EP2232044B1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP2232044B1
EP2232044B1 EP08870365A EP08870365A EP2232044B1 EP 2232044 B1 EP2232044 B1 EP 2232044B1 EP 08870365 A EP08870365 A EP 08870365A EP 08870365 A EP08870365 A EP 08870365A EP 2232044 B1 EP2232044 B1 EP 2232044B1
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EP
European Patent Office
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closing body
valve seat
sleeve
valve
plunger rod
Prior art date
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Active
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EP08870365A
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English (en)
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Bernd Streicher
Ralf Nussbaumer
Rudolf Heinz
Michael Mennicken
Holger Rapp
Christian Faltin
Nadja Eisenmenger
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2232044A1 publication Critical patent/EP2232044A1/de
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • each cylinder or combustion chamber of the engine is assigned a fuel injector with an injector nozzle arrangement for injecting fuel into the respective combustion chamber.
  • These fuel injectors each have a liftable in a piston working chamber control piston for actuating a closure element of the injector nozzle assembly and a seat-controlled servo valve arrangement which allows to connect the communicating via an inlet throttle with a high-pressure source piston working space of the control piston with a relatively pressureless outflow space, so that when pressure is applied by the high pressure source in the direction of the closing position of the closure element of the injector nozzle assembly associated Sch detaildlage acted control piston performs a closure element in its open position leading stroke in the direction of its open end, said arranged in an injector servo valve assembly a valve seat body and an adjustable by an electromagnet against a closing force in its open sleeve-shaped closing body having, with an annular seat on the valve seat body zus ammenwirkt
  • Such a fuel injector is exemplified in the EP 1612403 A1 described.
  • axial extension passes through the entire interior of the sleeve-shaped closing body of the servo valve assembly, wherein a stop for limiting the Axialhubes the sleeve-shaped valve closing body is disposed at a valve seat remote end of the tubular closing body projecting part of the axial extension.
  • an annular groove-shaped recess is formed on the axial extension, so that within the valve closing body of the corresponding ring-shaped valve space is created, which communicates via a provided with an outlet throttle bore, which is arranged in the valve seat body, with the piston working space of the control piston and with the outside of the sleeve-shaped closing body arranged Abströmraum is connected as soon as the sleeve-shaped closing body lifts off from its seat on the valve seat body.
  • the sealing of the annular gap between the inner circumference of the sleeve-shaped closing body and the outer circumference of the axial extension on the side facing away from the valve seat side of the annular valve space within the sleeve-shaped closing body is effected by high pressure resistant seals.
  • This known fuel injector has a manufacturing complex design.
  • an axial blind bore is provided within the axial extension, which is penetrated in the region of the aforesaid valve space forming annular groove constriction of the axial extension of radial bores with leading into the valve chamber openings.
  • these bores are subjected to extreme pressure pulsations, so that the valve seat body and the axial extension are subjected to this high-quality plastic materials have to be made in order to ensure the stability of the known fuel injector.
  • the formed in the tubular closing body valve space is closed at the valve seat remote end of the closing body by a projecting into the closing body in the manner of a plunger guide rod, the pressure in the valve chamber pressed against a bottom surface of the injector body and thus urged into a vertical position to the bottom surface and aligns the closing body accordingly.
  • the closing body cooperates with a flat seat parallel to the bottom surface, which annularly encloses a mouth of a channel connecting the piston working space with the valve space in the valve seat body and leading into the valve space.
  • Such injectors offer the advantage of a very high compressive strength.
  • the longitudinal axis of the closing body may shift slightly in the sideways direction, because the guide rod has a corresponding mobility. This has the consequence that the closing body has to cooperate sealingly with a correspondingly offset annular zone of the seat. This can result in a critical closing behavior of the servo valve arrangement. In principle, this also applies if the valve seat has the shape of the surface of a spherical section in accordance with an older, not previously published patent application.
  • From the DE 10 2006 021 736 A1 is a fuel injector with a control valve having a control valve member which is guided on a pin and is force balanced in operation.
  • the object of the invention is now to provide fuel injectors with respect to pressure pulsations in principle comparatively insensitive construction and with ease of manufacture and good closing behavior of the servo valve assembly.
  • the invention is based on the general idea for the closure of the valve seat body facing away from the end of the sleeve-shaped closing body the servo valve to provide a separate part of the valve seat body.
  • the invention provides to guide the closing body valve seat side, so that the valve seat side ring zone, with which the closing body sealingly cooperates, has a fixed position in principle unchangeable.
  • a valve seat-side guide of the closing body and on the other hand a separate valve seat for sealing the valve seat facing away from the end of the closing body is provided, a high stability of the injector to pressure pulsations and an excellent closing behavior of the servo valve assembly of the injector can be realized.
  • a simple manufacturability is ensured because the channel connecting the valve chamber with the piston working space is formed as an axial passage in the axial extension.
  • the valve seat body facing away from the end of the plunger rod with a fixed disc-shaped foot rest flat on a bottom of the injector body which may be useful additionally provided that the foot is arranged on the floor with radial play and the sleeve-shaped Closing body is guided at least limited wobble on the axial extension of the valve seat body.
  • the plunger rod is tensioned with its foot piece by the hydraulic pressure in the valve chamber within the sleeve-shaped closing element of the servo valve against the bottom of the injector body.
  • the plunger rod assumes a position orthogonal to the bottom and guides the sleeve-shaped closing body in the direction orthogonal to the ground.
  • the centering of the closing body relative to the seat on the valve seat body is taken over in this embodiment of the axial extension of the valve seat body. As a result, therefore, a self-aligning arrangement is achieved.
  • the plunger rod with its end facing away from the valve seat body, can also be supported in a radially movable and wobble manner on a facing bottom of the injector body, and sleeve-shaped closing body untaumelbar be guided on the axial extension of the valve seat body liftable.
  • the exact stroke direction of the sleeve-shaped closing body and its radial orientation by the valve seat body or guide elements arranged thereon are given, while the plunger rod essentially takes on the task of closing the valve seat body facing away from the end of the sleeve-shaped closing body.
  • the annular gap between the inner circumference of the sleeve-shaped closing body and the outer circumference of the plunger rod can be done in a generally conventional manner by high-pressure seals, for example by sealing rings inserted in annular grooves on the outer circumference of the plunger rod.
  • Such an embodiment has the advantage that the sleeve-shaped closing body is hydraulically mounted on the plunger rod during operation of the fuel injector and thus no direct contact between the inner periphery of the closing body and the outer periphery of the plunger rod can occur. Furthermore, the assembly is simplified because separate sealing elements omitted.
  • Fig. 1 has the fuel injector shown there in axial section an injector body 1 with a stepped axial bore 2.
  • an injector body 1 On a in Fig. 1 lower stage of the axial bore 2 is a valve seat body 3 with a molded-on collar 3 'axially mounted.
  • an external threaded ring 4 For fixing the valve seat body 3 in the axial bore 2 is an external threaded ring 4, which is screwed into an internally threaded portion of the axial bore 2 and by screw adjustment against the facing end face of the collar 3 'is stretched.
  • a high pressure area 2' which communicates by non-illustrated lines constantly with a high pressure fuel source, from a downstream or low pressure area 2 "separated, not shown in detail Return lines is connected to a relatively pressureless fuel reservoir.
  • valve seat body 3 serving as a piston working space 5 for a control piston 6 blind bore is arranged.
  • the control piston 6 is connected to a nozzle needle or other closure element of the injector nozzle arrangement, not shown, of the fuel injector. In the illustrated lower end position of the control piston 6, the injector nozzle arrangement is closed. If the control piston 6 in Fig. 1 shifted upward, the injector nozzle assembly is opened, so that fuel is injected into the associated combustion chamber of an internal combustion engine.
  • valve seat body 3 About a trained as a radial bore of the valve seat body 3 inlet throttle 7 communicates the piston working chamber 5 with the high-pressure region 2 'of the axial bore 2.
  • the plunger rod 14 by means of a on her in Fig. 1 upper end fixed disc-shaped base 15 supported on a bottom 16 of the injector body 1 comparatively large area.
  • the foot 15 serves as an abutment for a trained as a helical compression spring closing spring 17, the sleeve-shaped closing body 12 with his in Fig. 1 lower end against a formed on the valve seat body 3, to the axis of the axial extension 11 coaxial conical valve seat 18 seeks to stretch.
  • valve 1 shown closed position can be excavated by means of an annular electromagnet 19, which cooperates with radially arranged on the closing body 12 radial armature webs 20.
  • the valve chamber 10 communicates with the Abstrom- or low pressure region 2 "of the axial bore 2.
  • a largely throttle-free connection between the valve chamber 10 and the low pressure region 2" of the axial bore 2 given because the cross section of the axial extension 11 of the valve seat body 3 is substantially star-shaped, such that the axial extension 11 is slidably disposed with star-shaped axial webs on the inner circumference of the sleeve-shaped closing body.
  • the circumferential direction between the axial webs remain larger open spaces over which the valve chamber 10 communicates with the lifted off seat 18 closing body 12 with the low pressure region 2 "of the axial bore 2.
  • axial extension 11 instead of the axial extension 11 provided with star-shaped axial webs, it is also possible to provide an axial extension designed as a triple-flat, four-flat or multi-flat.
  • the radially adjoining the axial bore of the closing body 12 end edge is formed as an inner cone whose opening angle is greater than the cone angle of the conical valve seat 18.
  • the fuel injector the Fig. 1 works as follows:
  • the piston working chamber 5 of the control piston 6 is connected via the valve chamber 10 with the connected to the relatively pressureless fuel reservoir downflow or low pressure region 2 "of the axial bore 2, so that the pressure in the piston working chamber 5 drops accordingly, the time course of the pressure drop substantially through the dimensions of the inlet throttle 7 and the outlet throttle 9, whose throttle resistance is lower than the throttle resistance of the inlet throttle 7. Due to this pressure drop, the control piston 6 is raised by hydraulic forces acting on the, usually needle-shaped closure element connected to the control piston 6 This also has the consequence that the high-pressure region 2 'of the axial bore via the now open injector nozzle assembly connected to the associated combustion chamber of the internal combustion engine and fuel injected into the combustion chamber itzt.
  • the closing body 12 is held radially centered relative to the conical valve seat 18 by the axial extension 11 or its axial extension, which is slidable on the inner circumference of the closing body 12.
  • the Plungerstange 14 takes a correspondingly centered, ie the axial extension 11 equiaxial position, because the circular disk-shaped foot piece 15 is disposed within the annular electromagnet 19 with sufficient radial clearance and surface on the axis of the axial extension 11 vertical bottom 16 rests.
  • the closing body 12 is guided in a tumble on the axial extension 11 and the stroke direction of the closing body 12 is predetermined solely by the plunger rod 14 which is secured by means of the foot piece 15. which rests flat on the floor 16, is held in a direction orthogonal to the bottom 16.
  • Fig. 2 illustrated embodiment differs from the embodiment of the Fig. 1 first in that the plunger rod 14 is supported on the floor 16 of the injector body 1 wobble, wherein the supported end of the plunger rod 14 are disposed within an annular disc 21 or the annular disc 21 within the annular electromagnet 19 with a certain radial clearance, so that the Abstütztician the plunger rod 14 on the floor 16 can move radially to the rod axis.
  • the closing body 12 is in Fig.
  • valve seat body 3 untaumelbar axially slidably guided on the axial extension 11 of the valve seat body 3, ie the position of the closing body 12 radially to the axis of the valve seat body 3 and the stroke direction of the closing body 12 are determined solely by the axial extension 11, which has a sufficient axial length and sufficient axial overlap the closing body 12 has.
  • the position of the plunger rod 14 and its axial orientation are then determined by the closing body 12 and, accordingly, indirectly by the axial extension 11.
  • an annular disc-shaped, flat valve seat 18 is provided, on which the closing body 12 is seated in its closed position with annular contact.
  • the valve seat 18 facing the end face of the closing body 12 is slightly conical, so that at the transition between the valve seat side end face of the closing body 12 and the axial bore an acute-angled annular edge, which cooperates with the valve seat 18 is formed.
  • annular gap between the outer circumference of the plunger rod 14 and the inner circumference of the closing body 12 can be sealed high pressure resistant by sealing rings, which can be arranged in the circumferential grooves of the plunger rod 14 similar to the sealing rings 22 of the control piston 6 in the manner of piston rings.
  • this annular gap is also possible and provided according to an advantageous embodiment of the invention to form this annular gap as a high pressure-tight throttle gap, such that virtually only vanishing leakage currents can occur even at high hydraulic pressure differences between the axial ends of said annular gap.
  • This can be ensured by an extremely narrow radial gap and a sufficiently large axial overlap between closing body 12 and plunger rod 14.
  • the particular advantage of such a design is that when lifting movements of the closing body 12 relative to the plunger rod 14 no mechanical contact or friction between these parts occurs, but the closing body 12 is mounted hydrodynamically on the plunger rod with the interposition of a hydraulic layer.
  • control piston 6 arranged in the piston working space 5 forming axial bore of the valve seat body 3 with high pressure-tight throttle gap.
  • spherical plunger rod 14 supported on the bottom 16 spherical plunger rod 14 may be formed with the omission of the annular disc 21 as a mushroom head, which is supported with its convex side on the floor 16 and with its side facing away from the bottom 16 an abutment surface for the closing spring 17 forms.
  • the diameter of the mushroom head is expediently dimensioned so that within the annular electromagnet 19 still a certain amount of radial play for a force-free alignment of the plunger rod 14 remains, ie the Plunger rod 14 can zwangskraftok take their equiaxial to the closing body 12 position.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Derzeitige Kraftfahrzeuge besitzen regelmäßig Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung. Bei Motoren, insbesondere Dieselmotoren, mit Direkteinspritzung ist jedem Zylinder bzw. Brennraum des Motors ein Kraftstoffinjektor mit einer Injektordüsenanordnung zum Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum zugeordnet. Diese Kraftstoffinjektoren besitzen jeweils einen in einem Kolbenarbeitsraum hubbeweglichen Steuerkolben zur Betätigung eines Verschlusselementes der Injektordüsenanordnung sowie eine sitzgesteuerte Servoventilanordnung, welche den über eine Zulaufdrossel mit einer Hochdruckquelle kommunizierenden Kolbenarbeitsraum des Steuerkolbens mit einem relativ drucklosen Abströmraum zu verbinden gestattet, so dass der bei Druckbeaufschlagung durch die Hochdruckquelle in Richtung der der Schließlage des Verschlusselementes der Injektordüsenanordnung zugeordneten Schließendlage beaufschlagte Steuerkolben einen das Verschlusselement in seine Offenlage führenden Hub in Richtung seiner Offenendlage ausführt, wobei die in einem Injektorkörper angeordnete Servoventilanordnung einen Ventilsitzkörper sowie einen durch einen Elektromagnet gegen eine Schließkraft in seine Offenlage verstellbaren hülsenförmigen Schließkörper aufweist, der mit einem ringförmigen Sitz am Ventilsitzkörper zusammenwirkt und auf einem am Ventilsitzkörper zentrisch zum ringförmigen Sitz angeordneten Axialfortsatz verschiebbar geführt ist, und wobei in Offenlage des hülsenförmigen Schließkörpers ein innerhalb des Schließkörpers am Axialfortsatz ausgebildeter und mit dem Kolbenarbeitsraum des Steuerkolbens kommunizierender Ventilraum unter Druckentlastung mit dem Abströmraum verbunden wird.
  • Ein solcher Kraftstoffinjektor wird beispielhaft in der EP 1612403 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Kraftstoffinjektor durchsetzt der am Ventilsitzkörper angeordnete Axialfortsatz axial den gesamten Innenraum des hülsenförmigen Schließkörpers der Servoventilanordnung, wobei an einem am ventilsitzfernen Ende des hülsenförmigen Schließkörpers herausragenden Teil des Axialfortsatzes ein Anschlag zur Begrenzung des Axialhubes des hülsenförmigen Ventilschließkörpers angeordnet ist. Nahe des Ventilsitzes ist am Axialfortsatz eine ringnutförmige Vertiefung ausgebildet, so dass innerhalb des Ventilschließkörpers der dementsprechend ringförmig ausgebildete Ventilraum geschaffen wird, der über eine mit einer Ablaufdrossel versehene Bohrung, die im Ventilsitzkörper angeordnet ist, mit dem Kolbenarbeitsraum des Steuerkolbens kommuniziert und mit dem außenseitig des hülsenförmigen Schließkörpers angeordneten Abströmraum verbunden wird, sobald der hülsenförmige Schließkörper von seinem Sitz am Ventilsitzkörper abhebt.
  • Die Abdichtung des Ringspaltes zwischen dem Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers und dem Außenumfang des Axialfortsatzes auf der vom Ventilsitz abgewandten Seite des ringförmigen Ventilraumes innerhalb des hülsenförmigen Schließkörpers erfolgt durch hochdruckfeste Dichtungen.
  • Dieser bekannte Kraftstoffinjektor besitzt eine herstellungsmäßig aufwendige Konstruktion. Zur hydraulischen Verbindung des Kolbenarbeitsraums des Steuerkolbens mit dem Ventilraum innerhalb des hülsenförmigen Schließkörpers der Servoventilanordnung ist innerhalb des Axialfortsatzes eine axiale Sackbohrung vorgesehen, die im Bereich der den vorgenannten Ventilraum bildenden ringnutförmigen Einschnürung des Axialfortsatzes von Radialbohrungen mit in den Ventilraum führenden Mündungen durchdrungen wird. Entsprechend dem Takt der Öffnungs- bzw. Schließhübe der Servoventilanordnung werden diese Bohrungen von extremen Druckpulsationen beaufschlagt, so dass an das den Ventilsitzkörper sowie den Axialfortsatz bildende Material hohe Ansprüche gestellt werden müssen, um die Standfestigkeit des bekannten Kraftstoffinjektors zu gewährleisten.
  • Gemäß älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldungen (R.316364, R.314516) kann vorgesehen sein, dass der im hülsenförmigen Schließkörper ausgebildete Ventilraum am ventilsitzfernen Ende des Schließkörpers durch eine in den Schließkörper nach Art eines Plungers hineinragende Führungsstange abgeschlossen wird, die vom Druck im Ventilraum gegen eine Bodenfläche des Injektorkörpers gepresst und damit in eine zur Bodenfläche senkrechten Lage gedrängt wird und den Schließkörper entsprechend ausrichtet. Der Schließkörper wirkt mit einem zur Bodenfläche parallelen Flachsitz zusammen, der eine in den Ventilraum führende Mündung eines den Kolbenarbeitsraum mit dem Ventilraum verbindenden Kanals im Ventilsitzkörper ringförmig umschließt. Derartige Injektoren bieten den Vorteil einer sehr hohen Druckbelastbarkeit. Jedoch kann sich die Längsachse des Schließkörpers etwas in Seitwärtsrichtung verlagern, weil die Führungsstange eine entsprechende Beweglichkeit aufweist. Dies hat zur Folge, dass der Schließkörper mit einer entsprechend versetzten Ringzone des Sitzes dichtend zusammenwirken muss. Damit kann sich ein kritisches Schließverhalten der Servoventilanordnung ergeben. Dies gilt grundsätzlich auch dann, wenn der Ventilsitz gemäß einer älteren nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung die Form der Oberfläche eines Kugelabschnittes aufweist.
  • Aus der DE 10 2006 021 736 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem Steuerventil, das ein Steuerventilglied aufweist, welches auf einem Stift geführt ist und im Betrieb kraftausgeglichen ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, Kraftstoffinjektoren mit einer gegenüber Druckpulsationen prinzipiell vergleichsweise unempfindlichen Konstruktion sowie mit einfacher Herstellbarkeit und gutem Schließverhalten der Servoventilanordnung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor der eingangs angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für den Verschluss des vom Ventilsitzkörper abgewandten Endes des hülsenförmigen Schließkörpers des Servoventils ein vom Ventilsitzkörper separates Teil vorzusehen. Dadurch wird die Ausgestaltung und Herstellung des Ventilsitzkörpers vereinfacht, desweiteren wird die Notwendigkeit der Anordnung einer gegenüber starken Wechselbeanspruchungen empfindlichen Zone am Axialfortsatz des Ventilsitzkörpers vermieden.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Schließkörper ventilsitzseitig zu führen, so dass die ventilsitzseitige Ringzone, mit der der Schließkörper dichtend zusammenwirkt, eine prinzipiell unveränderbare stationäre Lage hat. Indem bei der Erfindung einerseits eine ventilsitzseitige Führung des Schließkörpers und andererseits ein vom Ventilsitz separates Teil zur Abdichtung des vom Ventilsitz abgewandten Endes des Schließkörpers vorgesehen ist, lassen sich eine hohe Standfestigkeit des Injektors gegenüber Druckpulsationen und ein exzellentes Schließverhalten der Servoventilanordnung des Injektors verwirklichen. Gleichzeitig wird eine einfache Herstellbarkeit gewährleistet, weil der den Ventilraum mit dem Kolbenarbeitsraum verbindende Kanal als Axialkanal im Axialfortsatz ausgebildet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das vom Ventilsitzkörper abgewandte Ende der Plungerstange mit einem daran fest angeordneten scheibenförmigen Fußstück flächig auf einem Boden des Injektorkörpers aufliegen, wobei zweckmäßig zusätzlich vorgesehen sein kann, dass das Fußstück auf dem Boden mit radialem Spiel angeordnet ist und der hülsenförmige Schließkörper auf dem Axialfortsatz des Ventilsitzkörpers zumindest begrenzt taumelfähig geführt ist. Beim Betrieb des Kraftstoffinjektors wird die Plungerstange mit ihrem Fußstück durch den hydraulischen Druck in der Ventilkammer innerhalb des hülsenförmigen Schließelementes des Servoventils gegen den Boden des Injektorkörpers gespannt. Damit nimmt die Plungerstange eine zum Boden orthogonale Lage ein und führt den hülsenförmigen Schließkörper in zum Boden orthogonaler Richtung. Die Zentrierung des Schließkörpers relativ zum Sitz am Ventilsitzkörper wird bei dieser Ausführungsform vom Axialfortsatz des Ventilsitzkörpers übernommen. Im Ergebnis wird also eine selbstjustierende Anordnung erreicht.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Plungerstange mit ihren vom Ventilsitzkörper abgewandten Ende auch radial beweglich und taumelbar auf einem zugewandten Boden des Injektorkörpers abgestützt und der hülsenförmige Schließkörper untaumelbar auf dem Axialfortsatz des Ventilsitzkörpers hubbeweglich geführt sein. Hier werden also die exakte Hubrichtung des hülsenförmigen Schließkörpers sowie dessen radiale Ausrichtung durch den Ventilsitzkörper bzw. daran angeordnete Führungselemente vorgegeben, während die Plungerstange im wesentlichen nur die Aufgabe Verschlusses des vom Ventilsitzkörper abgewandten Endes des hülsenförmigen Schließkörpers übernimmt.
  • Der Ringspalt zwischen dem Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers und dem Außenumfang der Plungerstange kann in grundsätzlich herkömmlicher Weise durch hochdruckfeste Dichtungen, beispielsweise durch in Ringnuten am Außenumfang der Plungerstange eingesetzte Dichtringe erfolgen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung. Statt dessen ist es auch möglich und vorteilhaft, den genannten Ringspalt als hochdruckdichten Drosselspalt auszubilden, d.h. das Radialmaß des Ringspaltes wird so klein und das Axialmaß so groß bemessen, dass auch in den Betriebsphasen, in denen im Ventilraum innerhalb des hülsenförmigen Schließkörpers maximaler Hochdruck vorliegt, nur ein verschwindender Leckstrom zu erwarten ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der hülsenförmige Schließkörper auf der Plungerstange beim Betrieb des Kraftstoffinjektors hydraulisch gelagert wird und damit keine unmittelbare Berührung zwischen dem Innenumfang des Schließkörpers und dem Außenumfang der Plungerstange auftreten kann. Desweiteren wird die Montage vereinfacht, weil gesonderte Dichtelemente entfallen.
  • Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen.
  • In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1
    einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors und
    Fig. 2
    einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform.
  • Gemäß Fig. 1 besitzt der dort im Axialschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor einen Injektorkörper 1 mit einer gestuften Axialbohrung 2. Auf einer in Fig. 1 unteren Stufe der Axialbohrung 2 ist ein Ventilsitzkörper 3 mit einem an ihm angeformten Kragen 3' axial gelagert. Zur Fixierung des Ventilsitzkörpers 3 in der Axialbohrung 2 dient ein Außengewindering 4, der in einen Innengewindeabschnitt der Axialbohrung 2 eingedreht und durch Schraubverstellung gegen die zugewandte Stirnseite des Kragens 3' gespannt ist. Durch den Ventilsitzkörper 3 bzw. dessen Kragen 3' wird innerhalb der Axialbohrung 2 ein Hochdruckbereich 2', der durch nicht näher dargestellte Leitungen ständig mit einer Hochdruckquelle für Kraftstoff kommuniziert, von einem Abstrom- bzw. Niederdruckbereich 2" abgetrennt, der über nicht näher dargestellte Rücklaufleitungen mit einem relativ drucklosen Kraftstoffreservoir verbunden ist.
  • Im unteren Ende des Ventilsitzkörpers 3 ist eine als Kolbenarbeitsraum 5 für einen Steuerkolben 6 dienende Sackbohrung angeordnet.
  • Der Steuerkolben 6 ist mit einer Düsennadel oder einem sonstigen Verschlusselement der nicht näher dargestellten Injektordüsenanordnung des Kraftstoffinjektors verbunden. In der dargestellten unteren Endlage des Steuerkolbens 6 ist die Injektordüsenanordnung verschlossen. Wird der Steuerkolben 6 in Fig. 1 nach oben verschoben, wird die Injektordüsenanordnung geöffnet, so dass Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
  • Über eine als Radialbohrung des Ventilsitzkörpers 3 ausgebildete Zulaufdrossel 7 kommuniziert der Kolbenarbeitsraum 5 mit dem Hochdruckbereich 2' der Axialbohrung 2. Über eine zum Kolbenarbeitsraum 5 gleichachsige Axialbohrung 8, die im Ventilsitzkörper 3 angeordnet und mit einer Ablaufdrossel 9 versehen ist, kommuniziert der Kolbenarbeitsraum 5 mit einem Ventilraum 10, der axial vor dem Stirnende eines am Ventilsitzkörper 3 angeordneten Axialfortsatzes 11 innerhalb eines hülsenförmigen Schließkörpers 12 einer Servoventilanordnung 13 angeordnet ist und an dem vom Ventilsitzkörper 3 abgewandten Ende des hülsenförmigen Schließkörpers 12 durch eine in den hülsenförmigen Schließkörper 12 hineinragende Plungerstange 14 abgeschlossen wird. Gegen den im Ventilraum 10 ggf. auftretenden hydraulischen Druck ist die Plungerstange 14 mittels eines an ihrem in Fig. 1 oberen Ende fest angeordneten scheibenförmigen Fußstückes 15 auf einem Boden 16 des Injektorkörpers 1 vergleichsweise großflächig abgestützt. Das Fußstück 15 dient als Widerlager für eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder 17, die den hülsenförmigen Schließkörper 12 mit seinem in Fig. 1 unterem Ende gegen einen am Ventilsitzkörper 3 ausgebildeten, zur Achse des Axialfortsatzes 11 gleichachsigen kegelförmigen Ventilsitz 18 zu spannen sucht. Gegen die Schließkraft der Schließfeder 17 kann der hülsenförmige Schließkörper 12 aus der in Fig. 1 dargestellten Schließlage mittels eines ringförmigen Elektromagnetes 19 ausgehoben werden, der mit am Schließkörper 12 sternförmig angeordneten radialen Ankerstegen 20 zusammenwirkt. In Offenlage des Schließkörpers 12 der Servoventilanordnung 13 kommuniziert der Ventilraum 10 mit dem Abstrom- bzw. Niederdruckbereich 2" der Axialbohrung 2. Dabei ist eine weitestgehend drosselfreie Verbindung zwischen dem Ventilraum 10 und dem Niederdruckbereich 2" der Axialbohrung 2 gegeben, weil der Querschnitt des Axialfortsatzes 11 des Ventilsitzkörpers 3 im wesentlichen sternförmig ausgebildet ist, derart, dass der Axialfortsatz 11 mit sternförmig angeordneten Axialstegen am Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers gleitverschiebbar anliegt. In Umfangsrichtung zwischen den Axialstegen verbleiben größere Freiräume, über die der Ventilraum 10 bei vom Sitz 18 abgehobenem Schließkörper 12 mit dem Niederdruckbereich 2" der Axialbohrung 2 kommuniziert.
  • Anstelle des mit sternförmig angeordneten Axialstegen versehenen Axialfortsatzes 11 kann auch ein als Dreiflach, Vierflach oder Vielflach ausgebildeter Axialfortsatz vorgesehen sein.
  • Der an die Axialbohrung des Schließkörpers 12 stirnseitig radial anschließende Rand ist als Innenkonus ausgebildet, dessen Öffnungswinkel größer ist als der Kegelwinkel des kegelförmigen Ventilsitzes 18. Damit ist einerseits eine ringlinienförmige Berührung zwischen Schließkörper 12 und Ventilsitz 18 bei in Schließlage befindlichem Schließkörper 12 gewährleistet. Andererseits wird bei in Offenlage befindlichem Schließkörper 12 ein ringförmiger Öffnungsspalt geschaffen, dessen axialer Querschnitt nach radial außen zunimmt.
  • Der Kraftstoffinjektor der Fig. 1 funktioniert wie folgt:
  • Solange der Schließkörper 12 des Servoventils 13 die dargestellte Schließlage einnimmt, liegt im Kolbenarbeitsraum 5 des Steuerkolbens 6 der im Hochdruckbereich 2' der Axialbohrung 2 herrschende Druck der damit kommunizierenden Kraftstoff-Hochdruckquelle vor. Durch Bestromung der Elektrospule 19' des Elektromagnetes 19 kann nun der Elektromagnet 19 aktiviert werden, so dass die damit magnetisch zusammenwirkenden Ankerstege 20 angezogen und der Schließkörper 12 gegen die Kraft der Schließfeder 17 aus der in Fig. 1 dargestellten Schließlage ausgehoben wird. Damit wird der Kolbenarbeitsraum 5 des Steuerkolbens 6 über den Ventilraum 10 mit dem an das relativ drucklose Kraftstoffreservoir angeschlossenen Abstrom- bzw. Niederdruckbereich 2" der Axialbohrung 2 verbunden, so dass der Druck im Kolbenarbeitsraum 5 entsprechend abfällt, wobei der Zeitverlauf des Druckabfalls im wesentlichen durch die Bemessungen der Zulaufdrossel 7 und der Ablaufdrossel 9, deren Drosselwiderstand geringer als der Drosselwiderstand der Zulaufdrossel 7 ist, vorgegeben wird. Aufgrund dieses Druckabfalls wird der Steuerkolben 6 durch hydraulische Kräfte angehoben, die auf das mit dem Steuerkolben 6 verbundene, in der Regel nadelförmige Verschlusselement der nicht dargestellten Injektordüsenanordnung in Öffnungsrichtung einwirken. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass der Hochdruckbereich 2' der Axialbohrung über die nunmehr geöffnete Injektordüsenanordnung mit dem zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden und Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.
  • Bei seinen Hubbewegungen wird der Schließkörper 12 durch den Axialfortsatz 11 bzw. dessen gleitverschiebbar am Innenumfang des Schließkörpers 12 anliegende Axialstege relativ zum kegelförmigen Ventilsitz 18 radial zentriert gehalten. Die Plungerstange 14 nimmt dabei eine entsprechend zentrierte, d.h. zum Axialfortsatz 11 gleichachsige Position ein, weil das kreisscheibenförmige Fußstück 15 innerhalb des ringförmigen Elektromagnetes 19 mit hinreichendem radialen Spiel angeordnet ist und flächig auf dem zur Achse des Axialfortsatzes 11 senkrechten Boden 16 aufliegt. Um auf den Schließkörper 12 einwirkende unerwünschte Zwangskräfte möglichst gering zu halten, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Schließkörper 12 am Axialfortsatz 11 taumelbar geführt und die Hubrichtung des Schließkörpers 12 allein durch die Plungerstange 14 vorgegeben wird, welche mittels des Fußstückes 15, welches flächig auf dem Boden 16 aufliegt, in einer zum Boden 16 orthogonalen Ausrichtung gehalten wird.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 zunächst darin, dass die Plungerstange 14 taumelbar auf dem Boden 16 des Injektorkörpers 1 abgestützt ist, wobei das abgestützte Ende der Plungerstange 14 innerhalb einer Ringscheibe 21 oder die Ringscheibe 21 innerhalb des ringförmigen Elektromagnetes 19 mit einem gewissen radialen Spiel angeordnet sind, so dass sich der Abstützpunkt der Plungerstange 14 auf dem Boden 16 radial zur Stangenachse verlagern kann. Außerdem ist der Schließkörper 12 in Fig. 2 untaumelbar auf dem Axialfortsatz 11 des Ventilsitzkörpers 3 axial verschiebbar geführt, d.h. die Lage des Schließkörpers 12 radial zur Achse des Ventilsitzkörpers 3 und die Hubrichtung des Schließkörpers 12 werden ausschließlich durch den Axialfortsatz 11 vorgegeben, der dazu eine hinreichende axiale Länge sowie eine hinreichende axiale Überlappung mit dem Schließkörper 12 aufweist. Die Position der Plungerstange 14 sowie deren axiale Ausrichtung werden dann vom Schließkörper 12 und dementsprechend mittelbar vom Axialfortsatz 11 bestimmt. Außerdem ist bei der Ausführungsform der Fig. 2 ein ringscheibenförmiger, planer Ventilsitz 18 vorgesehen, auf den der Schließkörper 12 in seiner Schließlage mit ringlinienförmiger Berührung aufsitzt. Zu diesem Zweck ist die dem Ventilsitz 18 zugewandte Stirnseite des Schließkörpers 12 leicht kegelig ausgebildet, so dass am Übergang zwischen der ventilsitzseitigen Stirnseite des Schließkörpers 12 und dessen Axialbohrung eine spitzwinklige Ringkante, die mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt, gebildet wird.
  • Funktionsmäßig entspricht die Ausführungsform der Fig. 2 der Ausführungsform der Fig. 1, so dass auf die entsprechenden obigen Ausführungen verwiesen werden kann.
  • Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 1 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 kann der Ringspalt zwischen dem Außenumfang der Plungerstange 14 und dem Innenumfang des Schließkörpers 12 durch Dichtringe hochdruckfest abgedichtet sein, die nach Art von Kolbenringen ähnlich den Dichtringen 22 des Steuerkolbens 6 in Umfangsnuten der Plungerstange 14 angeordnet sein können.
  • Statt dessen ist es auch möglich und gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, diesen Ringspalt als hochdruckdichten Drosselspalt auszubilden, derart, dass auch bei hohen hydraulischen Druckdifferenzen zwischen den axialen Enden des genannten Ringspaltes praktisch nur verschwindende Leckströme auftreten können. Dies kann durch ein extrem enges radiales Spaltmaß und eine hinreichend große axiale Überlappung zwischen Schließkörper 12 und Plungerstange 14 gewährleistet werden. Der besondere Vorzug einer solchen Ausbildung liegt darin, dass bei Hubbewegungen des Schließkörpers 12 relativ zur Plungerstange 14 keine mechanische Berührung bzw. Reibung zwischen diesen Teilen auftritt, vielmehr wird der Schließkörper 12 auf der Plungerstange unter Zwischenschaltung einer hydraulischen Schicht hydrodynamisch gelagert.
  • Ggf. kann auch der Steuerkolben 6 in der den Kolbenarbeitsraum 5 bildenden Axialbohrung des Ventilsitzkörpers 3 mit hochdruckdichtem Drosselspalt angeordnet sein.
  • Ein derartiger Drosselspalt bietet den weiteren Vorteil, dass bei ihrer Montage vorsichtig zu handhabende Dichtringe entfallen.
  • Abweichend von der in Fig. 2 zeichnerisch dargestellten Ausführungsform kann das auf dem Boden 16 abgestützte ballige Ende der Plungerstange 14 unter Wegfall der Ringscheibe 21 auch als Pilzkopf ausgebildet sein, der mit seiner balligen Seite auf den Boden 16 abgestützt ist und mit seiner vom Boden 16 abgewandten Seite eine Widerlagerfläche für die Schließfeder 17 bildet. Der Durchmesser des Pilzkopfes ist dabei zweckmäßig so bemessen, dass innerhalb des ringförmigen Elektromagnetes 19 noch ein gewisses radiales Spiel für eine zwangskraftfreie Ausrichtung der Plungerstange 14 verbleibt, d.h. die Plungerstange 14 kann zwangskraftfrei ihre zum Schließkörper 12 gleichachsige Lage einnehmen.

Claims (8)

  1. Kraftstoffinjektor mit
    - einer Injektordüsenanordnung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine,
    - einem in einem Kolbenarbeitsraum (5) hubbeweglichen Steuerkolben (6) zur Betätigung eines Verschlusselementes der Injektordüsenanordnung,
    - einer sitzgesteuerten Servoventilanordnung (13), welche den über eine Zulaufdrossel (8) mit einer Kraftstoff-Hochdruckquelle kommunizierenden Kolbenarbeitsraum des Steuerkolbens mit einem relativ drucklosen Abstromraum (2") zu verbinden gestattet, derart, dass der bei Druckbeaufschlagung durch die Kraftstoff-Hochdruckquelle in Richtung der der Schließlage des Verschlusselementes der Injektordüsenanordnung zugeordneten Endlage beaufschlagte Steuerkolben (6) einen das Verschlusselement in seine Offenlage führenden Hub ausführt,
    wobei die in einem Injektorkörper (1) angeordnete Servoventilanordnung (13) einen Ventilsitzkörper (3) sowie einen durch einen Aktor bzw. Elektromagnet (19) gegen eine Schließkraft (17) in seine Offenlage verstellbaren hülsenförmigen Schließkörper (12) aufweist, der mit einem ringförmigen Sitz (18) am Ventilsitzkörper (3) zusammenwirkt und auf einem am Ventilsitzkörper (3) zentrisch zum ringförmigen Sitz (18) angeordneten Axialfortsatz (11) mit vom Innenquerschnitt des hülsenförmigen Schließkörpers abweichendem bzw. unrundem Querschnitt verschiebbar geführt ist, und wobei in Offenlage des Schließkörpers (12) ein innerhalb des hülsenförmigen Schließkörpers (12) am Axialfortsatz (11) ausgebildeter und mit dem Kolbenarbeitsraum (5) des Steuerkolbens (6) kommunizierender Ventilraum (10) unter Druckentlastung mit dem Abstromraum (2") verbunden wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das vom Axialfortsatz (11) des Ventilsitzkörpers (3) abgewandte Ende des Ventilraums (10) bzw. des Innenraums des hülsenförmigen Schließkörpers (12) durch eine axial in den Schließkörper hineinragende Plungerstange (14) abgeschlossen ist, deren vom Axialfortsatz (11) abgewandtes Ende auf einem Boden (16) des Injektorkörpers (1) axial abgestützt ist, und
    dass der Ventilraum (10) mit dem Kolbenarbeitsraum (5) über einen den Axialfortsatz axial durchsetzenden, mit einer Drossel (9) versehenen Kanal (8) kommuniziert.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Ventilsitzkörper (3) abgewandte Ende der Plungerstange (14) mit einem daran fest angeordneten scheibenförmigen Fußstück (15) flächig auf dem Boden (16) aufliegt.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fußstück (15) bzw. die Plungerstange (14) auf dem Boden (16) mit radialem Spiel angeordnet sind.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Schließkörper (12) auf dem Axialfortsatz (11) taumelfähig geführt ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plungerstange (14) mit ihrem vom Ventilsitzkörper (3) abgewandten Ende radial beweglich und taumelbar auf dem Boden (16) abgestützt ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Boden (16) abgestützte Ende der Plungerstange (14) mit balliger Stirnseitige ausgebildet ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Schließkörper (12) auf dem Axialfortsatz (11) untaumelbar geführt ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers (12) und dem Außenumfang der Plungerstange (14) vorhandene Ringspalt als hochdruckdichter Drosselspalt ausgebildet ist.
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