Niederdruckraum jedoch maximal 20 bar, vorzugsweise maximal 10 bar, um den gewünschten Effekt einer teilweise kraftenlasteten Düsennadel zu erzielen.

[0015] Zur Ausbildung unterschiedlich großer Führungsdurchmesser ist die Düsennadel bevorzugt mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, ausgebildet. Die mehrteilige Ausbildung vereinfacht die Realisierung unterschiedlich großer Führungsdurchmesser, da ein Durchmessersprung jeweils im Bereich der Verbindung zweier Teile realisiert werden kann, die sich hinsichtlich ihres Durchmessers unterscheiden. Vorzugsweise umfasst die Düsenadel ein erstes Teil und ein zweites Teil, die zusammenwirkende Kontaktflächen besitzen, die im Niederdruckraum angeordnet sind. Der geringe Druck im Niederdruckraum und der außen anliegende hohe Druck bewirken eine mechanische Kopplung der beiden Teile der Düsennadel. Denn während das der Einspritzöffnung zugewandte zweite Teil stets von einer hydraulischen Öffnungskraft beaufschlagt ist, wird das erste Teil, das weiter entfernt von der Einspritzöffnung angeordnet ist, stets von einer hydraulischen Schließkraft beaufschlagt, so dass beide Teile axial gegeneinander gepresst werden und funktional eine Einheit bilden.

[0016] Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das erste Teil und das zweite Teil der Düsennadel im Bereich ihrer Kontaktflächen eine ein Gelenk ausbildende Geometrie aufweisen. Durch das Gelenk im Kontaktbereich kann ein etwaiger Achsversatz zwischen den Teilen ausgeglichen werden. Zur Ausbildung eines Gelenks eignen sich insbesondere sphärisch geformte Kontaktflächen, wobei die eine Kontaktfläche konkav oder plan und die andere konvex geformt sein sollte.

[0017] Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Führung der Düsennadel durch ein separates Führungselement realisiert wird, das als Hülse ausgebildet ist und vorzugsweise über eine Beißkante an dem den Niederdruckraum begrenzenden Körper abgestützt ist. Das als Hülse ausgebildete separate Führungselement ermöglicht den Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes zwischen den Teilen der Düsennadel, da die Hülse gegenüber dem Körper radial verschiebbar ist. Die Beißkante der Hülse erhöht die Dichtkraft, um den Niederdruckraum gegenüber einem der Hochdruckräume abzudichten. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Hülse von der Federkraft einer Feder in Richtung des Körpers beaufschlagt ist. Auch durch diese Maßnahme wird die Dichtkraft im Kontaktbereich der Hülse mit dem Körper erhöht. Da die Hülse außen von Hochdruck umgeben ist, wird durch die Hochdruckumgebung eine zusätzliche hydraulische Anpresskraft bewirkt. Weiterhin bevorzugt ist die Hubbewegung der Düsennadel über einen Aktor direkt steuerbar. Bei dem Aktor kann es sich beispielsweise um einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor handeln. Ein direkt steuerbarer bzw. schaltbarer Kraftstoffinjektor besitzt gegenüber einem indirekt steuerbaren bzw. schaltbaren Kraftstoffinjektor den Vorteil, dass keine Absteuermenge anfällt, die rückgeführt und erneut auf Hochdruck gefördert werden muss. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Systems erhöht werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass ein hydraulischer Koppler zur Übersetzung der Kraft und/oder des Hubes eines Aktors vorgesehen ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform besitzt der hydraulische Koppler einen Kopplerkörper mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz zur Aufnahme eines Endabschnitts der Düsennadel und zur Ausbildung eines Steuerraums, wobei der Steuerraum vollständig im Kopplerkörper ausgebildet ist.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der hydraulische Koppler einen Kopplerkörper besitzt, an dem eine Dichthülse zur Aufnahme eines Endabschnitts der Düsennadel und zur Ausbildung eines Steuerraums abgestützt ist. Ein hohlzylinderförmiger Ansatz am Kopplerkörper ist damit entbehrlich, was die Fertigung des hydraulischen Kopplers vereinfacht. Die Dichthülse kann zudem in radialer Richtung verschiebbar am Kopplerkörper abgestützt sein, so dass sie den Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes zwischen dem hydraulischen Koppler und der Düsennadel ermöglicht.
Da die Dichthülse allseitig von Hochdruck umgeben ist, besteht bei einem kurzzeitigen Überdruck im Steuerraum die Gefahr, dass sich die Dichthülse vom Kopplerkörper löst und der Steuerraum öffnet. Dem kann dadurch entgegen gewirkt werden, dass die zuvor beschriebene einteilige Lösung (ohne separate Dichthülse) oder eine Dichthülse gewählt wird, die eine radial innen liegende Beißkante besitzt, über welche sie am Kopplerkörper abgestützt ist. Auf diese Weise werden auf die Dichthülse wirkende öffnende Kräfte bei einem Überdruck im Steuerraum vermieden.

[0018] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor welcher nicht gemäß der Erfindung ausgeführt ist,

Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 6 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 8 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Figur 9 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, jeweils im Bereich eines von Niederdruck umgebenen Durchmessersprungs der Düsennadel.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0019] Der in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper 1 mit einem Hochdruckraum 3 und einen Injektorkörper 2 mit einem Hochdruckraum 4. Der Düsenkörper 1 und der Injektorkörper 2 sind mittels einer Düsenspannmutter 26 axial miteinander verspannt, wobei zwischen dem Düsenkörper 1 und dem Injektorkörper 2 zusätzlich ein plattenförmiges Körperbauteil als einen Niederdruckraum 7 begrenzender Körper 6 eingelegt ist. Der Niederdruckraum 7 ist über einen als Radialbohrung ausgeführten Verbindungskanal 13 mit einem Niederdruckbereich 14 verbunden, der radial außen in Bezug auf den Körper 6 angeordnet ist. Ferner ist im Körper 6 ein schräg verlaufender Strömungskanal 15 ausgebildet, welcher den Hochdruckraum 3 des Düsenkörpers 1 mit dem Hochdruckraum 4 des Injektorkörpers 2 verbindet.
Der in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst darüber hinaus eine hubbewegliche Düsennadel 5 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (nicht dargestellt). Die Düsennadel 5 erstreckt sich vom Hochdruckraum 3 des Düsenkörpers 1 bis in den Hochdruckraum 4 des Injektorkörpers 2, wobei sie im Bereich des Niederdruckraums 7 durch das plattenförmige Körperbauteil bzw. den Körper 6 geführt ist. Ein oberer Endabschnitt der Düsennadel 5 ist in einer Dichthülse 23 aufgenommen, die an einem Kopplerkörper 20 eines nicht näher dargestellten hydraulischen Kopplers 19 über eine radial innen liegende Beißkante 24 abgestützt und in Richtung des Kopplerkörpers 20 von der Federkraft einer Feder 17 beaufschlagt ist. Der Kopplerkörper 20, die Dichthülse 23 und eine Stirnfläche 25 des in der Dichthülse 23 aufgenommenen Endabschnitts der Düsennadel 5 begrenzen somit gemeinsam einen Steuerraum 22, in dem ein Steuerraumdruck herrscht, der eine die Düsennadel 5 in Schließrichtung beaufschlagende Druckkraft bewirkt. Soll die Düsennadel 5 angehoben werden, um die Einspritzöffnung freizugeben, muss der Druck im Steuerraum 22 abgesenkt werden. Dies erfolgt vorliegend durch Betätigung eines Aktors (nicht dargestellt), der beispielsweise als Piezoaktor ausgebildet sein kann. Über den zwischen Piezoaktor und Düsennadel 5 geschalteten hydraulischen Koppler 19 kann zum Einen eine Umkehr der Bewegungsrichtung und zum Anderen eine Verstärkung der Aktorkraft bzw. des Aktorhubes bewirkt werden, so dass der Piezoaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 5 einsetzbar ist.

[0020] Bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor ist die Düsennadel 5 teilweise kraftentlastet. Die teilweise Kraftentlastung wird durch einen Durchmessersprung der Düsennadel 5 im Bereich des Niederdruckraums 7 bewirkt. Der Durchmessersprung führt zur Ausbildung einer von Niederdruck umgebenen Druckstufe 12, wobei der Durchmesser d_o der Düsennadel 5 oberhalb der Druckstufe 12 kleiner als der Durchmesser d_u unterhalb der Druckstufe 12 gewählt ist. Zugleich bilden die Durchmesser d_o und d_u gemeinsam mit dem plattenförmigen Körperbauteil bzw. dem Körper 6 Führungsspalte 8, 9 aus, über welche der Niederdruckraum 7 gegenüber den Hochdruckräumen 3, 4 im Wege der Spaltdichtung abgedichtet ist.

[0021] Aufgrund der teilweisen Kraftentlastung der Düsennadel 5 kann das Öffnen mit einem vergleichsweise kleinen Aktor bewirkt werden, insbesondere wenn der Kraftstoffinjektor über den Aktor direkt schaltbar ist.

[0022] In der Figur 2 ist eine Abwandlung des Kraftstoffinjektors der Figur 1 dargestellt. Die Führung der Düsennadel 5 wird vorliegend nicht über das plattenförmige Körperbauteil bzw. den Körper 6, sondern über hieran abgestützte hülsenförmige Führungselemente 10, 11 bewirkt. Die Abstützung erfolgt jeweils über eine Beißkante, um die Abdichtung des Niederdruckraums 7 gegenüber den Hochdruckräumen 3, 4 zu optimieren. Zudem sind die hülsenförmigen Führungselemente 10, 11 in Richtung des Körpers 6 jeweils von der Federkraft einer Feder 17, 18 beaufschlagt. Vorliegend wird das hülsenförmige Führungselement 10 von der Federkraft der Feder 17 beaufschlagt, welche zugleich die Dichthülse 23 in Anlage mit dem Kopplerkörper 20 hält. Die Feder 17 ist hierzu einerseits an dem hülsenförmigen Führungselement 10 und andererseits an der Dichthülse 23 abgestützt. Das hülsenförmige Führungselement 11 wird über die Federkraft der Feder 18 an den Körper 6 gedrückt, welche zugleich als Schließfeder dient und an der Düsennadel 5 abgestützt ist. Die hülsenförmigen Führungselemente 10, 11 sind gegenüber dem vorliegend als plattenförmiges Körperbauteil ausgebildeten Körper 6 radial verschiebbar und ermöglichen auf diese Weise den Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes. Die den Niederdruckraum 7 abdichtenden Führungsspalte 8, 9 werden zwischen den hülsenförmigen Führungselementen 10, 11 und den Führungsdurchmessern d_o, d_u der Düsennadel 5 ausgebildet. Der Niederdruckraum 7 ist als einfache Axialbohrung innerhalb des Körpers 6 ausgebildet, der somit einfach zu fertigen ist.

[0023] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt. Diese unterscheidet sich von denen der Figuren 1 und 2 dadurch, dass die Düsennadel 5 mehrteilig, nämlich zweiteilig ausgebildet ist. Die beiden Teile 5.1, 5.2 der Düsennadel 5 weisen jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei der Durchmesser d_o des Teils 5.1 kleiner als der Durchmesser d_u des Teils 5.2 gewählt ist. Die Teile 5.1, 5.2 bilden mit den am Körper 6 abgestützten hülsenförmigen Führungselementen 10, 11 Führungsspalte 8, 9 aus, über welche der im plattenförmigen Körperbauteil 6 ausgebildete Niederdruckraum 7 gegenüber den Hochdruckräumen 3, 4 abgedichtet ist. Der Kontaktbereich der beiden Teile 5. 1, 5.2 liegt im Niederdruckraum 7 und bildet die zur Kraftentlastung der Düsennadel erforderliche Druckstufe 12 aus. Ein etwaiger Achsversatz zwischen den beiden Teilen 5.1, 5.2 kann durch eine radiale Verschiebung der hülsenförmigen Führungselemente 10, 11 gegenüber dem Körper 6 bewirkt werden.

[0024] Eine Abwandlung der Ausführungsform der Figur 3 ist in der Figur 4 dargestellt. Um den Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes zwischen den beiden Teilen 5.1, 5.2 zu ermöglichen, weisen diese im Bereich ihrer Kontaktflächen jeweils eine Geometrie auf, die ein Gelenk 16 ausbildend zusammenwirken. Vorliegend ist die Kontaktfläche des Teils 5.1 konvex geformt, während die Kontaktfläche des Teils 5.2 eine konkav geformte Vertiefung besitzt, so dass der Kontaktbereich auf eine Kreislinie reduziert wird. Die Geometrien bewirken zugleich eine Selbstzentrierung der beiden Teile 5.1, 5.2 zueinander.

[0025] Eine weitere Abwandlung der Ausführungsform der Figur 3 ist in der Figur 5 dargestellt. Hier wurde auf die Anordnung einer Dichthülse 23 zur Ausbildung des Steuerraums 22 verzichtet. Stattdessen weist der Kopplerkörper 20 eines nicht näher dargestellten hydraulischen Kopplers 19 einen hohlzylinderförmigen Ansatz 21 zur Aufnahme des oberen Endabschnitts der Düsennadel 5 und zur Ausbildung des Steuerraums 22 auf. Da der Steuerraum 22 vollständig im Kopplerkörper 20 ausgebildet ist, besteht - im Unterschied zur Ausführungsform mit Dichthülse 23 - keine Gefahr, dass dieser öffnet.

[0026] Weitere Abwandlungen sind in den Figuren 6 bis 9 dargestellt. Sie unterscheiden sich von denen der Figuren 1 bis 5 insbesondere dadurch, dass der Körper 6 nicht zwingend als feststehendes plattenförmiges Körperbauteil ausgebildet ist, das zwischen dem Düsenkörper 1 und dem Injektorkörper 2 mittels einer Düsenspannmutter 26 axial verspannt ist. Der Körper 6 kann demnach eine beliebige Form besitzen und/oder im Hochdruckraum 3 hubbeweglich aufgenommen sein.

[0027] Bei der Ausführungsform der Figur 6 ist die Düsennadel 5 einteilig und - zur Ausbildung der Druckstufe 12 - gestuft ausgebildet. Unterhalb der Druckstufe 12 weist die Düsennadel 5 einen Führungsdurchmesser d_u und oberhalb einen Führungsdurchmesser d_o, wobei auch hier d_o < d_u ist. Der Führungsdurchmesser d_u wirkt mit einem hülsenförmigen Führungselement 11, das an dem Körper 6 abgestützt ist, einen Führungsspalt 9 bildend zusammen. Der Führungspalt 9 dichtet einen im Körper 6 ausgebildeten Niederdruckraum 7 ab, der als Axialbohrung ausgebildet ist. Die Axialbohrung ist gestuft ausgeführt, so dass sich an den Niederdruckraum 7 ein Führungsabschnitt anschließt, der mit dem Führungsdurchmesser d_o der Düsennadel 5 einen Führungspalt 8 bildend zusammenwirkt. Der Führungsspalt 8 dichtet den Niederdruckraum 7 gegenüber einem im Körper 6 ausgebildeten weiteren Druckraum ab, der als Steuerraum 22 oder als Kopplerraum eines hydraulischen Kopplers ausgelegt sein kann. Im letztgenannten Fall dient der Körper 6 zugleich als Kopplerkörper 20 des hydraulischen Kopplers (siehe Bezugszeichen in Klammern). Als Kopplerkörper 20 ist der Körper 6 hubbeweglich im Hochdruckraum 3 aufgenommen. Der im Körper 6 ausgebildete Steuerraum 22 bzw. Kopplerraum wird von einer Stirnfläche der Düsennadel 5 begrenzt, so dass an der Düsennadel 5 der im Steuerraum 22 oder Kopplerraum herrschende hydraulische Druck anliegt, über welche die Hubbewegung der Düsennadel 5 vorzugsweise direkt steuerbar ist.

[0028] Die Ausführungsform gemäß der Figur 7 unterscheidet sich von der der Figur 6 dadurch, dass die Düsennadel 5 zweiteilig ausgebildet ist und ein erstes Teil 5.1 mit dem Führungsdurchmesser d_o und ein zweites Teil 5.2 mit dem Führungsdurchmesser d_u besitzt, wobei wiederum d_o < d_u ist. Da im Steuerraum 22 bzw. Kopplerraum und im Hochdruckraum 3 deutlich höhere Drücke als im Niederdruckraum 7 herrschen, werden die beiden Teile 5.1, 5.2 der Düsennadel 5 mit hohen Kräften aneinander gepresst und bilden funktional eine Einheit. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass die mehrteilige Ausführung der Düsennadel 5 den Ausgleich eines Achs- und/oder Winkelversatzes ermöglicht. Ferner können die beiden Teile 5.1, 5.2 der Düsennadel 5 durchgängig geschliffen werden, wenn der Führungsdurchmesser jeweils gleich dem Außendurchmesser über die gesamte Höhe des Teils ist. Während das erste Teil 5.1 vorliegend ein konvex geformtes Ende zur Anlage am und zur mechanischen Kopplung mit dem zweiten Teil 5. 2 der Düsennadel 5 besitzt, endet das zweite Teil 5. 2 in einer planebenen Stirnfläche. Andere Stirnflächengeometrien sind ebenfalls denkbar.
Eine Abwandlung der Ausführungsform der Figur 7 ist in der Figur 8 dargestellt. Das erste Teil 5.1 der Düsennadel 5 ist hier gestuft ausgeführt, um die das erste Teil 5.1 aufnehmende Bohrung im Körper 6 als einfache Axialbohrung gestalten zu können.
Eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 8 ist der Figur 9 zu entnehmen. Im Unterschied zur Ausführungsform der Figur 8 weist die der Figur 9 eine mit dem Strömungskanal 15 über einen Abzweig 15' verbundene Ringnut 27 im Bereich der Führung des ersten Teils 5.1 der Düsennadel 5 auf. Der Führungsspalt 8 ist auf diese Weise an den Hochdruckraum 3 angeschlossen. Im Bereich der Ringnut 27 liegt über den gesamten Umfang des ersten Teils 5.1 der Düsennadel 5 Hochdruck an. Auf diese Weise wirkt die Ringnut 27 einer Leckage vom Steuerraum 22 bzw. Kopplerraum in Richtung des Niederdruckraums 7 entgegen. Bei Injektorkonzepten, die ein konstantes Kopplervolumen vorsehen, beispielsweise bei direkt schaltenden Injektoren, bewirkt eine Leckage vom Kopplerraum in den Niederdruckraum eine permanente Reduzierung des Kopplerraumdrucks. Dies hat zur Folge, dass sich das Injektorverhalten verändert. Dies gilt es zu verhindern. Die vorgeschlagene Hochdruckanbindung des Führungspalts 8 stellt eine Maßnahme dar, um eine Leckage aus dem Kopplerraum und damit eine Reduzierung des Kopplerraumdrucks wirksam zu verhindern.
Die in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 9 beschriebenen Merkmale können jeweils einzeln oder in verschiedenen Kombinationen zur Anwendung gelangen. Auf diese Weise gelangt man zu weiteren Abwandlungen und/oder alternativen Ausführungsformen, die allesamt Bestandteil der Erfindung sind, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend einen Düsenkörper (1) und einen Injektorkörper (2), die jeweils einen Hochdruckraum (3, 4) umschließen, in denen eine ein- oder mehrteilige Düsennadel (5) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich aufgenommen ist, wobei die Düsennadel (5) durch einen Niederdruckraum (7) geführt ist, der über wenigstens einen Führungsspalt (8, 9) zwischen der Düsennadel (5) und einem Führungselement (10, 11), das als Hülse ausgebildet ist und an einem den Niederdruckraum (7) begrenzenden Körper (6) abgestützt ist, gegenüber den Hochdruckräumen (3, 4) abgedichtet ist, und wobei die Düsennadel (5) zur Ausbildung einer im Niederdruckraum (7) angeordneten Druckstufe (12) unterschiedlich große Führungsdurchmesser (d_o, d_u) besitzt, wobei der in Bezug auf die Einspritzöffnung weiter entfernt liegende Führungsdurchmesser (d_o) kleiner als der Führungsdurchmesser (d_u) ist, so dass die Düsennadel (5) in Öffnungsrichtung teilweise kraftentlastet ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der den Niederdruckraum (7) begrenzende Körper (6) ein zwischen dem Düsenkörper (1) und dem Injektorkörper (2) angeordnetes plattenförmiges Körperbauteil ist, das vorzugsweise über eine Düsenspannmutter (26) mit dem Düsenkörper (1) und dem Injektorkörper (2) axial verspannt ist und/oder wenigstens einen Strömungskanal (15) zur hydraulischen Verbindung der Hochdruckräume (3, 4) besitzt.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der den Niederdruckraum (7) begrenzende Körper (6) im Hochdruckraum (3) und/oder im Hochdruckraum (4) hubbeweglich aufgenommen ist, wobei vorzugsweise der Körper (6) ein Kopplerkörper (20) eines hydraulischen Kopplers (19) ist.

4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (7) über wenigstens einen Verbindungskanal (13) an einen Niederdruckbereich (14) des Kraftstoffinjektors angeschlossen ist, wobei vorzugsweise der Verbindungskanal (13) zumindest abschnittsweise als radial verlaufende Bohrung ausgebildet ist.

5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) zur Ausbildung der unterschiedlich großen Führungsdurchmesser (d_o, d_u) mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise ein erstes Teil (5.1) und ein zweites Teil (5.2) zusammenwirkende Kontaktflächen besitzen, die im Niederdruckraum (7) angeordnet sind.

6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (5.1) und das zweite Teil (5.2) der Düsennadel (5) im Bereich ihrer Kontaktflächen eine ein Gelenk (16) ausbildende Geometrie aufweisen.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das als Hülse ausgebildete Führungselement (10, 11) über eine Beißkante an dem Körper (6) abgestützt und/oder von der Federkraft einer Feder (17, 18) in Richtung des Körpers (6) beaufschlagt ist.

8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung der Düsennadel (5) über einen Aktor direkt steuerbar ist und/oder ein hydraulischer Koppler (19) zur Übersetzung der Kraft und/oder des Hubes eines Aktors vorgesehen ist.

9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (19) einen Kopplerkörper (20) mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz (21) zur Aufnahme eines Endabschnitts der Düsennadel (5) und zur Ausbildung eines Steuerraums (22) besitzt.

10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (19) einen Kopplerkörper (20) besitzt, an dem eine Dichthülse (23) zur Aufnahme eines Endabschnitts der Düsennadel (5) und zur Ausbildung eines Steuerraums (22) abgestützt ist.

11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (23) eine radial innen liegende Beißkante (24) besitzt, über welche sie am Kopplerkörper (20) abgestützt ist.

Claims

1. Fuel injector for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, comprising a nozzle body (1) and injector body (2) which in each case surround a high-pressure chamber (3, 4) in which a single-part or multi-part nozzle needle (5) for opening up and closing off at least one injection opening is received such that it can perform stroke movements, wherein the nozzle needle (5) is guided through a low-pressure chamber (7) which is sealed off with respect to the high-pressure chambers (3, 4) by way of at least one guide gap (8, 9) between the nozzle needle (5) and a guide element (10, 11), which guide element is in the form of a sleeve and is supported on a body (6) which delimits the low-pressure chamber (7), and wherein the nozzle needle (5), in order to form a pressure stage (12), arranged in the low-pressure chamber (7), has guide diameters (d_o, d_u) of different size, wherein that guide diameter (d_o) which is situated further remote from the injection opening is smaller than the guide diameter (d_u), such that the nozzle needle (5) is partially relieved of force in the opening direction.

2. Fuel injector according to Claim 1,
characterized in that the body (6) which delimits the low-pressure chamber (7) is a plate-shaped body component arranged between the nozzle body (1) and the injector body (2), which plate-shaped body component is preferably axially clamped to the nozzle body (1) and to the injector body (2) by way of a nozzle clamping nut (26) and/or has at least one flow duct (15) for the hydraulic connection of the high-pressure chambers (3, 4).

3. Fuel injector according to Claim 1,
characterized in that the body (6) which delimits the low-pressure chamber (7) is received, such that it can perform stroke movements, in the high-pressure chamber (3) and/or in the high-pressure chamber (4), wherein the body (6) is preferably a coupler body (20) of a hydraulic coupler (19).

4. Fuel injector according to one of the preceding claims,
characterized in that the low-pressure chamber (7) is connected via at least one connecting duct (13) to a low-pressure region (14) of the fuel injector, wherein the connecting duct (13) is preferably formed at least in sections as a radially running bore.

5. Fuel injector according to one of the preceding claims,
characterized in that the nozzle needle (5), in order to form the guide diameters (d_o, d_u) of different size, is of multi-part form, preferably of two-part form, wherein a first part (5.1) and a second part (5.2) preferably have interacting contact surfaces which are arranged in the low-pressure chamber (7).

6. Fuel injector according to Claim 5,
characterized in that the first part (5.1) and the second part (5.2) of the nozzle needle (5) have, in the region of their contact surfaces, a geometry which forms a joint (16).

7. Fuel injector according to one of the preceding claims,
characterized in that the guide element (10, 11) which is in the form of a sleeve is supported on the body (6) by way of a biting edge, and/or is forced in the direction of the body (6) by the spring force of a spring (17, 18).

8. Fuel injector according to one of the preceding claims,
characterized in that the stroke movement of the nozzle needle (5) is controllable directly by way of an actuator, and/or a hydraulic coupler (19) is provided for boosting the force and/or the stroke of an actuator.

9. Fuel injector according to Claim 8,
characterized in that the hydraulic coupler (19) has a coupler body (20) with a hollow cylindrical projection (21) for receiving an end section of the nozzle needle (5) and for forming a control chamber (22).

10. Fuel injector according to Claim 8,
characterized in that the hydraulic coupler (19) has a coupler body (20) on which there is supported a sealing sleeve (23) for receiving an end section of the nozzle needle (5) and for forming a control chamber (22).

11. Fuel injector according to Claim 10,
characterized in that the sealing sleeve (23) has a biting edge (24) situated radially at the inside, by way of which biting edge said sealing sleeve is supported on the coupler body (20).

Revendications

1. Injecteur de carburant pour un système d'injection de carburant, en particulier un système d'injection à rampe commune, comprenant un corps de buse (1) et un corps d'injecteur (2), qui entourent respectivement une chambre à haute pression (3, 4), dans lesquelles est disposé un pointeau en une ou plusieurs partie(s) (5) mobile permettant d'ouvrir et de fermer au moins un orifice d'injection, dans lequel le pointeau (5) est conduit à travers une chambre à basse pression (7), qui est étanche par rapport aux chambres à haute pression (3, 4) au moyen d'au moins une fente de guidage (8, 9) entre le pointeau (5) et un élément de guidage (10, 11) qui est réalisé en forme de douille et qui prend appui sur un corps (6) limitant la chambre à basse pression (7), et dans lequel le pointeau (5) présente des diamètres de guidage de grandeur différente (d_o, d_u) pour la formation d'un étage de pression (12) disposé dans la chambre à basse pression (7), dans lequel le diamètre de guidage (d_o) situé plus loin par rapport à l'orifice d'injection est plus petit que le diamètre de guidage (d_u), de telle manière que le pointeau (5) soit en partie délesté en direction de l'orifice.

2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (6) limitant la chambre à basse pression (7) est un composant solide en forme de plaque disposé entre le corps de buse (1) et le corps d'injecteur (2), qui est serré axialement de préférence au moyen d'un écrou de serrage de buse (26) avec le corps de buse (1) et le corps d'injecteur (2) et/ou comporte au moins un canal d'écoulement (15) pour le raccordement hydraulique des chambres à haute pression (3, 4).

3. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (6) limitant la chambre à basse pression (7) est disposé de façon mobile dans la chambre à haute pression (3) et/ou dans la chambre à haute pression (4), dans lequel le corps (6) est de préférence un corps de coupleur (20) d'un coupleur hydraulique (19).

4. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre à basse pression (7) est raccordée par au moins un canal de raccordement (13) à une région à basse pression (14) de l'injecteur de carburant, dans lequel le canal de raccordement (13) est de préférence réalisé au moins en partie sous la forme d'un alésage s'étendant radialement.

5. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pointeau (5) est réalisé en plusieurs parties, de préférence en deux parties, pour la formation des diamètres de guidage de grandeur différente (d_o, d_u), dans lequel une première partie (5.1) et une deuxième partie (5.2) présentent de préférence des faces de contact coopérantes, qui sont disposées dans la chambre à basse pression (7).

6. Injecteur de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première partie (5.1) et la deuxième partie (5.2) du pointeau (5) présentent dans la région de leurs faces de contact une géométrie formant une articulation (16).

7. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de guidage (10, 11) réalisé en forme de douille est appuyé sur le corps (6) par un bord en couteau et/ou est poussé en direction du corps (6) par la force élastique d'un ressort (17, 18).

8. Injecteur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mouvement de la course du pointeau (5) peut être commandé directement par un actionneur et/ou il est prévu un coupleur hydraulique (19) pour la conversion de la force et/ou de la course d'un actionneur.

9. Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le coupleur hydraulique (19) comporte un corps de coupleur (20) avec un épaulement cylindrique creux (21) destiné à recevoir une partie d'extrémité du pointeau (5) et à former une chambre de commande (22).

10. Injecteur de carburant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le coupleur hydraulique (19) comporte un corps de coupleur (20), sur lequel s'appuie une douille d'étanchéité (23) destinée à recevoir une partie d'extrémité du pointeau (5) et à former une chambre de commande (22).

11. Injecteur de carburant selon la revendication 10, caractérisé en ce que la douille d'étanchéité (23) comporte un bord en couteau (24) situé radialement à l'intérieur, par lequel elle prend appui sur le corps de coupleur (20).

Zeichnung