Beschreibung

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritz- Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse, das ein einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandtes brennraumnahes Ende aufweist und in welchem ein Ventilelement hin und her bewegbar geführt ist, dessen brennraumfernes Ende in einem Führungsstück geführt ist, das radial innen einen Steuerraum und radial außen einen Führungsringraum begrenzt, der sich zwischen dem Führungsstück und dem Gehäuse erstreckt und mit einer Hochdruckquelle in Verbindung steht, und mit einem internen Speichervolumen in einem Ventilringraum, der sich zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse erstreckt.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 012 078 Al ist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit einem Gehäuse bekannt, das eine in seiner Längsrichtung gestufte Ausnehmung aufweist, von de- ren unterem Ende Kraftstoff-Austrittskanäle ausgehen, welche die Wand eines Düsenkörpers durchsetzen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 55 057 Al ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit ei-

nem Ringraum bekannt, in welchem eine entgegen der Rückstellkraft einer Feder axial verschiebliche Hülse angeordnet ist, die mit einer konisch ausgebildeten Stirnseite an einer äußeren Ringfläche ei- ner konischen Sitzfläche anliegt und in der wenigstens zwei durch Axialverschiebung der Ventilnadel nacheinander aufsteuerbare öffnungen mit unterschiedlichem öffnungsquerschnitt vorgesehen sind.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere sollen auch beim Einsatz eines relativ langen Ventilelements Mehrfacheinspritzungen mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden.

Die Aufgabe ist bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse, das ein einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandtes brennraumnahes Ende aufweist und in welchem ein Ventilelement hin und her bewegbar geführt ist, dessen brennraumfernes Ende in einem Führungsstück geführt ist, das radial innen einen Steuerraum und radial außen einen Führungsringraum begrenzt, der sich zwischen dem Führungsstück und dem Gehäuse er- streckt und mit einer Hochdruckquelle in Verbindung steht, und mit einem internen Speichervolumen in einem Ventilringraum, der sich zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse erstreckt, dadurch gelöst, dass zwischen dem Führungsringraum und dem internen

Speichervolumen in dem Ventilringraum eine Schließdrossel vorgesehen ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungsstück mindestens ein Durchgangsloch vorgesehen ist, das eine Schließdrosselstelle darstellt, über die der Führungsringraum mit dem Ventilringraum in Verbindung steht. Das Durch- gangsloch ist vorzugsweise als Bohrung ausgeführt, die sich in radialer Richtung erstreckt. Die Begriffe axial und radial beziehen sich auf die Längsachse des Ventilelements. Axial bedeutet in Rich ^¬ tung oder parallel zur Längsachse. Radial bedeutet quer zur Längsachse. Das Durchgangsloch ermöglicht eine Drosselwirkung, die geringe Temperatureinflüsse aufweist. Das Ventilelement weist vorzugsweise eine Länge von mehr als 100 Millimeter auf. Die beiden Ringräume sind koaxial zu dem Ventilelement angeordnet. Das Ventilelement kann einteilig ausgeführt sein oder mehrere Teile umfassen, die mechanisch miteinander verbunden sind.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilringraum durch ein Dichtelement von dem Führungsringraum getrennt ist. Das Dichtelement kann als Dichtring ausgeführt sein, der zwischen dem brennraumnahen Ende des Führungs- Stücks und dem Gehäuse eingespannt ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement in radialer Rieh-

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tung zwischen dem brennraumnahen Ende des Führungsstücks und dem Gehäuse angeordnet ist. In axialer Richtung ist das Dichtelement zwischen dem Durchgangsloch und dem Ventilringraum angeordnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsstück radial innen im Mündungsbereich des Durchgangslochs mindestens eine Aussparung aufweist. Die Aussparung ermöglicht den Durchtritt von Kraftstoff vom Mündungsbereich des Durchgangslochs in den Ventilringraum.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement an seinem brenn- raumfernen Ende einen Führungsabschnitt aufweist, durch den das Ventilelement in dem Führungsstück geführt ist und von dem ein Verbindungsabschnitt ausgeht, der einen kleineren Durchmesser als der Führungsabschnitt aufweist. Der Führungsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise über den Mündungsbereich des Durchgangslochs hinaus, so dass auf einfache Art und Weise der Durchtritt von Kraftstoff vom Mündungsbereich des Durchgangslochs in den Ventilringraum ermöglicht wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass das Ventilelement in der Nähe seines brennraumnahen Endes in dem Gehäuse geführt ist. Die Führung kann durch einen Führungsabschnitt, der an dem Ventilelement vorgesehen ist, oder durch eine Führungshülse erfolgen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement mit seinem brenn- raumnahen Ende in einer Führungshülse zentriert be- ziehungsweise geführt ist. Bei dem Ventilelement handelt es sich vorzugsweise um eine Düsennadel. Demzufolge wird das brennraumnahe Ende des Ventilelements auch als Nadelspitze bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel mit der Führungshülse zur Zent- rierung der Nadelspitze besteht keine kostengünstige alternative Möglichkeit, um eine Schließdrossel zu realisieren.

Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Kraft- stoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse, das ein einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandtes brennraumnahes Ende aufweist und in welchem ein Ventilelement hin und her bewegbar geführt ist, insbesondere bei einer vorab beschriebenen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, auch dadurch gelöst, dass das Ventilelement in der Nähe seines brennraumnahen Endes in dem Gehäuse nur zentriert ist. An dem brennraumnahen Ende des Ventilelements ist ein Ventilsitz ausgebildet, in dessen Nähe die Zentrierung vorgesehen ist. Durch die sitznahe Zentrierung kann ohne Führung des brennraumnahen Endes des Ventilelements ein symmetrisches Spritzbild sichergestellt werden. Eine zusätzliche Füh- rungshülse kann entfallen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement in der Nähe seines

brennraumnahen Endes einen Zentrierbund aufweist, durch den das brennraumnahe Ende des Ventilelements in dem Gehäuse zentriert ist. Der Zentrierbund kann mit Abflachungen versehen sein, die den Durchtritt von Kraftstoff aus dem internen Speichervolumen zum Ventilsitz ermöglichen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zentrierbund eine Dicke von we ^¬ niger als ein Millimeter aufweist. Diese Dicke, also die Ausdehnung des Zentrierbunds in axialer Richtung, hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbund radial außen ballig ausgeführt ist. Durch die ballige Ausführung wird ein linienförmiger Kontakt zwischen Zentrierbund und Gehäuse sichergestellt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass das Injektorgehäuse einen Injektorkörper und einen Düsenkörper umfasst. Der Injektorkörper wird auch als Haltekörper bezeichnet. Der Düsenkörper ist vorzugsweise mit einer Ventilsitzfläche ausgestattet, an der eine Ventilsitzkante zur Anlage kommt, damit kein Kraftstoff zu Spritzlöchern gelangt, die in dem Düsenkörper vorgesehen sind. Durch die Spritzlöcher gelangt der Kraftstoff in mindestens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die Ventilsitzfläche, die mit der Ventil-

sitzkante zusammenwirkt, wird auch als Ventilsitz bezeichnet. Sitznah bedeutet in der Nähe des Ventilsitzes beziehungsweise der Ventilsitzkante beziehungsweise der Ventilsitzfläche. Vorzugsweise besteht das Injektorgehäuse nur aus dem Injektorkörper und dem Düsenkörper.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass das Ventilelement im Düsenkörper nur eine sitznahe Zentrierung und keine weitere Führung aufweist .

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement einen Gelenkabschnitt aufweist, der unmittelbar dem Führungsabschnitt folgt. Das Ventilelement ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung lang ausgeführt. Lang bedeutet, dass die Länge des Ventilelements deutlich größer als sein Durchmesser ist. Als Ventilelement wird eine Düsennadel bezeichnet, die weit aus dem eigentlichen Düsenkörper herausragt und in einen Speicherraum im Injektorkörper hineinragt, um eine günstige Lage des Magnetventils (großer Bauraum, einfache Kontaktierung) oben am Injektor zu ermöglichen. Dabei ergibt sich bei üblichen Dieselinjektoren eine Länge von größer als 80 mm oder ein Verhältnis Länge zu Durchmesser von 20 zu 1.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich-

nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem brennraum- nahen Führungsabschnitt;

Figur 2 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Figur 1 im Längsschnitt mit einer brenn- raumnahen Führungshülse und

Figur 3 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in den Figuren 1 und 2 im Längsschnitt mit einem brennraumnahen Zentrierbund.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 bis 3 sind drei Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 1; 51; 61 jeweils im Längs- schnitt dargestellt. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden die gemeinsamen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschrieben.

Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 1; 51; 61 um- fasst ein Gehäuse 2 mit einem brennraumnahen Ende 3, das in einen Brennraum einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine ragt. Das Gehäuse 2 umfasst

einen Haltekörper 4 und einen Düsenkörper 5, in denen ein Ventilelement 8 hin und her bewegbar aufgenommen ist. Das Ventilelement 8 hat eine Länge von mehr als 100 Millimeter und kann einteilig als Du- sennadel ausgeführt sein. Das Ventilelement 8 kann aber auch mehrere Teile umfassen, die mechanisch miteinander verbunden sind.

An seinem brennraumnahen Ende weist das Ventilele- ment 8 eine Spitze 9 mit einer Dichtkante auf, die dichtend an einer Dichtfläche des Gehäuses zur An ^¬ lage kommt, um einen Ventilsitz 11 zu bilden. Wenn die Dichtkante an der Spitze 9 des Ventilelements 8 an der zugehörigen Dichtfläche anliegt, dann ist der Ventilsitz 11 geschlossen und somit eine Verbindung zu Spritzlöchern 12, 13 unterbrochen. Wenn die Spitze 9 mit ihrer Dichtkante von der zugehörigen Dichtfläche an dem Düsenkörper 5 abhebt, dann strömt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff an dem Ventilsitz 11 vorbei zu den Spritzlöchern 12, 13, aus denen der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

In der Nähe des Ventilsitzes 11 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Führungsabschnitt 14 an dem Ventilelement 8 ausgebil ^¬ det. Der Führungsabschnitt 14 ist mit Abflachungen versehen, die den Durchtritt von Kraftstoff ermög- liehen. Durch den Führungsabschnitt 14 ist das Ventilelement 8 an seinem brennraumnahen Ende in dem Düsenkörper 5 geführt. Der brennraumnahe Führungsabschnitt 14 ist durch einen Verbindungsabschnitt 16 einstückig mit einem brennraumfernen Führungsab-

schnitt 18 verbunden, durch den das Ventilelement 8 an seinem brennraumfernen Ende in einem Führungsstück 22 geführt ist. Die brennraumferne Stirnseite des Führungsabschnitts 18 des Ventilelements 8 be- grenzt in dem Führungsstück 22 einen Steuerraum 20.

Das Führungsstück 22 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, hohlen Kreiszylindermantels, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurch- messer des Gehäuses 2 ist. An seinem brennraumnahen Ende ist das Führungsstück 22 offen. In radialer Richtung zwischen dem Führungsstück 22 und dem Haltekörper 4 ist ein Führungsringraum 24 ausgebildet, der über eine Hochdruckleitung 25 mit einer exter- nen Kraftstoff-Hochdruckquelle 26 in Verbindung steht .

Zum Brennraum hin geht der Führungsringraum 24 einen Ventilringraum 28 über, der in radialer Rich- tung zwischen dem Ventilelement 8 und dem Haltekörper 4 beziehungsweise dem Düsenkörper 5 ausgebildet ist. Der Ventilringraum 28 stellt ein internes Speichervolumen dar. Durch ein Dichtelement 30 ist der Ventilringraum 28 von dem Führungsringraum 24 getrennt. Das Dichtelement 30 wird von einem Dichtring mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet, der in radialer Richtung zwischen dem brennraumnahen Ende des Führungsstücks 22 und dem Haltekörper 4 eingespannt ist.

Der Ventilringraum 28 steht über ein Durchgangsloch 32 mit dem Führungsringraum 24 in Verbindung. Das Durchgangsloch 32 erstreckt sich in radialer Richtung von dem Führungsringraum 24 radial nach innen

in mindestens eine Aussparung 34, 35 hinein, die einen Freiraum zwischen dem Ventilelement 8 und dem Führungsstück 22 darstellt. Bei der Aussparung 34, 35 kann sich um einen Verbindungsringraum handeln, der dadurch entsteht, dass der Außendurchmesser des Verbindungsabschnitts 16 kleiner als der Innendurchmesser des Führungsstücks 22 ist. Bei den Aussparungen 34, 35 kann es sich aber auch um Längsnuten handeln, die an dem Ventilelement 8 ausgebildet sind. Wesentlich ist, dass die Aussparungen 34, 35 eine Strömungsverbindung zwischen dem Durchgangsloch 32 und dem Ventilringraum 28 schaffen.

Das Durchgangsloch 32 stellt eine Schließdrossel oder Schließdrosselstelle dar, die sicherstellt, dass der Druck in dem Ventilraum 28 etwas geringer als der Druck in dem Führungsringraum 24 ist. Dadurch wird eine Schließbewegung des Ventilelements 8 sichergestellt.

Der Führungsringraum 24 steht über eine Zulaufdrossel 36 mit dem Steuerraum 20 in Verbindung. Dadurch gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Führungsringraum 24 in den Steuerraum 20. Der Druck in dem Steuerraum 20 kann mit Hilfe eines Schaltventils 40 über eine Rücklaufleitung 42 in einen Niederdruckbereich entlastet werden, um eine öffnungsbewegung des Ventilelements 8 zu bewirken. An dem Ventilelement 8 ist ein Bund 44 ausgebildet, an dem eine Schließfeder 45 angreift, die zwischen dem Bund 44 und der brennraumnahen Stirnseite des Führungsstücks 22 eingespannt ist. Durch eine Vor ^¬ spannkraft der Schließfeder 45 wird das Ventilele-

ment 8 in seine Schließstellung vorgespannt, in welcher der Ventilsitz 11 geschlossen ist.

Bei einer Ansteuerung des am brennraumfernen Ende des Gehäuses 2 angeordneten Schaltventils 40 sinkt der Druck im Steuerraum 20 ab, so dass das Ventilelement 8 öffnet, wobei Kraftstoff durch die Spritzlöcher 12, 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zum Beenden der Einspritzung schließt das Schaltventil 40, wodurch der Druck im Steuerraum 20 wieder auf Systemdruck ansteigt .

Als Systemdruck wird der Hochdruck bezeichnet, der durch die Kraftstoff-Hochdruckquelle 26 bereitgestellt wird. Der Druckanstieg in dem Steuerraum 20 bewirkt, dass das Ventilelement 8 schließt. Durch das eine Schließdrossel darstellende Durchgangsloch 32 wird sichergestellt, dass der Druck in dem Ven- tilringraum 28 etwas geringer als der Druck in dem Steuerraum 20 ist. Dadurch wird eine hydraulische Schließkraft erzeugt und die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements 8 erhöht.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das brennraumnahe Ende des Ventilelements 8 mit einem Führungsabschnitt 53 in einer Führungshülse 54 geführt, die durch eine Feder 55 in Anlage an dem Düsenkörper 5 gehalten wird. Die Führungs- hülse 54 ist mit radial verlaufenden Durchgangslöchern versehen, die den Durchtritt von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff ermöglichen.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine sitznahe Zentrierung des relativ langen Ventilelements 8 direkt in dem Düsenkörper 5 vorgeschlagen. Da eine Zentrierung im Gegensatz zu einer Führung nur einen Bereich geringer Länge mit hochgenauem Spiel aufweist, ist sie deutlich einfacher zu fertigen und zu messen. Die Zentrierung liefert darüber hinaus den Vorteil, dass sie auch sehr sitznah und damit tief im Düsenkörper herge- stellt werden kann. In der Nähe des Ventilsitzes 11 ist an der Spitze 9 des Ventilelements 8 ein Zentrierbund 64 ausgebildet, der an dem Düsenkörper 5 anliegt .

Um einen möglichst guten Winkelausgleich zu ermöglichen, kann der Zentrierbund 64 außen eine ballige Form aufweisen. Zur Zentrierung genügt ein enges Spiel an einer axialen Stelle. Durch den Zentrierbund 64 kann der Ventilsitz 11 des Ventilelements 8 exakt in dem Düsenkörper 5 ausgerichtet werden. Der Zentrierbund 64 kann, da nur ein sehr kurzer Bereich, der kleiner als ein Millimeter sein kann, mit einem hochgenauen Spiel erforderlich ist, sehr sitznah platziert werden. An dem Zentrierbund 64 sind Strömungsverbindungen in Form von Abflachungen vorgesehen, die den Durchtritt von Kraftstoff ermöglichen.

Der Zentrierbund 64 ist über einen Verbindungsab- schnitt 66 mechanisch mit einem Gelenkabschnitt 68 verbunden, der einen geringeren Durchmesser und somit auch eine geringere seitliche Biegesteifigkeit als der Verbindungsabschnitt 66 aufweist. Durch den stark reduzierten Durchmesser in dem Gelenkab-

schnitt 68 können Verspannungen und Winkelfehler des Ventilelements 8 durch eine Auslenkung in Folge von Fertigungsungenauigkeiten gering gehalten werden. Auf den Gelenkabschnitt 68 folgt unmittelbar der brennraumferne Führungsabschnitt 18. Durch die Durchmesserreduzierung in dem Gelenkabschnitt 68 wird darüber hinaus ein Freiraum 70 geschaffen, der den Durchtritt von Kraftstoff von dem Durchgangs ^¬ loch 32 in den Ventilringraum 28 ermöglicht.

Das Injektorgehäuse 2 umfasst den Haltekörper 4, der auch als Injektorkörper 4 bezeichnet wird, und den Düsenkörper 5. Das Ventilelement 8 hat gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung nur eine sitznahe Zentrierung durch den Zentrierbund 64 und keine weitere Führung in dem Injektorgehäuse 2. Besonders vorteilhaft ist dies in Verbindung mit dem Gelenkabschnitt 68 im Ventilelement 8, der unmit ^¬ telbar auf den Führungsabschnitt 18 folgt, mit dem das Ventilelement 8 mit seinem brennraumfernen Ende in dem Führungsstück 22 geführt ist. Besonders vor ^¬ teilhaft ist dies bei einem langen Ventilelement 8, das sich durch das im Injektorkörper 4 ausgebildete interne Speichervolumen hindurch erstreckt und mit seinem brennraumfernen Ende nur mit dem Führungsabschnitt 18 in dem Führungsstück 22 geführt ist. Die Schließdrossel kann dabei, wie gezeigt, in dem Füh ^¬ rungsstück 22 oder am Zentrierbund 64 ausgebildet sein .