EP3303817B1 - Common-rail-injektor - Google Patents

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EP3303817B1
EP3303817B1 EP15723543.3A EP15723543A EP3303817B1 EP 3303817 B1 EP3303817 B1 EP 3303817B1 EP 15723543 A EP15723543 A EP 15723543A EP 3303817 B1 EP3303817 B1 EP 3303817B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
nozzle
common
axial
stroke
Prior art date
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Active
Application number
EP15723543.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3303817A1 (de
Inventor
Hans-Peter ZEITLHOFER
Richard Rauecker
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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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3303817A1 publication Critical patent/EP3303817A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3303817B1 publication Critical patent/EP3303817B1/de
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    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/161—Means for adjusting injection-valve lift
    • 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
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a common rail injector according to the preamble of claim 1.
  • Such a common rail injector is from the DE 199 36 668 A1 ( Fig. 7 ) known to the applicant.
  • the high-pressure chamber is essentially formed within a nozzle body of the injector housing.
  • a control chamber sleeve is also arranged, in which the end area of a nozzle needle opposite an injection opening is inserted.
  • the nozzle needle is acted upon by force in its closing direction by means of a closing or return spring.
  • the closing spring is supported on the one hand against a support ring resting on a radially circumferential collar of the control chamber sleeve and on the other hand against a sleeve-shaped element which radially surrounds the nozzle needle.
  • the sleeve-shaped element rests against a diameter step of the nozzle needle with an axial interposition of a support ring.
  • an axial gap is formed between the facing end faces of the control chamber sleeve and the element, the size of which the maximum stroke depends on.
  • common rail injectors with nozzle needles are known from the prior art, which in contrast to that in FIG DE 199 36 668 A1 disclosed nozzle needle extend axially over several subregions of the injector housing.
  • An axial stroke stop by means of separate or specially designed components as in the prior art mentioned at the beginning is not provided in common rail injectors of this type. Rather, the maximum stroke in such a common rail injector is limited in that the end face of the nozzle needle facing away from the injection opening rests axially against a surface of the control chamber that delimits the control chamber on the side facing away from the nozzle needle.
  • Further common rail injectors are known from JP 2006 274942 A , DE 10 2006 050065 A1 , DE 10 2011 078429 A1 and US 2010/019066 A1 .
  • the invention is based on the object of developing a common rail injector according to the preamble of claim 1 in such a way that the maximum achievable opening stroke of the nozzle needle can be set even with relatively long nozzle needles, with one at the same time advantageous assembly of the nozzle needle and the components of the stroke limiting device that interact directly with the nozzle needle are to be made possible. Furthermore, a local separation of a control chamber and the setting of the maximum achievable opening stroke of the nozzle needle should be achieved in order to be able to optimally design the corresponding components.
  • nozzle needle is a second element of the device for setting the maximum stroke of the nozzle needle, which surrounds the nozzle needle radially and axially on the side facing away from the first element is arranged stationary in the injector housing, axially completely penetrated and the end region of the nozzle needle dipping into the control chamber is arranged axially spaced from the second element.
  • the high-pressure chamber in the nozzle body and in the further housing element is formed by a bore section on each side facing one another, the bore section formed in the further housing element for forming the stop surface for the second element having a smaller diameter than the bore section formed in the nozzle body, and the second Element has at least one passage for fuel between the two bore sections.
  • This passage is of particular importance because it ensures that even when the nozzle needle is fully open, in which the second element is on the face of the further housing elements is applied, an inflow of fuel into the area of the at least one injection opening is made possible.
  • this means that the device for limiting the maximum opening stroke of the nozzle needle is arranged or formed separately from the control chamber or the second element forming the control chamber. This makes it possible, especially when using relatively long nozzle needles, to arrange the control chamber on the side of the nozzle needle facing away from the at least one injection opening in the injector housing, and the device for limiting the maximum opening stroke of the nozzle needle relatively close to the at least one injection opening in the injector housing.
  • Such a functional separation of the assemblies also enables, in particular, an advantageous assembly of the components of the common rail injector.
  • the device for setting the maximum stroke of the nozzle needle is arranged in the area of a nozzle body to which at least one further housing element is connected in the axial direction on the side facing away from the at least one injection opening, and that the control chamber is arranged in the area of the further housing element.
  • the further housing element with an end face facing the nozzle body forms an axial stop surface for the second element of the device.
  • the at least one passage in the second element as over a partial area the axial extent of the second element extending longitudinal slot is formed, which extends from the end face of the second element facing away from the nozzle body.
  • the facing ends of the two elements are in contact with the maximum stroke of the nozzle needle, and that the maximum opening stroke of the nozzle needle through the Size of an axial gap formed between the end faces of the two elements is defined.
  • a return or closing spring is used to apply force to the nozzle needle in its closed position, on the one hand, to move the nozzle needle into its closed position during operation of the common rail injector when the control is interrupted, and on the other hand, to avoid undesired injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the spring stiffness or the characteristics of the closing spring must be precisely matched.
  • the maximum opening stroke of the nozzle needle is limited by the end region of the nozzle needle that plunges into the control chamber, and that at the maximum opening stroke of the nozzle needle the two elements are arranged at a distance from one another, forming an axial gap formed between the two elements are. The two elements thus serve to adjust or precisely position the closing spring in relation to the nozzle needle, and not to limit the maximum opening stroke of the nozzle needle.
  • the nozzle needle has a radially circumferential seat for the first element on which the first element rests axially so that the second element with axial interposition of the return spring connects to the first element that the movement of the second element is limited by a nozzle module, the nozzle needle being part of the nozzle module, and that the nozzle module forms a preassembled assembly that can be inserted into the injector housing.
  • the high-pressure chamber is hydraulically connected to an inlet channel for fuel under high pressure, and that the inlet channel opens radially into the high-pressure chamber in an axial area between the at least one injection opening and the control chamber.
  • the opening area of the inlet channel opens into the high-pressure chamber approximately in the middle between the at least one injection opening and the control chamber.
  • the Indian Fig. 1 The common rail injector 10 shown is used to inject fuel into the combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine, in particular a compression-ignition internal combustion engine.
  • the injector 10 has an injector housing 11 consisting of several parts.
  • the injector housing 11 essentially comprises two parts, a nozzle body 12 and a housing element 13 connected to the nozzle body 12 in the axial direction, which in practice usually consists of several parts, also connected to one another and connected in the axial direction.
  • the pressure-tight connection between the nozzle body 12 and the housing 13 takes place in a manner known per se by means of a nozzle clamping nut 14.
  • the nozzle body 12 On the side facing the combustion chamber of the internal combustion engine, the nozzle body 12 has at least one injection opening 15 for injecting fuel.
  • a high-pressure chamber 18 is formed within the injector housing 11, which is essentially formed by a plurality of bore sections with different diameters, formed in the nozzle body 12, and a plurality of bore sections, also with different diameters, formed in the housing element 13.
  • the high-pressure chamber 18 can be supplied with fuel which is under system pressure via an inlet channel 19.
  • the inlet channel 19 opens approximately in a central region of the high-pressure chamber 18 (based on the axial extent of the injector 10), whereby it is radial, i.e. perpendicular to a longitudinal axis 21 of the injector 10, in which the high pressure chamber 18 opens.
  • an outlet channel 22 is formed, which serves to discharge fuel located in a low-pressure region 42 of the injector 10.
  • a nozzle needle 25 is arranged in the longitudinal axis 21 so that it can move in the direction of the double arrow 26.
  • the at least one injection opening 15 formed in the injector housing 11 or the nozzle body 12 is at least indirectly closed in order to prevent fuel from being injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a sealing seat is formed between the end region 27 of the nozzle needle 25 facing the at least one injection opening 15 and the inside of the nozzle body 12.
  • fuel can flow out of the high-pressure chamber 18 through the at least one injection opening 15 into the combustion chamber of the internal combustion engine in a manner known per se.
  • the nozzle needle 25 is part of one in the Fig. 5
  • the nozzle module 30, viewed in the axial direction, comprises, in addition to the nozzle needle 25, a pin-shaped center piece 31 and a likewise pin-shaped valve piston 32.
  • the nozzle needle 25, the center piece 31 and valve piston 32 are welded together in the transverse direction, in particular by laser welds.
  • the nozzle module 30 also has a stop sleeve 33 that forms a first element of a device 50 for limiting the maximum opening stroke of the nozzle needle 25, a return spring 34 designed as a compression spring, and an adjusting ring 35.
  • the adjusting ring 35 forms a second element of the device 50 for limiting the maximum opening stroke of the nozzle needle 25 and is completely penetrated or penetrated by the nozzle needle 25 in the axial direction.
  • the stop sleeve 33, the return spring 34 and the adjusting ring 35 are attached the nozzle needle 25 is mounted before the nozzle needle 25 is welded to the center piece 31. Due to the different diameters of the nozzle needle 25 and the center piece 31, the stop sleeve 33, the return spring 34 and the setting ring 35 are axially captive to the named components or the nozzle module 30 after the nozzle needle 25 is welded to the center piece 31, whereby the nozzle module 30 represents a pre-assemblable unit for the injector 10.
  • a control chamber sleeve 36 is arranged inside the injector housing 11 on the side of the nozzle module 30 facing away from the at least one injection opening 15.
  • the control chamber sleeve 36 has, on the side facing the valve piston 32, a blind hole 37 into which the valve piston 32 of the nozzle module 30 dips with its end region 44. In particular, the end region 44 is axially spaced from the device 50 or the setting ring 35.
  • the valve piston 32 delimits a control chamber 38 within the blind hole 37, which is hydraulically connected to the high pressure chamber 18 via an inlet bore 39.
  • the control chamber 38 can be hydraulically relieved of pressure into the low-pressure region 42 of the injector 10, which in turn is connected to the discharge channel 22, via a through-hole 41 formed in the control chamber sleeve 36.
  • the through-hole 41 can be closed on the side facing away from the valve piston 32 by means of a valve member 43, which is spherical in the exemplary embodiment.
  • the actuation of the valve member 43 is carried out by way of example, and not by way of limitation, via a magnetic actuator 45 in a manner known per se, in such a way that when the magnetic actuator 45 is energized, the valve member 43 lifts off the through-bore 41 to prevent fuel from flowing out of the control chamber 38 to allow in the low pressure region 42 of the injector 10.
  • the fuel flowing out of the control chamber 38 also causes the nozzle module 30 or the nozzle needle 25 to be actuated in a known manner such that the nozzle needle 25 lifts from its sealing seat to release the at least one injection opening 15.
  • the stop sleeve 33, the return spring 34 and the setting ring 35 are arranged within a bore section 46 of the nozzle body 12.
  • the housing element 13 At the nozzle body 12 closes in axial direction the housing element 13, whereby a bore section 48 opening into the end face 47 of the housing element 13 has a smaller diameter than the bore section 46 in the area of the setting ring 35 or the bore section 46. This forms the end face 47 for the end face of the setting ring facing it 35 from an axial stop.
  • the setting ring 35 has, for example, three longitudinal slots 49 which are arranged in equal angular sections relative to one another and each form a passage for fuel from the bore section 48 into the bore section 46.
  • the longitudinal slots 49 each rectangular in a side view in the exemplary embodiment, extend over a partial area of the length L of the adjusting ring 35 and start from the end face of the adjusting ring 35 facing the housing element 13.
  • the stop sleeve 33 which radially surrounds the nozzle needle 25 has a radially circumferential collar 51 on the side facing away from the setting ring 35, which collar rests axially on a seat or a shoulder 52 of the nozzle needle 25.
  • the return spring 34 is supported between the collar 51 and the end face of the setting ring 35 facing the return spring 34.
  • the return spring 34 acts on the nozzle needle 25 or the nozzle module 33 with a spring force such that the nozzle needle 25 is pressed in the direction of the at least one injection opening 15 or in the direction of the sealing seat.
  • the restoring spring 34 ensures that when the magnetic actuator 45 is de-energized, the nozzle needle 25 always forms the sealing seat in order to prevent fuel from injecting into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • An axial gap 55 is formed between the end face 53 of the stop sleeve 33 facing away from the collar 51 and the end face 54 of the adjusting ring 35 facing the end face 53.
  • the size of the axial gap 55 is set by varying the length I of the stop sleeve 33. In particular, the maximum stroke of the nozzle needle 25 or of the nozzle module 30 in the opening direction is limited by the size of the axial gap 55.
  • the end face 54 of the setting ring 35 thus forms a stop for the stop sleeve 33 in the opening direction of the nozzle needle 25.
  • the nozzle needle 25 moves against the spring force of the return spring 34 in the opening direction until the stop sleeve 33 rests axially on the setting ring 35, i.e. the axial gap 55 is zero. In this position, the end face of the valve piston 32 facing the base of the blind hole 37 of the control chamber 38 is still spaced from the base of the blind hole 37.
  • the length I of the stop sleeve 33 is selected to be so small that the maximum opening stroke of the nozzle needle 25 or the nozzle module 30 occurs when the valve piston 32 rests against the base of the blind hole 37 of the control chamber 38.
  • the stop sleeve 33 still axially spaced from the setting ring 35, that is, that an axial gap 55 is always formed greater than zero.
  • the dimensions of the setting ring 35 and the stop sleeve 33 define or limit the installation space of the return spring 34 in order to set or define the required return characteristic or return force of the return spring 34.
  • the injector 10a has a sleeve-shaped adjusting ring 35a with a constant diameter with a plurality of through bores 57 for the fuel formed on its wall in the radial direction.
  • the setting ring 35a cooperates with a stop ring 58 which has a centering section 59 projecting into the setting ring 35a.
  • the adjusting ring 35a has flat, closed end faces. The setting of the maximum axial gap 55 can take place by varying the height of the setting ring 35a, the setting ring 35a being able to be connected to the nozzle module 30 later.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiger Common-Rail-Injektor ist aus der DE 199 36 668 A1 (Fig. 7) der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Common-Rail-Injektor ist der Hochdruckraum im Wesentlichen innerhalb eines Düsenkörpers des Injektorgehäuses ausgebildet. In dem Bereich des Düsenkörpers ist darüber hinaus eine Steuerraumhülse angeordnet, in der der einer Einspritzöffnung gegenüberliegende Endbereich einer Düsennadel eintaucht. Die Düsennadel ist mittels einer Schließ- bzw. Rückstellfeder in ihre Schließrichtung kraftbeaufschlagt. Hierzu stützt sich die Schließfeder einerseits gegen einen an einem radial umlaufenden Bund der Steuerraumhülse anliegenden Abstützring und andererseits gegen ein die Düsennadel radial umfassendes, hülsenförmiges Element ab. Das hülsenförmige Element liegt unter axialer Zwischenlage eines Auflagerings an einer Durchmesserstufe der Düsennadel an. Zur Begrenzung des Maximalhubs der Düsennadel während ihrer Öffnungsbewegung ist zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Steuerraumhülse und des Elements ein Axialspalt ausgebildet, von dessen Größe der maximale Hub abhängt. Beim Erreichen des maximalen Hubs liegt das die Düsennadel radial umgebende Element mit seiner Stirnfläche an der Stirnfläche der Steuerraumhülse an.
  • Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Common-Rail-Injektoren mit Düsennadeln bekannt, die im Gegensatz zu der in der DE 199 36 668 A1 offenbarten Düsennadel sich axial über mehrere Teilbereiche des Injektorgehäuses erstrecken. Ein Axialhubanschlag durch separate bzw. speziell dafür ausgebildete Bauteile wie bei dem eingangs genannten Stand der Technik ist bei derartigen Common-Rail-Injektoren nicht vorgesehen. Vielmehr wird der maximale Hub bei einem derartigen Common-Rail-Injektor dadurch begrenzt, dass die der Einspritzöffnung abgewandte Stirnseite der Düsennadel an einer den Steuerraum auf der der Düsennadel abgewandten Seite begrenzenden Fläche des Steuerraums axial anliegt. Weitere Common-Rail-Injektoren sind bekannt aus der JP 2006 274942 A , DE 10 2006 050065 A1 , DE 10 2011 078429 A1 und US 2010/019066 A1 .
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Common-Rail-Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Einstellung des maximal erzielbaren Öffnungshubs der Düsennadel auch bei in relativ langen Düsennadeln ermöglicht wird, wobei gleichzeitig eine vorteilhafte Montage der Düsennadel und der mit der Düsennadel unmittelbar zusammenwirkenden Bauteile der Hubbegrenzungseinrichtung ermöglicht werden soll. Weiterhin soll eine örtliche Trennung eines Steuerraums und der Einstellung des maximal erzielbaren Öffnungshubs der Düsennadel erzielt werden, um die entsprechenden Bauteile jeweils optimal ausbilden zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Common-Rail-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Düsennadel ein zweites Element der Einrichtung zur Einstellung des maximalen Hubs der Düsennadel, das die Düsennadel radial umfasst und auf der dem ersten Element abgewandten Seite axial ortsfest im Injektorgehäuse angeordnet ist, axial vollständig durchsetzt und der in den Steuerraum eintauchende Endbereich der Düsennadel axial von dem zweiten Element beabstandet angeordnet ist. Dabei ist der Hochdruckraum im Düsenkörper und im weiteren Gehäuseelement auf einander zugewandten Seiten von jeweils einem Bohrungsabschnitt gebildet, wobei der im weiteren Gehäuseelement ausgebildete Bohrungsabschnitt zur Ausbildung der Anschlagfläche für das zweite Element einen geringeren Durchmesser aufweist als der im Düsenkörper ausgebildete Bohrungsabschnitt, und dass das zweite Element wenigstens einen Durchlass für Kraftstoff zwischen den beiden Bohrungsabschnitten aufweist. Dieser Durchlass ist deshalb von besonderer Bedeutung, da durch ihn sichergestellt ist, dass auch bei maximal geöffneter Düsennadel, bei der das zweite Element an der Stirnseite des weiteren Gehäuseelements anliegt, ein Zufluss von Kraftstoff in den Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung ermöglicht wird.
  • Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel von dem Steuerraum bzw. dem den Steuerraum ausbildenden zweiten Element getrennt angeordnet bzw. ausgebildet ist. Dadurch ist es insbesondere bei Verwendung relativ langer Düsennadeln möglich, den Steuerraum auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung im Injektorgehäuse abgewandten Seite der Düsennadel, und die Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel relativ nahe an der wenigstens einen Einspritzöffnung im Injektorgehäuse anzuordnen. Eine derartige funktionelle Trennung der Baugruppen ermöglicht insbesondere auch eine vorteilhafte Montage der Bauteile des Common-Rail-Injektors.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • In vorteilhafter konstruktiver Umsetzung des allgemeinen Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Einrichtung zur Einstellung des maximalen Hubs der Düsennadel im Bereich eines Düsenkörpers angeordnet ist, an den sich auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite in axialer Richtung wenigstens ein weiteres Gehäuseelement anschließt, und dass der Steuerraum im Bereich des weiteren Gehäuseelements angeordnet ist.
  • Zur Ausbildung eines Axialanschlags für das zweite Element der Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel ist es bevorzugt vorgesehen, dass das weitere Gehäuseelement mit einer den Düsenkörper zugewandten Stirnfläche eine axiale Anschlagfläche für das zweite Element der Einrichtung ausbildet. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass ein Anschlag für das zweite Element ohne zusätzliche Bauteile ausgebildet werden kann, da dieses von der dem zweiten Element zugewandten Stirnfläche bzw. Stirnseite des weiteren Gehäuseelements ausgebildet wird.
  • Um einerseits einen möglichst hohen Durchflussquerschnitt in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung durch das zweite Element zu erzielen, und das zweite Element gleichzeitig konstruktiv besonders einfach und steif ausbilden zu können, ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Durchlass in dem zweiten Element als über einen Teilbereich der axialen Erstreckung des zweiten Elements verlaufender Längsschlitz ausgebildet ist, der von der dem Düsenkörper abgewandten Stirnseite des zweiten Elements ausgeht.
  • Zur Begrenzung des Verschleißes zwischen den beiden Elementen der Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs und zur Einstellung des maximalen Öffnungshubs ist es vorgesehen, dass die einander zugewandten Stirnseiten der beiden Elemente bei Maximalhub der Düsennadel in Anlagekontakt sind, und dass der maximale Öffnungshub der Düsennadel durch die Größe eines zwischen den Stirnseiten der beiden Elemente ausgebildeten Axialspalts definiert ist.
  • Wie im Abschnitt Stand der Technik erläutert, dient eine Rückstell- bzw. Schließfeder zur Kraftbeaufschlagung der Düsennadel in ihre Schließstellung, um zum einen während des Betriebs des Common-Rail-Injektors bei einer Unterbrechung der Ansteuerung die Düsennadel diese in ihre Schließstellung zu bewegen, und andererseits ein unerwünschtes Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine zu vermeiden. Hierzu ist eine genaue Abstimmung der Federhärte bzw. der Charakteristik der Schließfeder erforderlich. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der maximale Öffnungshub der Düsennadel durch den in den Steuerraum eintauchenden Endbereich der Düsennadel begrenzt ist, und dass bei maximalem Öffnungshub der Düsennadel die beiden Elemente unter Ausbildung eines zwischen beiden Elementen ausgebildeten Axialspalts zueinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Elemente dienen somit der Einstellung bzw. exakten Positionierung der Schließfeder in Bezug zur Düsennadel, und nicht der Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel.
  • In weiterer konstruktiver Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors kann es vorgesehen sein, dass die Düsennadel einen radial umlaufenden Sitz für das erste Element aufweist, an dem das erste Element axial anliegt, dass sich das zweite Element unter axialer Zwischenlage der Rückstellfeder an das erste Element anschließt, dass die Bewegung des zweiten Elements durch ein Düsenmodul begrenzt ist, wobei die Düsennadel Bestandteil des Düsenmoduls ist, und dass das Düsenmodul eine in das Injektorgehäuse einsetzbare, vormontierbare Baugruppe ausbildet.
  • Zuletzt sieht eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung vor, dass der Hochdruckraum mit einem Zulaufkanal für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff hydraulisch verbunden ist, und dass der Zulaufkanal in einem zwischen der wenigstens einen Einspritzöffnung und dem Steuerraum liegenden axialen Bereich radial in den Hochdruckraum mündet. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass der Mündungsbereich des Zulaufkanals in dem Hochdruckraum in etwa in der Mitte zwischen der wenigstens einen Einspritzöffnung und dem Steuerraum mündet. Eine derartige Anordnung des Zulaufkanals zum Hochdruckraum ermöglicht eine optimierte Versorgung sowohl des Steuerraums als auch des Bereichs, von dem Kraftstoff durch die wenigstens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine abströmt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektor,
    Fig. 2
    einen Teilbereich des Common-Rail-Injektors gemäß der Fig. 1 im Bereich einer Einrichtung zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs seiner Düsennadel,
    Fig. 3
    einen Einstellring in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 4
    eine perspektivische Ansicht einer Anschlaghülse,
    Fig. 5
    eine mit dem Einstellring und der Anschlaghülse versehene Düsennadel in Seitenansicht,
    Fig. 6
    einen gegenüber der Fig. 2 modifizierten Common-Rail-Injektor, ebenfalls im Längsschnitt,
    Fig. 7
    einen gegenüber den Fig. 1 bis 4 modifizierten Common-Rail-Injektor, im Längsschnitt,
    Fig. 8
    einen bei dem Common-Rail-Injektor gemäß der Fig. 7 verwendeten Einstellring in perspektivischer Ansicht und
    Fig. 9
    einen bei dem Common-Rail-Injektor gemäß der Fig. 7 verwendeten Anschlagring, ebenfalls in perspektivischer Ansicht.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Der in der Fig. 1 dargestellte Common-Rail-Injektor 10 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Der Injektor 10 weist ein aus mehreren Teilen bestehendes Injektorgehäuse 11 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Injektorgehäuse 11 im Wesentlichen zwei Teile, einen Düsenkörper 12 sowie ein mit dem Düsenkörper 12 in axialer Richtung verbundenes Gehäuseelement 13, das in der Praxis üblicherweise aus mehreren, ebenfalls miteinander verbundenen und in axialer Richtung anschließenden Teilen besteht. Die druckdichte Verbindung zwischen dem Düsenkörper 12 und dem Gehäuse 13 erfolgt in an sich bekannter Art und Weise mittels einer Düsenspannmutter 14. Auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite weist der Düsenkörper 12 wenigstens eine Einspritzöffnung 15 zum Einspritzen von Kraftstoff auf. Innerhalb des Injektorgehäuses 11 ist ein Hochdruckraum 18 ausgebildet, der im Wesentlichen durch mehrere, in dem Düsenkörper 12 ausgebildete Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern sowie mehreren, in dem Gehäuseelement 13 ausgebildeten Bohrungsabschnitten, ebenfalls mit unterschiedlichen Durchmessern, gebildet ist.
  • Der Hochdruckraum 18 ist über einen Zulaufkanal 19 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff versorgbar. Der Zulaufkanal 19 mündet im dargestellten Ausführungsbeispiel in etwa in einem mittleren Bereich des Hochdruckraums 18 (bezogen auf die axiale Erstreckung des Injektors 10), wobei er radial, d.h. senkrecht zu einer Längsachse 21 des Injektors 10, in dem Hochdruckraum 18 mündet. Auf der dem Zulaufkanal 19 gegenüberliegenden Seite des Injektorgehäuses 11 ist ein Ablaufkanal 22 ausgebildet, der zum Abführen von in einem Niederdruckbereich 42 des Injektors 10 befindlichen Kraftstoff dient.
  • Innerhalb des Injektorgehäuses 11 ist in der Längsachse 21 eine Düsennadel 25 in Richtung des Doppelpfeils 26 hubbeweglich angeordnet. In der in der Fig. 1 dargestellten, abgesenkten Position der Düsennadel 25 wird die wenigstens eine in dem Injektorgehäuse 11 bzw. dem Düsenkörper 12 ausgebildete Einspritzöffnung 15 zumindest mittelbar verschlossen, um ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Hierzu ist zwischen dem der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 zugewandten Endbereich 27 der Düsennadel 25 und der Innenseite des Düsenkörpers 12 ein Dichtsitz ausgebildet. In der von dem Dichtsitz abgehobenen Stellung der Düsennadel 25 wird demgegenüber in an sich bekannter Art und Weise ein Ausströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 18 durch die wenigstens eine Einspritzöffnung 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • Die Düsennadel 25 ist Bestandteil eines in der Fig. 5 dargestellten Düsenmoduls 30. Das Düsenmodul 30 umfasst in axialer Richtung betrachtet neben der Düsennadel 25 noch ein stiftförmiges Mittelstück 31 sowie einen ebenfalls stiftförmigen Ventilkolben 32. Die Düsennadel 25, das Mittelstück 31 und Ventilkolben 32 sind in Querrichtung miteinander verschweißt, insbesondere durch Laserschweißnähte. Im Bereich der Düsennadel 25 weist das Düsenmodul 30 darüber hinaus eine, ein erstes Element einer Einrichtung 50 zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel 25 ausbildenden Anschlaghülse 33, eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 34 sowie einen Einstellring 35 auf. Der Einstellring 35 bildet ein zweites Element der Einrichtung 50 zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel 25 aus und ist von der Düsennadel 25 in Axialrichtung vollständig durchsetzt bzw. durchdrungen. Die Anschlaghülse 33, die Rückstellfeder 34 sowie der Einstellring 35 werden an der Düsennadel 25 montiert, bevor die Düsennadel 25 mit dem Mittelstück 31 verschweißt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Düsennadel 25 sowie des Mittelstücks 31 sind die Anschlaghülse 33, die Rückstellfeder 34 sowie der Einstellring 35 nach dem Verschweißen der Düsennadel 25 mit dem Mittelstück 31 axial unverlierbar mit den genannten Bauteilen bzw. dem Düsenmodul 30 verbunden, wobei das Düsenmodul 30 eine vormontierbare Baueinheit für den Injektor 10 darstellt.
  • Innerhalb des Injektorgehäuses 11 ist auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 abgewandten Seite des Düsenmoduls 30 eine Steuerraumhülse 36 angeordnet. Die Steuerraumhülse 36 weist auf der dem Ventilkolben 32 zugewandten Seite eine Sacklochbohrung 37 auf, in die der Ventilkolben 32 des Düsenmoduls 30 mit seinem Endbereich 44 eintaucht. Insbesondere ist der Endbereich 44 axial von der Einrichtung 50 bzw. dem Einstellring 35 beabstandet. Der Ventilkolben 32 begrenzt innerhalb der Sacklochbohrung 37 einen Steuerraum 38, der über eine Zulaufbohrung 39 mit dem Hochdruckraum 18 hydraulisch Verbindung hat. Der Steuerraum 38 ist über eine in der Steuerraumhülse 36 ausgebildete Durchgangsbohrung 41 in den Niederdruckbereich 42 des Injektors 10 hydraulisch entlastbar, der wiederum mit dem Ablaufkanal 22 verbunden ist.
  • Die Durchgangsbohrung 41 ist auf der dem Ventilkolben 32 abgewandten Seite mittels eines im Ausführungsbeispiel kugelförmigen Ventilglieds 43 verschließbar. Die Betätigung des Ventilglieds 43 erfolgt beispielhaft, und nicht einschränkend, über einen Magnetaktuator 45 in an sich bekannter Art und Weise, derart, dass bei einer Bestromung des Magnetaktuators 45 das Ventilglied 43 von der Durchgangsbohrung 41 abhebt, um einen Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 38 in den Niederdruckbereich 42 des Injektors 10 zu ermöglichen. Der aus dem Steuerraum 38 abströmende Kraftstoff bewirkt ebenfalls in bekannter Art und Weise eine Betätigung des Düsenmoduls 30 bzw. der Düsennadel 25 derart, dass die Düsennadel 25 zum Freigeben der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 von ihrem Dichtsitz abhebt.
  • In der Fig. 2 ist dargestellt, dass die Anschlaghülse 33, die Rückstellfeder 34 sowie der Einstellring 35 innerhalb eines Bohrungsabschnitts 46 des Düsenkörpers 12 angeordnet sind. An dem Düsenkörper 12 schließt sich in axialer Richtung das Gehäuseelement 13 an, wobei ein in der Stirnfläche 47 des Gehäuseelements 13 mündender Bohrungsabschnitt 48 einen geringeren Durchmesser aufweist als der Bohrungsabschnitt 46 im Bereich des Einstellrings 35 bzw. des Bohrungsabschnitts 46. Dadurch bildet die Stirnfläche 47 für die ihr zugewandte Stirnseite des Einstellrings 35 einen axialen Anschlag aus.
  • Wie insbesondere anhand der Fig. 3 erkennbar ist, weist der Einstellring 35 beispielhaft drei, in gleichmäßigen Winkelabschnitten zueinander angeordnete Längsschlitze 49 auf, die jeweils einen Durchlass für Kraftstoff aus dem Bohrungsabschnitt 48 in den Bohrungsabschnitt 46 ausbilden. Die im Ausführungsbeispiel jeweils in Seitenansicht rechteckförmigen Längsschlitze 49 reichen über einen Teilbereich der Länge L des Einstellrings 35, und gehen von der dem Gehäuseelement 13 zugewandten Stirnfläche des Einstellrings 35 aus.
  • Die die Düsennadel 25 radial umgebende Anschlaghülse 33 weist auf der dem Einstellring 35 abgewandten Seite einen radial umlaufenden Bund 51 auf, der axial an einem Sitz bzw. einem Absatz 52 der Düsennadel 25 anliegt. Die Rückstellfeder 34 stützt sich zwischen dem Bund 51 und der der Rückstellfeder 34 zugewandten Stirnseite des Einstellrings 35 ab. Die Rückstellfeder 34 beaufschlagt die Düsennadel 25 bzw. das Düsenmodul 33 mit einer Federkraft derart, dass die Düsennadel 25 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 bzw. in Richtung des Dichtsitzes gedrückt wird. Insbesondere sorgt die Rückstellfeder 34 dafür, dass bei unbestromtem Magnetaktuator 45 die Düsennadel 25 stets den Dichtsitz ausbildet, um das Einspitzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu verhindern.
  • Zwischen der dem Bund 51 abgewandten Stirnseite 53 der Anschlaghülse 33 und der der Stirnseite 53 zugewandten Stirnseite 54 des Einstellrings 35 ist ein Axialspalt 55 ausgebildet. Die Größe des Axialspalts 55 wird durch eine Variation der Länge I der Anschlaghülse 33 eingestellt. Insbesondere wird über die Größe des Axialspalts 55 der maximale Hub der Düsennadel 25 bzw. des Düsenmoduls 30 in Öffnungsrichtung begrenzt. Die Stirnseite 54 des Einstellrings 35 bildet somit einen Anschlag für die Anschlaghülse 33 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 25 aus.
  • Bei einer Bestromung des Magnetaktuators 45 und der damit verbundenen Druckentlastung des Steuerraums 38 bewegt sich die Düsennadel 25 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 34 solange in Öffnungsrichtung, bis die Anschlaghülse 33 an dem Einstellring 35 axial anliegt, d.h. der Axialspalt 55 Null ist. In dieser Stellung ist die dem Grund der Sacklochbohrung 37 des Steuerraums 38 zugewandte Stirnfläche des Ventilkolbens 32 noch vom Grund der Sacklochbohrung 37 beabstandet.
  • Alternativ und nicht erfindungsgemäß kann es entsprechend der Darstellung der Fig. 6 auch vorgesehen sein, dass die Länge I der Anschlaghülse 33 derart gering gewählt wird, dass der maximale Öffnungshub der Düsennadel 25 bzw. des Düsenmoduls 30 durch ein Anliegen des Ventilkolbens 32 am Grund der Sacklochbohrung 37 des Steuerraums 38 erfolgt. In diesem Fall ist selbst bei einem maximalen Öffnungshub der Düsennadel 35, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist, die Anschlaghülse 33 axial noch von dem Einstellring 35 beabstandet, d.h. dass stets ein Axialspalt 55 größer Null ausgebildet ist. In dieser Konfiguration wird durch die Dimensionierung des Einstellrings 35 sowie der Anschlaghülse 33 insbesondere der Einbauraum der Rückstellfeder 34 definiert bzw. begrenzt, um damit die geforderte Rückstellcharakteristik bzw. Rückstellkraft der Rückstellfeder 34 einzustellen bzw. zu definieren.
  • In den Fig. 7 bis 9 ist ausschnittsweise ein gegenüber den Fig. 1 bis 3 modifizierter Injektor 10a dargestellt. Der Injektor 10a weist zusätzlich zur Anschlaghülse 33 einen hülsenförmigen Einstellring 35a mit konstantem Durchmesser mit mehreren, an seiner Wand in radialer Richtung ausgebildeten Durchgangsbohrung 57 für den Kraftstoff auf. Der Einstellring 35a wirkt mit einem Anschlagring 58 zusammen, der einen in den Einstellring 35a hineinragenden Zentrierabschnitt 59 aufweist. Darüber hinaus weist der Einstellring 35a ebene, geschlossene Stirnflächen auf. Die Einstellung des Maximalen Axialspalts 55 kann durch Variation der Höhe des Einstellrings 35a erfolgen, wobei der Einstellring 35a nachträglich mit dem Düsenmodul 30 verbunden werden kann.

Claims (9)

  1. Common-Rail-Injektor (10; 10a), mit einem Injektorgehäuse (11), in dem in einem Hochdruckraum (18) zum Freigeben bzw. Sperren wenigstens einer im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (15) eine hubbeweglich angeordnete Düsennadel (25) angeordnet ist, wobei ein der wenigstens einen Einspritzöffnung (15) abgewandter Endbereich der Düsennadel (25) in ein Element (36) zur Ausbildung eines Steuerraums (38) eintaucht, und wobei die Düsennadel (25) mit einer Einrichtung (50) zur Begrenzung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel (25) zusammenwirkt, wobei die Einrichtung (50) ein an der Düsennadel (25) - vorzugsweise axial ortsfest - angeordnetes erstes, vorzugsweise hülsenförmiges Element (33) aufweist, das mittels einer Rückstellfeder (34) in Schließrichtung der Düsennadel (25) kraftbeaufschlagt ist, und ein zweites, vorzugsweise ebenfalls hülsenförmiges Element (35; 35a), das die Düsennadel (25) radial umfasst und auf der dem ersten Element (33) abgewandten Seite axial ortsfest im Injektorgehäuse (11) angeordnet ist, wobei die Düsennadel (25) das zweite Element (35; 35a) axial vollständig durchsetzt und der in den Steuerraum (38) eintauchende Endbereich (44) der Düsennadel (25) axial von dem zweiten Element (35; 35a) beabstandet angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Gehäuseelement (13) mit einer dem Düsenkörper (12) zugewandten Stirnfläche (47) eine axiale Anschlagfläche für das zweite Element (35; 35a) der Einrichtung (50) ausbildet und der Hochdruckraum (18) im Düsenkörper (12) und im weiteren Gehäuseelement (13) auf einander zugewandten Seiten von jeweils einem Bohrungsabschnitt (46, 48) gebildet ist, wobei der im weiteren Gehäuseelement (13) ausgebildete Bohrungsabschnitt (48) zur Ausbildung der Anschlagfläche für das zweite Element (35; 35a) einen geringeren Durchmesser aufweist als der im Düsenkörper (12) ausgebildete Bohrungsabschnitt (46), und dass das zweite Element (35; 35a) wenigstens einen Durchlass für Kraftstoff zwischen den beiden Bohrungsabschnitten (46, 48) aufweist.
  2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einrichtung (50) im Bereich eines Düsenkörpers (12) angeordnet ist, an den sich auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung (15) abgewandten Seite in axialer Richtung das weitere Gehäuseelement (13) anschließt, und dass der Steuerraum (38) im Bereich des weiteren Gehäuseelements (13) angeordnet ist.
  3. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der wenigstens eine Durchlass als über einen Teilbereich der axialen Erstreckung (L) des zweiten Elements (35) verlaufender Längsschlitz (49) ausgebildet ist, der von der dem Düsenkörper (12) abgewandten Stirnseite des zweiten Elements (35) ausgeht.
  4. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der wenigstens eine Durchlass als Durchgangsbohrung (57) ausgebildet ist.
  5. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Begrenzung des Öffnungshubs der Düsennadel (25) die einander zugewandten Stirnseiten (53, 54) der beiden Elemente (33, 35) bei Maximalhub der Düsennadel (25) in Anlagekontakt sind, und dass der maximale Öffnungsbub der Düsennadel (25) durch die Größe eines zwischen den Stirnseiten (53, 54) der beiden Elemente (33, 35) ausgebildeten Axialspalts (55) definiert ist.
  6. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Begrenzung des Öffnungshubs der Düsennadel (25) die einander zugewandten Stirnseiten (53, 54) der beiden Elemente (33, 35a) bei Maximalhub der Düsennadel (25) unter Zwischenlage eines Anschlagrings (58) in Anlagekontakt sind, und dass der maximale Öffnungsbub der Düsennadel (25) durch die Größe eines zwischen dem einen Element (33) und dem Anschlagring (58) ausgebildeten Axialspalts (55) definiert ist.
  7. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einstellung des maximalen Öffnungshubs der Düsennadel (25) über eine Variation der Länge (l) des ersten Elements (33) oder des zweiten Elements (35a) erfolgt.
  8. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsennadel (25) einen radial umlaufenden Sitz (52) für das erste Element (33) aufweist, an dem das erste Element (33) axial anliegt, dass sich das zweite Element (35) unter axialer Zwischenlage der Rückstellfeder (34) an das erste Element (33) anschließt, dass die Bewegung des zweiten Elements (35) durch ein Düsenmodul (30) begrenzt ist, wobei die Düsennadel (25) Bestandteil des Düsenmoduls (30) ist, und dass das Düsenmodul (30) eine in das Injektorgehäuse (11) einsetzbare, vormontierbare Baugruppe ausbildet.
  9. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hochdruckraum (18) mit einem Zulaufkanal (19) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff hydraulisch verbunden ist, und dass der Zulaufkanal (19) in einem zwischen der wenigstens einen Einspritzöffnung (15) und dem Steuerraum (38) liegenden axialen Bereich radial in den Hochdruckraum (18) mündet.
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