EP1171706B1 - Kraftstoffinjektor für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffinjektor für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP1171706B1
EP1171706B1 EP00926906A EP00926906A EP1171706B1 EP 1171706 B1 EP1171706 B1 EP 1171706B1 EP 00926906 A EP00926906 A EP 00926906A EP 00926906 A EP00926906 A EP 00926906A EP 1171706 B1 EP1171706 B1 EP 1171706B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
fuel
nozzle
nozzle needle
needle
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00926906A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1171706A1 (de
Inventor
Günther Schmidt
Albert Kloos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1171706A1 publication Critical patent/EP1171706A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1171706B1 publication Critical patent/EP1171706B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting under high pressure available fuel in the combustion chamber of an internal combustion engine, as in The preamble of claim 1 is required (see EP-A-582 993).
  • Such a known fuel injector comprises an injector housing and a nozzle needle, one in a first guide bore formed in the injector housing longitudinally displaceable nozzle needle shaft and one with one in the front end of the Injector housing trained valve seat in the sense of opening and closing a Has valve opening cross section interacting nozzle needle tip.
  • a high pressure duct intended.
  • the nozzle needle shaft of the fuel to be injected via the high-pressure channel under high Pressure upstream of the nozzle antechamber.
  • With the nozzle needle is one from below high pressure fuel coupled control chamber coupled by means of a control valve in the sense of opening the nozzle needle can be relieved of pressure.
  • At the Back of the first guide hole there is a space which is separated from the Receives anteroom passing over the first guide bore fuel.
  • a disadvantage with such a fuel injector is that between the Anteroom and the arranged at the back of the first guide hole Space as well as between the control room and this room a significant leak occurs, which are in the range of up to 20 or 30% of the maximum injection quantity can.
  • the object of the invention is a fuel injector of the type described above train that this leakage is avoided.
  • the fuel injector according to the invention is for injecting under high pressure provided fuel is provided in the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the Fuel injector includes an injector housing and a nozzle needle, one in one in the first guide bore formed in the injector housing is longitudinally displaceable mounted nozzle needle shaft and one with one in the front end of the injector housing trained valve seat in the sense of opening and closing a Has valve opening cross section interacting nozzle needle tip.
  • On High-pressure duct is used for supplying those to be injected under high pressure Fuel.
  • the nozzle needle shaft of the fuel At the front of the first guide bore is the nozzle needle shaft of the fuel to be injected via the high-pressure channel under high Pressure upstream of the nozzle antechamber.
  • the nozzle needle is one from below high pressure fuel coupled control chamber coupled by means of a control valve in the sense of opening the nozzle needle can be relieved of pressure.
  • At the At the back of the first guide hole there is a space which is separated from the Nozzle vestibule via the first guide hole or from the control chamber Absorbs fuel.
  • the invention is that on the back of the first Guide hole arranged a high pressure fuel pressurized high pressure room.
  • the main advantage of the fuel injector according to the invention is that at the There is no space on the back of the first guide bore guiding the nozzle needle which is at a low pressure level so that no leakage occurs over it can.
  • the invention contains the rear high-pressure space forming control chamber acting on the nozzle needle in the closing direction Return spring.
  • the return spring is advantageously formed by a plate spring arrangement.
  • the return spring at one end by a Back of the nozzle needle shaft provided first abutment and at the other end supported by a second abutment formed on the rear of the control room is.
  • the rear is Control room forming high-pressure space through a lengthwise direction of the injector housing running hole formed and at its back by a hole in this used valve body of the control valve limited.
  • the control space forming the rear high-pressure space is preferably above a Throttle channel with the high pressure channel leading the fuel to be injected in Connection.
  • the rear high-pressure space is through one separate from the control room, one the nozzle needle in the closing direction acting spring-containing spring chamber formed.
  • the spring chamber is preferably in flow communication with the High-pressure channel leading to the fuel to be injected.
  • the fuel injector according to the invention is at the rear of the high-pressure chamber forming the spring chamber coaxially to the first leading the nozzle needle shaft Guide bore extending second guide bore formed in which a a needle stilts with the nozzle needle coupled guide piston in the longitudinal direction is slidably mounted, which limits the spring space at the rear.
  • the control chamber is preferably formed on the rear of the guide piston, the fuel in the spring chamber under high pressure and the return spring act on the nozzle needle shaft in the sense of closing the nozzle needle and the Nozzle needle when the control chamber is relieved of pressure by means of the control valve Guide piston is relieved in the sense of opening.
  • the first guide bore leading the nozzle needle shaft preferably has one Diameter D1, and the spring chamber is through a to the first guide bore coaxial third bore formed, the diameter D2 larger than the diameter D1 the first guide hole is, and the control room is through to the first Guide bore and the spring chamber coaxial second guide bore with a Diameter D1 'formed.
  • the Diameters D1, D1 'and D2 are coordinated so that the needle stilts both is only subjected to tension when opening and when closing the nozzle needle. This will result in a buckling or a one-sided contact of the nozzle needle stilts, which leads to jamming could be avoided.
  • the first guide bore and the second guide hole the same diameter D1.
  • the advantage of this is one Simplification in the manufacture of the fuel injector.
  • the return spring is at one end by first abutment provided on the rear of the nozzle needle shaft and on the other End by a second abutment formed on the back of the spring chamber supported.
  • the control chamber preferably has a significantly smaller volume than the spring chamber.
  • the injector housing at the rear end with the High-pressure channel leading to the fuel to be injected Contains individual storage for holding fuel under high pressure.
  • individual store is in particular in the fuel injector after the first Realize embodiment of the invention in which the rear high pressure space is formed by the control room, since in this embodiment an essential measure in terms of overall length, which can be used for the individual storage.
  • the total with the Fuel injector designated by reference numeral 300 comprises an injector housing 301, in which a nozzle needle 303 with a nozzle needle shaft 304 in one in the Injector housing 301 formed first guide bore 302 is longitudinally displaceable is stored.
  • the nozzle needle 303 has a nozzle needle tip 305 which is in contact with an front end of the injector housing 301 formed valve seat 306 in the sense of a Opening and closing a valve opening cross-section that interacts between the needle tip 305 and the valve seat 306 is provided.
  • a high pressure channel 307 is provided for supplying fuel to be injected under high pressure, which is supplied via a pressure connection 329.
  • the fuel comes in one Oil-elastic pressure accumulator (common rail) held under high pressure, in which it is promoted from a fuel supply by means of a high-pressure pump (not in the figure ) Shown.
  • This is at the front of the first guide bore 302
  • Nozzle needle shaft 304 in front of a nozzle antechamber 308 in the injector housing 301 provided, that of the injected via the high pressure channel 307 to be injected Fuel is pressurized under high pressure.
  • a control room 309 that has a the high-pressure channel 307 connected throttle channel 314 with under high Pressurized fuel is applied via a needle stilts 322, which in a guide sleeve 330 arranged in the injector housing 301 in the longitudinal direction of the Fuel injector 300 is slidably coupled to the nozzle needle 303.
  • a control valve 310 is provided at the rear of the control chamber 309 Valve body 312 and a closing body 313 is formed.
  • the closing body 313 of the Control valve 310 is operatively coupled to a solenoid 326, through which the control valve 310 is opened and closed.
  • nozzle needle 303 Surrounding the front end of the needle stilts 322 is in the low pressure space 331 between a first abutment provided on the back of the nozzle needle 303 320 and a second abutment 321 provided on the injector housing 301
  • Return spring 316 is provided for closing the nozzle needle 303.
  • the nozzle needle 303 is at pressure relief of the control room 309 via the control valve 310 by the in Antechamber 308 opened on fuel pressure acting on nozzle needle shaft 304.
  • the in the pressure relief of the control chamber 309 via the control valve 310 final The amount of fuel together with the amount of fuel from the low pressure space 331 discharged via a leakage channel 332.
  • Fuel injector for injecting high-pressure fuel into the Combustion chamber of an internal combustion engine can be described. Similar to that known fuel injector is in the one shown here, overall with the reference symbol 100 designated fuel injector in an injector housing 101, a nozzle needle 103 with a nozzle needle shaft 104 in a formed in the injector housing 101 first guide bore 102 mounted longitudinally.
  • the nozzle needle 103 is on its front end a nozzle needle tip 105, which is in the front end of the Injector housing 101 formed valve seat 106 in the sense of opening and closing of a valve opening cross-section which interacts between the nozzle needle tip 105 and the valve seat 106 is provided.
  • a high pressure channel 107 in the Injector housing 101 For feeding under high pressure standing fuel to be injected is a high pressure channel 107 in the Injector housing 101 is formed.
  • the fuel to be injected is a Pressure port 129 supplied from an oil-elastic memory (common rail), too which the fuel from a fuel supply by means of a high pressure pump is promoted (not shown). This is at the front of the first guide bore 102 Nozzle needle shaft 104 in front of a nozzle antechamber 108, which of the over the High pressure channel 107 supplied fuel to be injected under high pressure is acted upon.
  • a control room 109 is formed in the injector housing 101, which over a throttle channel 114 connected to the high-pressure channel 107 with below high pressure fuel is applied.
  • the control room 109 is through a Control chamber bore 111 is formed in the injector housing 101 and is on its rear side through a valve body 112 inserted into the control chamber bore 111 Control valve 110 limited.
  • a closing body 113 of the control valve 110 is with a rear end of the injector housing 101 provided solenoid 126 functionally coupled.
  • a return spring 116 is arranged in the control chamber 109, which is provided between one on the rear of the nozzle needle shaft 104 first abutment 120 and one through the front of the valve body 112 of the Control valve 110 formed second abutment 121 is supported.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention for injecting high-pressure fuel into the combustion chamber Internal combustion engine shown.
  • Fuel injector comprises an injector housing 201, in which a nozzle needle 203 also a nozzle needle shaft 204 in a first one formed in the injector housing 201 Guide bore 201 is mounted to be longitudinally displaceable.
  • the nozzle needle 203 has one Nozzle needle tip 205, which with a in the front end of the injector housing 201 trained valve seat 206 in the sense of opening and closing one Valve opening cross-section cooperates between the nozzle needle tip 205 and the valve seat 206 is formed.
  • a high pressure channel 207 for feeding from under high Pressure fuel to be injected is formed in the injector housing 201 and communicates with a pressure port 229, which is the one to be injected Fuel is supplied from an oil-elastic storage tank (common rail) to which the Fuel is supplied by a high pressure pump from a fuel supply (not shown).
  • a nozzle vestibule 208 is formed, which via the high pressure channel 207 under high Pressure is applied by the fuel to be injected.
  • a control chamber 209 is formed which communicates with the High pressure passage 207 communicating throttle passage 214 with high pressure standing fuel and is depressurized by means of a control valve 207 is.
  • a high-pressure chamber 215 is provided, which by a Nozzle needle 203 containing restoring spring 216 acting in the closing direction Spring chamber 215 is formed.
  • the spring chamber 215 is separated from the control chamber 209 by an in a second guide bore which is coaxial with the first guide bore 202 218 guide piston 219 mounted for longitudinal displacement.
  • the guide piston 219 is coupled to the back of the nozzle needle 203 via a needle stilts 222, whereby a coupling of the control chamber 209 with the nozzle needle 203 is established.
  • the Guide piston 219 thus delimits the spring space 215 on its rear side.
  • the Spring chamber 215 is connected to the one to be injected via a flow connection 217 fuel-carrying high pressure channel 207 connected so that inside the spring chamber 215 the same high pressure as in the high pressure channel 207 and thus in the Antechamber 208 prevails.
  • a flow connection 217 fuel-carrying high pressure channel 207 connected so that inside the spring chamber 215 the same high pressure as in the high pressure channel 207 and thus in the Antechamber 208 prevails.
  • the one in Spring chamber 215 pressurized fuel acting together with the Force of the return spring 215 the nozzle needle shaft 204 in the sense of closing the Nozzle needle 203, while nozzle needle 203 relieves pressure in control chamber 209 by means of the control valve 210 through the guide piston 219 via the needle stilts 222 in Relieved of opening.
  • the control valve 210 includes a valve body 212 and a closing body 213, which is used to operate the fuel injector controlling solenoid 226 is operatively coupled.
  • the in the spring space 215 return spring 216 is arranged at one end by a at the rear of the Nozzle needle shaft 204 provided first abutment 220 and at the other end a second abutment 221 formed on the rear of the spring chamber 215 supported.
  • the first guide bore 202 leading the nozzle needle shaft 204 has one Diameter D1, which forms the spring space 215 to the first guide bore 202
  • Diameter D1, D1 'and D2 in the present embodiment only that Both diameters D1 and D2 are matched to one another so that the needle stilts 222 both when opening and when closing the nozzle needle 203 only under tension is. This causes a buckling or one-sided contact of the needle stilts 222, what could lead to jamming.
  • the control chamber 209 has a much smaller volume than the spring chamber 215, which improves the response of the fuel injector.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie er im Oberbegriff des Anspruch 1 vorausgesetzt ist (siehe EP-A-582 993).
Ein solcher bekannter Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse und eine Düsennadel, die einen in einer in dem Injektorgehäuse ausgebildeten ersten Führungsbohrung längsverschieblich gelagerten Düsennadelschaft und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses ausgebildeten Ventilsitz im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze aufweist. Zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist ein Hochdruckkanal vorgesehen. An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung ist dem Düsennadelschaft ein von dem über den Hochdruckkanal zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagter Düsenvorraum vorgelagert. Mit der Düsennadel ist ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Steuerraum gekoppelt, der mittels eines Steuerventils im Sinne eines Öffnens der Düsennadel druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung ist ein Raum angeordnet, welcher von dem Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung übertretenden Kraftstoff aufnimmt.
Ein Nachteil bei einem derartigen Kraftstoffinjektor ist es, daß zwischen dem Düsenvorraum und dem an der Rückseite der ersten Führungsbohrung angeordneten Raum wie auch zwischen dem Steuerraum und diesem Raum eine erhebliche Leckage auftritt, welche im Bereich von bis zu 20 oder 30% der maximalen Einspritzmenge liegen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es einen Kraftstoffinjektor der vorausgesetzten Art so auszubilden, daß diese Leckage vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse und eine Düsennadel, die einen in einer in dem Injektorgehäuse ausgebildeten ersten Führungsbohrung längsverschieblich gelagerten Düsennadelschaft und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses ausgebildeten Ventilsitz im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze aufweist. Ein Hochdruckkanal dient zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff. An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung ist dem Düsennadelschaft ein von dem über den Hochdruckkanal zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagter Düsenvorraum vorgelagert. Mit der Düsennadel ist ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Steuerraum gekoppelt, der mittels eines Steuerventils im Sinne eines Öffnens der Düsennadel druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung ist ein Raum angeordnet, welcher von dem Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung bzw. von dem Steuerraum übertretenden Kraftstoff aufnimmt. Erfindungsgemäß ist der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung angeordnete Raum ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Hochdruckraum.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es, daß an der Rückseite der die Düsennadel führenden ersten Führungsbohrung kein Raum vorhanden ist, welcher auf niedrigem Druckniveau liegt, so daß keine Leckage über diesen auftreten kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet. Ein Vorteil hiervon ist es, daß durch den im Steuerraum anliegenden hohen Druck ein Übertreten von Kraftstoff über die erste Führungsbohrung nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist es, daß wegen der unmittelbaren Beaufschlagung der Düsennadel durch den im Steuerraum anstehenden Druck ein sehr schnelles Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors erreicht wird. Da es keinen an den Steuerraum angrenzenden Niederdruckraum gibt, ist eine Leckage aus dem Steuerraum nicht möglich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder.
Vorteilhafterweise ist die Rückstellfeder durch eine Tellerfederanordnung gebildet.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Rückstellfeder an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschaftes vorgesehenes erstes Widerlager und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Steuerraums ausgebildetes zweites Widerlager abgestützt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum durch eine in Längsrichtung des Injektorgehäuses verlaufende Bohrung gebildet und an seiner Rückseite durch einen in diese Bohrung eingesetzten Ventilkörper des Steuerventils begrenzt.
Vorzugsweise steht der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum über einen Drosselkanal mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum getrennten, eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder enthaltenden Federraum gebildet. Ein Vorteil hiervon ist es, daß die Rückstellfeder optimal dimensioniert werden kann, während gleichzeitig der Steuerraum sehr klein ausgebildet werden kann, was für das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors vorteilhaft ist.
Vorzugsweise steht der Federraum über eine Strömungsverbindung mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dieser Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist an der Rückseite des den Hochdruckraum bildenden Federraums eine koaxial zu der den Düsennadelschaft führenden ersten Führungsbohrung verlaufende zweite Führungsbohrung ausgebildet, in welcher ein über eine Nadelstelze mit der Düsennadel gekoppelter Führungskolben in Längsrichtung verschieblich gelagert ist, der den Federraum an dessen Rückseite begrenzt.
Vorzugsweise ist der Steuerraum an der Rückseite des Führungskolbens ausgebildet, wobei der im Federraum unter hohem Druck anstehende Kraftstoff und die Rückstellfeder den Düsennadelschaft im Sinne eines Schließens der Düsennadel beaufschlagen und die Düsennadel bei Druckentlastung des Steuerraums mittels des Steuerventils durch den Führungskolben im Sinne eines Öffnens entlastet wird.
Vorzugsweise hat die den Düsennadeischaft führende erste Führungsbohrung einen Durchmesser D1, und der Federraum ist durch eine zu der ersten Führungsbohrung koaxiale dritte Bohrung gebildet, deren Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung ist, und der Steuerraum ist durch die zu der ersten Führungsbohrung und dem Federraum koaxiale zweite Führungsbohrung mit einem Durchmesser D1' gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, daß die Durchmesser D1, D1' und D2 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Nadelstelze sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel nur auf Zug beansprucht ist. Hierdurch wird ein Ausknicken oder ein einseitiges Anliegen der Düsennadelstelze, was zu einem Klemmen führen könnte, vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die erste Führungsbohrung und die zweite Führungsbohrung den gleichen Durchmesser D1. Der Vorteil hiervon ist eine Vereinfachung bei der Herstellung des Kraftstoffinjektors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rückstellfeder an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts vorgesehenes erstes Widerlager und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums ausgebildetes zweites Widerlager abgestützt.
Vorzugsweise hat der Steuerraum ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, daß das Injektorgehäuse am rückseitigen Ende einen mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal in Verbindung stehenden Einzelspeicher zum Vorhalten von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff enthält. Ein solcher Einzelspeicher ist insbesondere bei dem Kraftstoffinjektor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zu verwirklichen, bei der der rückseitige Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet ist, da bei dieser Ausführungsform ein wesentliches Maß an Baulänge eingespart ist, welches für den Einzelspeicher nutzbar ist.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1
einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum gebildet ist;
Figur 2
einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum getrennten, eine die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder enthaltenden Federraum gebildet ist; und
Figur 3
einen etwas schematisierten Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik, bei dem zwischen Düsennadel und Steuerraum ein Niederdruckraum ausgebildet ist, über welchen eine vom Düsenvorraum über die erste Führungsbohrung und eine vom Steuerraum übertretende Kraftstoffmenge
als
Leckage abgeführt wird.
Zuerst soll anhand der Figur 3 ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben werden, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist. Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 300 bezeichnete Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse 301, in welchem eine Düsennadel 303 mit einem Düsennadelschaft 304 in einer in dem Injektorgehäuse 301 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 302 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 303 hat eine Düsennadelspitze 305, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 301 ausgebildeten Ventilsitz 306 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, der zwischen der Nadelspitze 305 und dem Ventilsitz 306 vorgesehen ist. Ein Hochdruckkanal 307 ist zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff vorgesehen, welcher über einen Druckanschluß 329 zugeführt wird. Der Kraftstoff wird in einem ölelastischen Druckspeicher (Common Rail) unter hohem Druck vorgehalten, in welchen er mittels einer Hochdruckpumpe von einem Kraftstoffvorrat gefördert wird (in der Figur nicht dargestellt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 302 ist dem Düsennadelschaft 304 ein Düsenvorraum 308 vorgelagert in dem Injektorgehäuse 301 vorgesehen, der von dem über den Hochdruckkanal 307 zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagt wird. Ein Steuerraum 309, der über einen mit dem Hochdruckkanal 307 in Verbindung stehenden Drosselkanal 314 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird, ist über eine Nadelstelze 322, welche in einer in dem Injektorgehäuse 301 angeordneten Führungshülse 330 in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors 300 verschieblich gelagert ist, mit der Düsennadel 303 gekoppelt. An der Rückseite des Steuerraums 309 ist ein Steuerventil 310 vorgesehen, das durch einen Ventilkörper 312 und einen Schließkörper 313 gebildet ist. Der Schließkörper 313 des Steuerventils 310 ist mit einem Solenoid 326 funktionsmäßig gekoppelt, durch welches das Steuerventil 310 geöffnet und geschlossen wird. Bei geschlossenem Steuerventil 310 wird die Düsennadel 303 über die Nadelstelze 322 durch den im Steuerraum 309 anstehenden hohen Druck geschlossen gehalten, während bei Öffnen des Steuerventils 310 der Steuerraum 309 im Sinne eines Öffnens der Düsennadel 303 über die Nadelstelze 322 druckentlastbar ist. An der Rückseite der die Düsennadel 303 führenden ersten Führungsbohrung 302 ist zwischen der Düsennadel 303 und dem Steuerraum 309 und die Nadelstelze 322 teilweise umgebend ein Niederdruckraum 331 ausgebildet, über welchen vom Düsenvorraum 308 über die erste Führungsbohrung 302 und vom Steuerraum 309 über die Führungshülse 330 übertretender Kraftstoff als Leckagemenge abgeführt wird. Das vordere Ende der Nadelstelze 322 umgebend ist in dem Niederdruckraum 331 zwischen einem an der Rückseite der Düsennadel 303 vorgesehenen ersten Widerlager 320 und einem am Injektorgehäuse 301 vorgesehenen zweiten Widerlager 321 eine Rückstellfeder 316 zum Schließen der Düsennadel 303 vorgesehen. Die Düsennadel 303 wird bei Druckentlastung des Steuerraums 309 über das Steuerventil 310 durch den im Düsenvorraum 308 am Düsennadelschaft 304 angreifenden Kraftstoffdruck geöffnet. Die bei der Druckentlastung des Steuerraums 309 über das Steuerventil 310 abschließende Kraftstoffmenge wird gemeinsam mit der Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckraum 331 über einen Leckagekanal 332 abgeführt.
Nun soll anhand der Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben werden. Ähnlich wie bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist bei dem hier gezeigten, insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneten Kraftstoffinjektors in einem Injektorgehäuse 101 eine Düsennadel 103 mit einem Düsennadelschaft 104 in einer in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 102 längsverschieblich gelagert. Die Düsennadel 103 hat an ihrem vorderen Ende eine Düsennadelspitze 105, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 101 ausgebildeten Ventilsitz 106 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, welcher zwischen der Düsennadelspitze 105 und den Ventilsitz 106 vorgesehen ist. Zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist ein Hochdruckkanal 107 in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildet. Der einzuspritzende Kraftstoff wird über einen Druckanschluß 129 von einem ölelastischen Speicher (Common Rail) zugeführt, zu welchem der Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat mittels einer Hochdruckpumpe gefördert wird (nicht gezeigt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 102 ist dem Düsennadelschaft 104 ein Düsenvorraum 108 vorgelagert, der von dem über den Hochdruckkanal 107 zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagt ist. An der Rückseite der Düsennadel 103 ist an die erste Führungsbohrung 102 anschließend ein Steuerraum 109 in dem Injektorgehäuse 101 ausgebildet, der über einen mit dem Hochdruckkanal 107 in Verbindung stehenden Drosselkanal 114 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Steuerraum 109 ist durch eine Steuerraumbohrung 111 in dem Injektorgehäuse 101 gebildet und ist an seiner Rückseite durch einen in die Steuerraumbohrung 111 eingesetzten Ventilkörper 112 eines Steuerventils 110 begrenzt. Ein Schließkörper 113 des Steuerventils 110 ist mit einem im hinteren Ende des Injektorgehäuses 101 vorgesehenen Solenoid 126 funktionsmäßig gekoppelt. Weiterhin ist in dem Steuerraum 109 eine Rückstellfeder 116 angeordnet, welche sich zwischen einem an der Rückseite des Düsennadelschaftes 104 vorgesehenen ersten Widerlager 120 und einem durch die Vorderseite des Ventilkörpers 112 des Steuerventils 110 gebildeten zweiten Widerlager 121 abgestützt ist. Bei geschlossenem Steuerventil 110 wird die Düsennadel 103 unter Wirkung der Rückstellfeder 116 und des in dem Steuerraum 109 unter hohem Druck anstehenden Kraftstoffs geschlossen gehalten. Bei Druckentlastung des Steuerraums 109 mittels des Steuerventils 110 wird die Düsennadel 103 unter Wirkung des im Düsenvorraum 108 unter hohem Druck anstehenden Kraftstoffs geöffnet, wobei der aus dem Steuerraum 109 über das Steuerventil 110 abfließende Kraftstoff durch einen Leckagekanal 132 abgeführt wird.
Wie bei Vergleich mit dem in Figur 3 dargestellten Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik ersichtlich ist, befindet sich an der Rückseite der Düsennadel 103 kein Niederdruckraum, über welchen eine vom Düsenvorraum 108 durch die erste Führungsbohrung 102 übertretende Leckagemenge anfallen könnte. Der im Steuerraum 109 unter hohem Druck anstehende Kraftstoff verhindert ein solches Übertreten von Kraftstoff aus dem Düsenvorraum 108 über die erste Führungsbohrung 102. Die Rückstellfeder 116 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Tellerfederanordnung gebildet.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 versehene Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse 201, in welchem eine Düsennadel 203 mit einem Düsennadelschaft 204 in einer in dem Injektorgehäuse 201 ausgebildeten ersten Führungsbohrung 201 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 203 hat eine Düsennadelspitze 205, die mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 201 ausgebildeten Ventilsitz 206 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, der zwischen der Düsennadelspitze 205 und dem Ventilsitz 206 gebildet ist. Ein Hochdruckkanal 207 zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff ist in dem Injektorgehäuse 201 ausgebildet und steht mit einem Druckanschluß 229 in Verbindung, weichem der einzuspritzende Kraftstoff von einem ölelastischen Vorspeicher (Common Rail) zugeführt wird, an den der Kraftstoff durch eine Hochdruckpumpe von einem Kraftstoffvorrat geliefert wird (nicht gezeigt). An der Vorderseite der ersten Führungsbohrung 202 ist in dem Injektorgehäuse 201 ein Düsenvorraum 208 ausgebildet, der über den Hochdruckkanal 207 unter hohem Druck von dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Im rückwärtigen Teil des Injektorgehäuses 201 ist ein Steuerraum 209 ausgebildet, der über einen mit dem Hochdruckkanal 207 in Verbindung stehenden Drosselkanal 214 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist und mittels eines Steuerventils 207 druckentlastbar ist. An der Rückseite der ersten Führungsbohrung 202 ist zwischen der Düsennadel 203 und dem Steuerraum 209 ein Hochdruckraum 215 vorgesehen, der durch einen eine die Düsennadel 203 in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder 216 enthaltenden Federraum 215 gebildet ist. Der Federraum 215 ist vom Steuerraum 209 durch einen in einer zu der ersten Führungsbohrung 202 koaxial ausgebildeten zweiten Führungsbohrung 218 längsverschieblich gelagerten Führungskolben 219 getrennt. Der Führungskolben 219 ist über eine Nadelstelze 222 mit der Rückseite der Düsennadel 203 gekoppelt, wodurch eine Kopplung des Steuerraums 209 mit der Düsennadel 203 hergestellt wird. Der Führungskolben 219 begrenzt damit den Federraum 215 an dessen Rückseite. Der Federraum 215 ist über eine Strömungsverbindung 217 mit dem den einzuspritzenden kraftstofführenden Hochdruckkanal 207 verbunden, so daß im Inneren des Federraums 215 der gleiche hohe Druck wie in dem Hochdruckkanal 207 und damit in dem Düsenvorraum 208 herrscht. Somit ist ein Übertreten von Kraftstoff von dem Düsenvorraum 208 über die erste Führungsbohrung 202 in den an der Rückseite der Düsennadel 203 befindliche Raum, nämlich den Federraum 215 nicht möglich. Der im Federraum 215 unter hohem Druck anstehende Kraftstoff beaufschlagt zusammen mit der Kraft der Rückstellfeder 215 den Düsennadelschaft 204 im Sinne eines Schließens der Düsennadel 203, während die Düsennadel 203 bei Druckentlastung des Steuerraums 209 mittels des Steuerventils 210 durch den Führungskolben 219 über die Nadelstelze 222 im Sinne eines Öffnens entlastet wird. Das Steuerventil 210 enthält einen Ventilkörper 212 und einen Schließkörper 213, welcher mit einem den Betrieb des Kraftstoffinjektors steuernden Solenoid 226 funktionsmäßig gekoppelt ist. Die in dem Federraum 215 angeordnete Rückstellfeder 216 ist an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts 204 vorgesehenes erstes Widerlager 220 und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums 215 ausgebildetes zweites Widerlager 221 abgestützt.
Die den Düsennadelschaft 204 führende erste Führungsbohrung 202 hat einen Durchmesser D1, eine den Federraum 215 bildende zu der ersten Führungsbohrung 202 koaxiale dritte Bohrung 228 hat einen Durchmesser D2, der größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung 202 ist, und die zu der ersten Führungsbohrung 202 und damit gleichzeitig zu der den Federraum 215 bildenden dritten Bohrung 228 koaxiale zweite Führungsbohrung 218, die in ihrem rückwärtigen Teil auch den Steuerraum 209 bildet, hat einen Durchmesser D1', der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung 202 gleich ist, d.h. D1' = D1. Die Durchmesser D1, D1' und D2, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel also nur die beiden Durchmesser D1 und D2, sind so aufeinander abgestimmt, daß die Nadelstelze 222 sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel 203 nur auf Zug beansprucht ist. Hierdurch wird ein Ausknicken bzw. ein einseitiges Anliegen der Nadelstelze 222, was zu einem Klemmen führen könnte, vermieden.
Der Steuerraum 209 hat ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum 215, wodurch das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors verbessert ist.
Bezugszeichenliste
100; 200; 300
Kraftstoffinjektor
101; 201; 301
Injektorgehäuse
102; 202; 302
(erste) Führungsbohrung
103; 203; 303
Düsennadel
104; 204; 304
Düsennadelschaft
105: 205; 305
Düsennadelspitze
106; 206; 306
Ventilsitz
107; 207; 307
Hochdruckkanal
108; 208; 308
Düsenvorraum
109; 209; 309
Steuerraum
110; 210; 310
Steuerventil
111; 211; 311
Steuerraumbohrung
112; 212; 312
Ventilkörper des Steuerventils
113; 213; 313
Schließkörper des Steuerventils
114; 214; 314
Drosselkanal
115; 215; 315
Federraum
116; 216; 316
Rückstellfeder
217
Strömungsverbindung
218; 318
zweite Führungsbohrung
219
Führungskolben
120; 220; 320
erstes Widerlager
121; 221; 321
zweites Widerlager
222; 322
Nadelstelze
323
Steuerstange
324
Leckageraum
325
Leckagekanal
126; 226; 326
Solenoid
127
Einzelspeicher
228
Federraumbohrung
129; 229; 329
Druckanschluß
330
Führungshülse
331
Niederdruckraum
132; 232; 332
Leckagekanal

Claims (16)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (101;201), einer Düsennadel (103;203), die eine in einer in dem Injektorgehäuse (101;201) ausgebildeten ersten Führungsbohrung (102;202) längsverschieblich gelagerten Düsennadeischaft (104;204) und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses (101;201) ausgebildeten Ventilsitz (106;206) im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze (105;205) aufweist, einem Hochdruckkanal (107;207) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzenden Kraftstoff, einem an der Vorderseite der ersten Führungsbohrung (102;202) dem Düsennadelschaft (104;204) vorgelagerten, von dem über den Hochdruckkanal (107;207) zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagten Düsenvorraum (108;208), einem mit der Düsennadel (103;203) gekoppelten, von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagten Steuerraum (109;209), der mittels eines Steuerventils (110;210) im Sinne eines Öffnens der Düsennadel (103;203) druckentlastbar ist, und einem an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102;202) angeordneten Raum, weicher von dem Düsenvorraum (108; 208) über die erste Führungsbohrung (102;202) bzw. von dem Steuerraum (109;209) übertretenden Kraftstoff aufnimmt, daß der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102;202) angeordnete Raum ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagter Hochdruckraum (109;215) ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektorgehäuse (101) am rückseitigen Ende einen mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (107) in Verbindung stehenden Einzelspeicher (127) zum Vorhalten von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff enthält.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Rückseite der ersten Führungsbohrung (102) ausgebildete Hochdruckraum durch den Steuerraum (109) gebildet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildenden Steuerraum (109) eine die Düsennadel (103) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (116) enthält.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (116) durch eine Tellerfederanordnung gebildet ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (116) an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschafts (104) vorgesehenes erstes Widerlager (120) und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Steuerraums (109) ausgebildetes zweites Widerlager (121) abgestützt ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum (109) durch eine in Längsrichtung des Injektorgehäuses (101) verlaufende Bohrung (111) gebildet und an seiner Rückseite durch einen in diese Bohrung (111) eingesetzten Ventilkörper (112) des Steuerventils (110) begrenzt ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den rückseitigen Hochdruckraum bildende Steuerraum (109) über einen Drosselkanal (114) mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (107) in Verbindung steht.
  8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rückseitige Hochdruckraum durch einen vom Steuerraum (209) getrennten eine die Düsennadel (203) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (216) enthaltenden Federraum (215) gebildet ist.
  9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (215) über eine Strömungsverbindung (217) mit dem den einzuspritzenden Kraftstoff führenden Hochdruckkanal (207) in Verbindung steht.
  10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite des den Hochdruckraum bildenden Federraums (215) eine koaxial zu der den Düsennadelschaft (207) führenden ersten Führungsbohrung (202) verlaufende zweite Führungsbohrung (218) ausgebildet ist, in welcher ein über eine Nadelstelze (222) mit der Düsennadel (203) gekoppelter Führungskolben (219) in Längsrichtung verschieblich gelagert ist, der den Federraum (215) an dessen Rückseite begrenzt.
  11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (209) an der Rückseite des Führungskolbens (219) ausgebildet ist, wobei der im Federraum (215) unter hohem Druck anstehende Kraftstoff und die Rückstellfeder (216) den Düsennadelschaft (204) im Sinne eines Schließens der Düsennadel (203) beaufschlagen und die Düsennadel (203) bei Druckentlastung des Steuerraums (209) mittels des Steuerventils (210) durch den Führungskolben (219) über die Nadelstelze (222) im Sinne eines Öffnens entlastet wird.
  12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die den Düsennadelschaft (204) führende erste Führungsbohrung (202) einen Durchmesser D1 hat, daß der Federraum (215) durch eine zu der ersten Führungsbohrung (202) koaxiale dritte Bohrung (228) gebildet ist, deren Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 der ersten Führungsbohrung (202) ist, und daß der Steuerraum (209) durch die zu der ersten Führungsbohrung (202) und dem Federraum (215) koaxiale zweite Führungsbohrung (218) mit einem Durchmesser D1' gebildet ist.
  13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser D1, D1' und D2 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Nadelstelze (222) sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Düsennadel (203) nur auf Zug beansprucht ist.
  14. Kraftstoffinjektor einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Führungsbohrung (202) und die zweite Führungsbohrung (218) den gleichen Durchmesser D1 aufweisen.
  15. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (216) an einem Ende durch ein an der Rückseite des Düsennadelschaftes (204) vorgesehenes erstes Widerlager (222) und am anderen Ende durch ein an der Rückseite des Federraums (215) ausgebildetes zweites Widerlager (221) abgestützt ist.
  16. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (209) ein wesentlich kleineres Volumen als der Federraum (215) aufweist.
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