Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- spritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend wenigstens einen Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Injektoren der eingangs beschriebenen Art kommen häufig in Commonrail-Einspritzsystemen zum Einsatz. Injektoren für CommonrailSysteme zum Einspritzen von Kraftstoffen mit hoher Viskosität in den Brennraum von Brennkraftmaschinen sind in unterschiedlicher Ausbildung bekannt. Im Fall von Schweröl ist eine Erwärmung auf bis zu 150°C erforderlich, um die notwendige Einspritzviskosität zu erreichen.

Grundsätzlich hat ein Injektor für ein Commonrail- Einspritzsystem verschiedene Teile, welche in aller Regel durch eine Düsenspannmutter zusammengehalten werden. Die eigentliche Einspritzdüse enthält eine Düsennadel, welche im Düsenkörper der Einspritzdüse axial verschieblich geführt ist und mehrere Freiflächen aufweist, durch welche aus dem Düsenvorraum Kraftstoff zur Nadelspitze strömen kann. Die Düsennadel selbst trägt einen Bund, an welchem sich eine Druckfeder abstützt, und taucht in einen Steuerraum ein, welcher mit Kraftstoff unter Druck beaufschlagbar ist. An diesen Steuerraum kann ein Zulaufkanal über eine Zulaufdrossel und ein Ablaufkanal über eine Ablaufdrossel angeschlossen sein, wobei der jeweilige im Steuerraum aufgebaute Druck gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder die Düsennadel in der Schließstellung hält. Der Druck im Steuerraum kann von einem Steuerventil kontrolliert werden, welches zumeist von einem Elektromagneten betätigt wird. Bei entsprechender Beschal-

BESTÄTIGUNGSKOPIE tung kann ein Öffnen des Magnetventils einen Abfluss des Kraftstoffes über eine Drossel bewirken, sodass ein Absinken der hydraulischen Haltekraft auf die in den Steuerraum eintauchende Stirnfläche der Düsennadel zum Öffnen der Düsenna- del führt. Auf diese Weise kann in der Folge der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum des Motors gelangen.

Neben einer Ablaufdrossel ist auch meist eine Zulaufdrossel vorgesehen, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel durch den Durchflussunterschied zwischen Zu- und Ablaufdrossel bestimmt wird. Wenn das Magnetventil geschlossen wird, wird der Ablaufweg des Kraftstoffes durch die Ablaufdrossel gesperrt und über die Zulaufdrossel neuerlich Druck im Steu- erraum aufgebaut und das Schließen der Düsennadel bewirkt.

Die Einspritzdüse der beschriebenen Injektoren, insbesondere deren Düsenspitze muss auf Grund der hohen thermischen Belastung laufend gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist es be- kannt, wenigstens einen Kühlkanal im Düsenkörper auszubilden, der in einen Kühlkreislauf integriert ist und von einer Kühlflüssigkeit, z.B. Motoröl durchströmt wird.

Insbesondere bei Großdieselmotoren kann sich aufgrund der verwendeten Kraftstoffe, der erforderlichen Durchflussquerschnitte sowie des hohen Energieeintrags der elektrischen Bestromung des Magnetventils auch eine große thermische Belastung des Ventils ergeben. Die thermische Belastung des Magnetventils wird noch erhöht, wenn das Magnetventil sehr nahe an der Einspritzdüse und damit nahe dem Brennraum liegt. Eine solche Anordnung des Magnetventils wird angestrebt, damit die Düsennadel sehr direkt und ohne Totzeiten gesteuert werden kann, wodurch die Kleinstmengenfähigkeit und die Mehrfacheinspritzfähigkeit verbessert werden. Die thermische Belastungssituation verschärft sich weiters durch die steigenden Systemdrücke, d.h. die höhere hydraulische Verlustleistung, und die erhöhte Anzahl der geforderten Ein- spritzungen.

Zur Vermeidung von thermischen Schäden am Magnetventil ist eine zusätzliche Kühlung des Magnetventils erforderlich. Die separate Kühlung eines düsennah angeordneten Magnetventils erfordert meist eine gänzlich neue, sehr aufwändige Magnetventilkonstruktion, wobei nur sehr wenige Gleichteile zu einer ungekühlten Version für Dieselapplikationen verwendet werden können und weiters die Kosten dieser gekühlten Ausführung sehr stark steigen.

Eine Kühlung von Injektoren ist beispielsweise aus der WO 2006/021014 AI bekannt, in der im Injektor zusätzliche von Schmieröl oder Motoröl durchströmte Kanäle zum Zwecke der Kühlung angeordnet sind.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Kühlung des Magnetventils, insbesondere von dessen Elektromagneten, in einfacher Weise und mit geringem Aufwand zu bewerkstelligen. Insbesondere soll es gelingen, ein ungekühltes, düsennah ange- ordnetes Magnetventil einer bestimmten Bauart einer Dieselapplikation mit nur geringen baulichen Modifikationen in eine gekühlte Ausführung für z.B. Schweröl-Anwendung umzuwandeln . Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen vor, dass die Mittel zum Kühlen eine von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Kammer umfasst, die in den Kühlkreislauf in- tegriert ist. Erfindungsgeraäß wird somit die vorhandene Düsenkühlung für die Kühlung des Magnetventils mitverwendet, sodass die konstruktiven Anpassungen, die für die Realisierung der zusätzlichen Magnetventilkühlung erforderlich sind, auf ein Mindestmaß reduziert werden können. Die Injektorversion mit Kühlung und die Injektorversion ohne Kühlung weisen daher eine große Übereinstimmung ihrer Bauteile auf, sodass die Bauteilevielfalt insgesamt reduziert wird und der Pro- duktionsprozess sowohl hinsichtlich der Fertigung als auch der Lagerhaltung wirtschaftlicher gestaltet werden kann.

Die erfindungsgemäße Kühlung eignet sich besonders gut für. die Kühlung des Elektromagneten des Magnetventils. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, bei welcher der Elektro- magnet besonders effizient gekühlt werden kann, ergibt sich hierbei dadurch, dass die Kammer den Elektromagneten ringförmig umgibt. Die ringförmige Ausbildung lässt sich konstruktiv besonders vorteilhaft dadurch verwirklichen, dass die Kammer von wenigstens einer im Ventilkörper ausgebilde- ten Ringnut gebildet ist. Die Ringnut ist hierbei zum Magnetventil bzw. dessen Elektromagneten hin offen, sodass eine maximale Kontaktfläche der Kühlflüssigkeit erreicht werden kann. Es versteht sich, dass der Elektromagnet hierbei von einer wasserdichten Hülle umgeben sein muss.

Wenn lediglich eine einzige ringförmige Kammer oder eine Ringnut vorgesehen ist, sind der Kühlflüssigkeitszulauf und der Kühlflüssigkeitsablauf an diametral gegenüberliegenden Stellen der Kammer bzw. Ringnut vorgesehen. In bestimmten Fällen kann aber auch eine Ausbildung mit mehr als einer ringförmigen Kammer bzw. Ringnut vorteilhaft sein. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht hierbei vor, dass wenigstens zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Ringnuten vorgesehen sind, die mittels einer Axialnut miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Konstruktion erfolgt der Kühlflüssxgkeitszulauf und der Kühlflüssigkeitsablauf an der gleichen Seite.

Die Integration der Magnetventilkühlung in den Kühlkreislauf der Düsenkühlung kann strömungsmäßig auf verschiedene Weise erfolgen. Eine erste bevorzugte Variante sieht vor, dass der Kühlkanal und die Kammer seriell von der Kühlflüssigkeit durchströmbar sind. Die Kammer und der Kühlkanal der Düsenkühlung werden somit hintereinander durchströmt. Die Kammer kann grundsätzlich sowohl in den Kühlflüssigkeitsvorlauf als auch den Kühlflüssigkeitsrücklauf eingeschaltet sein. Eine höhere Kühlleistung wird aber dadurch erreicht, dass die Kammer in den Kühlflüssigkeitsvorlauf eingeschaltet ist. Die Kammer ist in diesem Fall strömungsmäßig bevorzugt zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt der Kühl- flüssigkeitsvorlaufbohrung angeordnet . Eine zweite bevorzugte Variante sieht vor, dass der Kühlkanal und die Kammer parallel von der Kühlflüssigkeit durchströmbar sind. Konstruktiv ergibt sich in diesem Fall bevorzugt, dass die Kammer strömungsmäßig zwischen der Kühlflüs- sigkeitsvorlaufbohrung und der Kühlflüssigkeitsrücklaufboh- rung angeordnet ist. Hierbei kann das Verhältnis der durch die Düsenkühlung strömenden Kühlflüssigkeitsmenge zur durch die Magnetventilkühlung strömenden Kühlflüssigkeitsmenge durch Wahl des jeweiligen Durchflussquerschnitts festgelegt werden. Dies erfolgt bevorzugt durch geeignete Anordnung und Dimensionierung einer Drosselstelle. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Kammer zwischen der Kühlflüssigkeitsvorlaufbohrung und der Kühl- flüssigkeitsrücklaufbohrung wenigstens eine Drosselstelle aufweist. Die Drosselstelle ist durch einen Bereich verrin ^¬ gerter radialer Tiefe der die Kammer ausbildenden Ringnut gebildet . Um sicherzustellen, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Kammer dicht ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kammer mittels einer mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Ringdichtung abgedichtet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise kann die Kühlflüssigkeit über einen Wärmetauscher zum Vorwärmen der Kühlflüssigkeit geführt werden. Auf diese Art und Weise kann einerseits die Kühlleistung eingestellt werden. Gleichzeitig ist hiermit auch eine Heizung des Ventils, beispielsweise vor dem Motorstart, möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 den schematischen Aufbau eines modularen Commonrail-Einspritzsystems gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Detailansicht einer ersten Ausbildung der erfindungsgemäßen Kühlung des Magnetventils im Schnitt, Fig. 3 eine abgewandelte Ausbildung der Kühlung, Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausbildung der Kühlung und Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Injektor 1 dargestellt, der eine Einspritzdüse 2, eine Drosselplatte 3, eine Ventilplatte 4, einen Haltekörper 5 und einen Hochdruckspeicher 6 aufweist, wobei eine mit dem Haltekörper 5 verschraubte Düsenspannmut- ter 7 die Einspritzdüse 2, die Drosselplatte 3 und die Ventilplatte 4 zusammenhält. Im Ruhezustand ist das Magnetventil 13 geschlossen, sodass Hochdruckkraftstoff aus dem Hoch- druckspeicher 6 über die Hochdruckleitung 8, die Querverbindung 9 und die Zulaufdrossel 10 in den Steuerraum 11 der Einspritzdüse 2 strömt, der Abfluss aus dem Steuerraum 11 über die Ablaufdrossel 12 aber am Ventilsitz des Magnetven- tils 13 blockiert ist. Der im Steuerraum 11 anliegende Systemdruck drückt gemeinsam mit der Kraft der Düsenfeder 14 die Düsennadel 15 in den Düsennadelsitz 16, sodass die Spritzlöcher 17 verschlossen sind. Wird der Elektromagnet des Magnetventils 13 betätigt, gibt es den Durchfluss über den Magnetventilsitz frei, und Kraftstoff strömt aus dem Steuerraum 11 durch die Ablaufdrossel 12, den Magnetventilankerraum und die Niederdruckbohrung 18 zurück in den nicht dargestellten Kraftstofftank. Es stellt sich ein durch die Strömungsquerschnitte von Zulaufdrossel 10 und Ablaufdrossel 12 definierter Gleichgewichtsdruck im Steuerraum 11 ein, der so gering ist, dass der im Düsenraum 19 anliegende Systemdruck die im Düsenkörper längs verschieblich geführte Düsennadel 15 zu öffnen vermag, sodass die Spritzlöcher 17 freigegeben werden und eine Einspritzung erfolgt.

Wie bereits erwähnt, ist bei mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen eine Aufwärmung des Kraftstoffes erforderlich, wobei zusätzliche Wärmebelastungen auf die Commonrail- injektoren wirksam werden. Neben dem bereits zur Herabset- zung der Viskosität auf bis zu 150°C vorgewärmten Kraftstoff, erfährt die in den Brennraum ragende Düsenspitze eine Aufheizung durch die heißen Verbrennungsgase. Auch der Steuerstrom für das Magnetventil bewirkt eine weitere Erwärmung. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist in diesem Falle eine Kühlung vorgesehen, wobei der Injektor ständig mit einer Kühlflüssigkeit, z.B. Motoröl durchspült wird. Die Spülkanäle im Injektor sind in Fig. 1 schwarz dargestellt, wobei die Kühlflüssigkeit über diese Kanäle in den Bereich der Düsenspitze gelangt. Die Kühlflüssigkeitszulaufbohrung ist mit 20, die Kühlflüssigkeitsrücklaufbohrung mit 21 und der im Bereich der Düsenspitze angeordnete ringförmige Kühlkanal strichliert mit 22 angedeutet.

In der Niederdruckbohrung 18 herrscht ein Absolutdruck von 1-2 bar vor, sodass es durch die Absteuerung des Systemdrucks über Zulaufdrossel 10, Ablaufdrossel 12 und Magnetventilsitz zu einer starken Erwärmung des Kraftstoffs kommt. Gleichzeitig wirken die im Elektromagneten des Magnetventils 13 auftretenden elektrischen und magnetischen Verluste als zusätzliche Heizung, sodass es vor allem bei hohen Durchflussmengen, sowie bei bereits vorgewärmten Kraftstoffen (z.B. Schweröl) und bei hohen elektrischen Betriebsströmen des Magnetventils 13 zu kritischen Bauteilbelastungen kommen kann .

Fig. 2 zeigt schematisch einen axialen Teilbereich des Injektors 1, in dem der Elektromagnet 23 des Magnetventils 13 angeordnet ist. Der Elektromagnet 23 ist in einer zylindrischen Bohrung 25 im Ventilkörper 24 angeordnet und wird gegen eine Auflagefläche 26 gedrückt. In diesem Ventilkörper 24 wird Kraftstoff über wenigstens eine in Fig. 2 nicht dargestellte Hochdruckbohrung 8 zur Einspritzdüse 2 geleitet, und die Niederdruck-Steuermengen werden über in Fig. 2 ebenfalls nicht dargestellte Bohrungen zurück in den Haltekörper 5 geleitet. Weiters wird durch den Ventilkörper 24 in der Kühlflüssigkeitszulaufbohrung 20 die Kühlflüssigkeit zur Einspritzdüse 2 geleitet und in der Kühlflüssigkeitsrück- laufbohrung 21 wieder zurückgeleitet. Um nun die für die Kühlung der Einspritzdüse 2 vorgesehen Kühlflüssigkeit für die Kühlung des Elektromagneten 23 mitzuverwenden, wird eine Ringdichtung 27 in der zylindrischen Bohrung 25 angeordnet, die zusammen mit der Auflagefläche 26 des Elektromagneten 23 am Ventilkörper 24 eine dichte Kammer 28 um den Elektromagneten 23 herum schafft, welche in geeigneter Weise mit der Kühlflüssigkeit aus der Kühlflüssigkeitszulaufbohrung 20 durchströmt werden kann. Die Ausführung muss hierbei so gestaltet sein, dass einerseits der Vorlauf zur Düsenkühlung nicht gedrosselt wird, andererseits aber auch der Elektromagnet 23 vollständig umströmt wird. Fig. 2 zeigt eine erste Ausbildung mit zwei im Ventilkörper 24 ausgebildeten Ringnuten 29, wobei die obere Ringnut 29 mit einem ersten Abschnitt 20' der Kühlflüssigkeitszulaufbohrung und die untere Ringnut 29 mit einem zweiten Abschnitt 20' ' der Kühlflüssigkeitszulaufbohrung verbunden ist. An der dem Anschluss an die Kühlflüssigkeitszulaufbohrung 20 gegenüberliegenden Seite sind die beiden Ringnuten 29 mittels einer kurzen Axialnut 30 verbunden. So strömt die Kühlmenge in die obere Nut 29 am Magnetumfang bis an die gegenüberliegende Seite, dann axial nach unten in die untere Nut und wieder über den Umfang zurück, und dann weiter zur Einspritzdüse .

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausbildung mit nur einer Ringnut 31, die an gegenüberliegenden Seiten mit dem ersten Abschnitt 20' bzw. dem zweiten Abschnitt 20'' der Kühlflüs- sigkeitszulaufbohrung verbunden ist. Hier strömt die Kühlmenge in die Ringnut 31, dann am Magnetumfang entlang und an der gegenüberliegenden Seite wieder weiter zur Einspritzdüse .

Fig. 4 zeigt weitere abgewandelte Ausbildung, wo die Magnetkühlung nicht im Vorlauf der Düsenkühlung angeordnet ist, sondern parallel zu dieser verläuft. Dies bedeutet, dass an einer Seite der Ringnut 32 die Kühlflüssigkeitszulaufbohrung 20 und an der gegenüberliegenden Seite die Kühlflüssigkeits- rücklaufbohrung 21 angeschlossen ist bzw. angeschnitten wird. Bei dieser Ausbildung ist es vorteilhaft den Kühlflüs- sigkeitsdurchsatz zu drosseln, damit die für die Kühlung der Einspritzdüse 2 zur Verfügung stehende Kühlflüssigkeitsmenge nicht zu stark reduziert wird. Diese Drosselung kann in besonders einfacher Weise z.B. dadurch erzielt werden, dass die Ringnut 32 mit sich ändernder Tiefe, d.h. radialer Aus- dehnung ausgebildet wird, sodass sich zwischen den Anschlussstellen des Zu- bzw. Rücklaufs ein größerer Durchflussquerschnitt ergibt als an einer zwischen diesen beiden Stellen angeordneten Drosselstelle 33. In der Schnittansicht gemäß Fig. 5 ist ersichtlich, dass sich hieraus ein ovaler Verlauf des Nutgrunds ergibt.

Zusätzlich kann die Kühlflüssigkeit durch geeignete Anordnung eines externen Wärmeübertragers nicht nur gekühlt, sondern erforderlichenfalls auch vorgewärmt werden. Wird als Kraftstoff beispielsweise Schweröl verwendet, kann diese vorgewärmte Kühlflüssigkeit zur Temperierung des Magnetventils 13 und damit zur Beschleunigung des Motorstarts verwendet werden.