Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Pilotventil zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein aus der DE 10 2011 051 903 AI bekannter Kraftstoff-Einspritzinjektor weist ein Pilotventil mit einer Ankerstange auf, die bei elektromagnetischer Betätigung des Pilotventils angehoben wird, woraufhin eine Düsennadel des Kraftstoff-Einspritzinjektors aus ihrem Dichtsitz angehoben wird und Kraftstoff austritt. Die Ankerstange ist in einer Führungsbohrung in einem Pilotventilgehäuse axial verschieblich geführt. An die Führungsbohrung schließt sich ein Übergangsraum größeren Durchmessers an, der von einer Steuerraumbuchse mit einem darin eingebrachten Drosselkanal begrenzt ist. Die Ankerstange beaufschlagt einen Schließkörper in eine Schließposition, der den Drosselkanal in der Steuerraumbuchse verschließt. Bei einer elektromagnetischen Betätigung wird die Ankerstange angehoben, und es kann Kraftstoff, der unter einem hohen Druck steht, aus einem Steuerraum in der Steuerraumbuchse über den Drosselkanal in den Übergangsraum strömen. Dieser Anteil des Kraftstoffs, der eine

Steuerleckage bildet, kann über Leckagebohrungen aus dem Übergangsraum abgeführt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Kraftstoff-Einspritzinjektor betriebssicher auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Der erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzinjektor, mit dem Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, weist ein Pilotventil zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel auf, die zur Durchführung des Einspritzvorganges aus ihrem Dichtsitz angehoben wird, woraufhin Kraftstoff über eine Einspritzdüse des Einspritzinjektors austreten kann. Das Pilotventil weist einen Anker mit einer Ankerstange auf, wobei der Anker vorzugsweise auf elektromagnetischem Weg für den Einspritzvorgang angehoben werden kann. Die Ankerstange ist in einer Führungsbohrung in einem Pilotventilgehäuse geführt und kann axial - bezogen auf die Längsachse des Kraftstoff-Einspritzinjektors einschließlich Düsennadel und Ankerstange - in der Führungsbohrung verstellt werden. Die Ankerstange ist vorzugsweise von einem Federelement kraftbeaufschlagt, gegen dessen Federkraft die Ankerstange bei elektromagnetischer Aktuierung angehoben wird. Zur Aktuierung ist vorzugsweise ein elektromagnetischer Aktor in das Gehäuse des Pilotventils integriert, bei dessen Bestromung der Anker des Pilotventils angehoben wird.

Die Führungsbohrung, in der die Ankerstange axial geführt ist, grenzt an einen Übergangsraum an, der sich vorzugsweise ebenfalls in dem Pilotventilgehäuse befindet und der auf der der Ankerstange gegenüberliegenden Seite von einer Steuerraumbuchse begrenzt ist. Der

Übergangsraum liegt vorteilhafterweise in Randbereich des Pilotventilgehäuses. In die

Steuerraumbuchse ist ein Drosselkanal eingebracht, der insbesondere axial verläuft und einen Steuerraum innerhalb der Steuerraumbuchse mit dem Übergangsraum verbindet. Der

Drosselkanal ist von einem verstellbaren Schließkörper zu verschließen, der von der

Ankerstange in die Schließposition beaufschlagbar ist. Mit dem Anheben der Ankerstange bei Aktuierung des Pilotventils gegen die Kraft eines auf die Ankerstange wirkenden

Federelementes gibt der Schließkörper den Drosselkanal frei, wodurch eine

Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und dem Übergangsraum geschaffen wird und Kraftstoff, der unter Hochdruck steht, aus dem Steuerraum in den Übergangsraum strömen kann. Daraufhin wird die Düsennadel aus ihrem Dichtsitz angehoben und kann Kraftstoff über die Einspritzdüse austreten.

Der Kraftstoff, der während des Anhebens der Ankerstange aus dem Steuerraum in den

Übergangsraum strömt, bildet eine Steuerleckage, die vorzugsweise über einen Ableitungskanal zur Niederdruckseite des Kraftstoff-Einspritzinjektors abgeleitet wird. Um zu vermeiden, dass insbesondere während der Dauer des Einspritzvorgangs der Leckagekraftstoff sich in den Ringspalt zwischen der Führungsbohrung und der Ankerstange axial ausbreitet und aufgrund der verhältnismäßig hohen Temperatur und des Drucks einen Belag an der Innenwand der

Führungsbohrung bzw. dem Außenmantel der Ankerstange bildet, ist in dem Übergangsraum im Übertragungsweg zum Schließkörper ein axial verstellbares Übertragungsglied angeordnet, das bei geöffnetem Drosselkanal in der Steuerraumbuchse die Führungsbohrung verschließt. Damit ist gewährleistet, dass der unter hohem Druck stehende Leckagekraftstoff, der während des Anhebens der Ankerstange in den Übergangsraum strömt, sich nicht in die Führungsbohrung hinein ausbreiten kann, so dass eine Belagsbildung an der Innenwand der Führungsbohrung bzw. dem Außenmantel der Ankerstange zuverlässig verhindert wird.

Befindet sich dagegen die Ankerstange im nicht-aktuierten Zustand, in welchem die Ankerstange durch die Kraft des Federelementes in die Dichtposition kraftbeaufschlagt ist, wird der

Schließkörper in die Schließposition zum Verschließen des Drosselkanals verstellt, so dass kein Kraftstoff vom Steuerraum über den Drosselkanal in den Übergangsraum strömen kann. Das Übertragungsglied befindet sich in dieser Position zwar nicht mehr in seiner die

Führungsbohrung verschließenden Stellung; da jedoch der Drosselkanal in der

Steuerraumbuchse vom Schließkörper verschlossen ist, kann keine Steuerleckage in den

Übergangsraum und weiter in die Führungsbohrung strömen. Das Übertragungsglied befindet sich im Übertragungsweg von der Ankerstange zu dem

Schließkörper, der in der Schließposition den Drosselkanal in der Steuerraumbuchse verschließt. Das Übertragungsglied schließt sich vorteilhafterweise axial an die Ankerstange an. Die

Schließkräfte, die von dem Federelement auf die Ankerstange ausgeübt werden, werden von der Ankerstange über das Übertragungsglied auf den Schließkörper geleitet, der hierdurch in die Schließposition zum Verschließen des Drosselkanals beaufschlagt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Übertragungsglied als ein separat von der

Ankerstange ausgeführtes Bauteil ausgebildet, das an die Stirnseite der Ankerstange angrenzt. Es besteht vorteilhafterweise keine feste Verbindung zwischen der Ankerstange und dem

Übertragungsglied. Das Übertragungsglied wird von der Stirnseite der Ankerstange in Richtung der Schließposition des Schließkörpers beaufschlagt. Beim Anheben der Ankerstange und dem Öffnen des Drosselkanals wird das Übertragungsglied vom Druck der Steuerleckage, die in den Übergangsraum einströmt, in die die Führungsbohrung verschließende Position verstellt, so dass die Steuerleckage daran gehindert ist, in die Führungsbohrung einzuströmen. Die Ableitung der Steuerleckage aus dem Übergangsraum erfolgt über den Ableitungskanal in Richtung der Niederdruckseite des Kraftstoffes.

In einer alternativen Ausführung ist das Übertragungsglied entweder einteilig mit der

Ankerstange ausgebildet oder separat von der Ankerstange ausgebildet, jedoch fest mit der Ankerstange verbunden. In dieser Ausführung wird das Übertragungsglied bei nicht-aktuiertem Pilotventil durch das Federelement in gleicher Weise wie die Ankerstange in Richtung der Schließposition des Schließkörpers verstellt. Mit dem Aktuieren des Pilotventils wird die Ankerstange gegen die Kraft des Federelementes angehoben, ebenso das Übertragungsglied, das einteilig mit der Ankerstange ausgeführt oder fest mit der Ankerstange verbunden ist. Zusätzlich wirkt der Druck der Steuerleckage, die in den Übertragungsraum einströmt, auf das

Übertragungsglied und beaufschlagt dieses in Richtung des Verschließens der Führungsbohrung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung liegt das Übertragungsglied bei geöffnetem Drosselkanal auf der Mündungsöffnung der Führungsbohrung in den Übergangsraum auf. Vorteilhafterweise besitzt der Übergangsraum in Radialrichtung - radial zur Längsachse des Kraftstoff- Einspritzinjektors - eine größere Erstreckung als die Führungsbohrung, so dass die

Mündungsöffnung der Führungsbohrung von einem Rand begrenzt ist, der Teil der Innenwand des Übergangsraums ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Übertragungsglied einen

Auflagekragen auf, der in der Schließposition des Übertragungsglieds auf dem die

Mündungsöffnung der Führungsbohrung begrenzenden Rand aufliegt. Diese Ausführung lässt sich in konstruktiver Weise einfach realisieren und erlaubt es, bei angehobener Ankerstange des Pilotventils die Mündungsöffnung der Führungsbohrung durch das Übertragungsglied zu verschließen, so dass sich keine Steuerleckage axial in die Führungsbohrung ausbreiten kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung besitzt der Auflagekragen einen

Außendurchmesser, der den Innendurchmesser der Führungsbohrung um mindestens 20 % übersteigt. Mit diesem Größenverhältnis ist sichergestellt, dass das Übertragungsglied bei angehobener Ankerstange die Führungsbohrung sicher verschließt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der die Mündungsöffnung der

Führungsbohrung begrenzende Rand als eine erhöhte Ringwulst ausgebildet, auf der der

Auflagekragen des Übertragungsglieds zum Verschließen der Führungsbohrung aufliegt. Der Außendurchmesser der Ringwulst kann beispielsweise zumindest annähernd dem

Außendurchmesser des Auflagekragens entsprechen. Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Außendurchmesser des Auflagekragens mindestens um 30 % größer als der Außendurchmesser des Übertragungsglieds auf der der Steuerraumbuchse zugewandten Seite. Dieser Größenunterschied im

Außendurchmesser stellt sicher, dass das Übertragungsglied eine ausreichend große

Angriffsfläche für die Steuerleckage bietet, so dass die in den Übergangsraum eintretende Steuerleckage das Übertragungsglied effektiv mit Druck in Richtung des Schließens der Führungsbohrung beaufschlagt.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Übertragungsglied auf der der Ankerstange zugewandten Seite einen Zapfen auf, der vorzugsweise in allen Stellungen der Ankerstange in die Führungsbohrung hineinragt. Über den Zapfen in der Führungsbohrung ist das Übertragungsglied sicher und präzise in Achsrichtung zwischen der Schließposition zum Verschließen der Führungsbohrung und der Öffnungsposition geführt. Die axiale Länge des Zapfens beträgt beispielsweise mindestens 30 % der axialen Gesamtlänge des

Übertragungsgliedes, um die gewünschte sichere Führung zu gewährleisten.

Der Zapfen des Übertragungsglieds kann gegebenenfalls einen zumindest geringfügig größeren Durchmesser aufweisen als der der Steuerraumbuchse zugewandte Abschnitt des

Übertragungsglieds.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der

Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Pilotventils, das über ein Übertragungsglied einen Schließkörper in eine

Schließposition beaufschlagt, in der ein Drosselkanal in einer Steuerraumbuchse verschlossen ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung aus dem Bereich des Übertragungsglieds.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 zu entnehmen, weist der Kraftstoff-Einspritzinjektor 1 in einem Pilotventilgehäuse 2 ein Pilotventil 3 auf, das einen Anker 4 und eine fest mit dem Anker 4 verbundene Ankerstange 5 umfasst, welche in einer Führungsbohrung 6 im Pilotventilgehäuse 2 axial verschieblich - bezogen auf die Längsachse 8 des Kraftstoff-Einspritzinjektors 1 - gelagert ist. Das Pilotventil 3 ist elektromagnetisch aktuierbar ausgebildet, wobei im Falle einer Aktuierung der Anker 4 mit der fest verbundenen Ankerstange 5 gegen die Kraft eines

Federelementes 7, die eine Pilotventilfeder bildet, nach oben gezogen wird. Die Aktuierung wird mittels eines elektromagnetischen Aktors durchgeführt, der in das Pilotventilgehäuse 2 des Kraftstoff-Einspritzinjektors 1 integriert ist und bei dessen Bestromung der Anker 4 des

Pilotventils 3 angehoben wird. Im nicht-aktuierten Zustand werden Anker 4 und Ankerstange 5 durch die Kraft des Federelementes 7 nach unten in Richtung einer Schließposition gedrückt, in der ein Drosselkanal 10 in einer Steuerraumbuchse 9 strömungsdicht verschlossen ist. Hierbei beaufschlagt die Ankerstange 5 ein Übertragungsglied 12, das sich an der Stirnseite der

Ankerstange 5 befindet, gegen einen Schließkörper 11 in Form einer Schließkugel, die in einer Vertiefung an der zugewandten Stirnseite der Steuerraumbuchse 9 im Bereich der

Mündungsöffnung des Drosselkanals 10 sitzt. Der Drosselkanal 10 in der Steuerraumbuchse 9 ist somit bei nicht-aktuiertem Pilotventil 3 von dem Schließkörper 11 strömungsdicht verschlossen. Bei aktuiertem Pilotventil 3 befindet sich dagegen die Ankerstange 5 in der angehobenen Öffnungsposition.

Die Steuerraumbuchse 9 liegt in einem Hochdruckraum 13, der in einem Düsenkörper 14 gebildet ist, welcher sich an das Pilotventilgehäuse 2 anschließt. Das Pilotventilgehäuse 2 und der Düsenkörper 14 sind über eine Spannmutter 15 miteinander verbunden. Der Kraftstoff strömt über eine Hochdruckversorgungsleitung 16 in den Hochdruckraum 13 und gelangt von diesem in einen Steuerraum innerhalb der Steuerraumbuchse 9, wobei der Steuerraum mit dem

Drosselkanal 10 kommuniziert und über den Drosselkanal 10 mit einem Übergangsraum 17 verbunden ist, der sich axial an die Führungsbohrung 6 anschließt und sich an der dem

Düsenkörper 14 zugewandten Randseite des Pilotventilgehäuses 2 befindet. Das

Übertragungsglied 12 ist größtenteils im Übergangsraum 17 angeordnet. Der Übergangsraum 17 ist mit einem Ableitungskanal zum Ableiten von Kraftstoff verbunden, der in den

Übergangsraum 17 einströmt. Über den Ableitungskanal erfolgt eine Ableitung des Kraftstoffes vom Übergangsraum 17 zur Niederdruckseite.

Mit dem Anheben der Ankerstange 5 bei Aktuierung des Pilotventils 3 gegen die Kraft des auf die Ankerstange 5 wirkenden Federelementes 7 gibt der Schließkörper 11 den Drosselkanal 10 frei, wodurch eine Strömungs Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Übergangsraum 17 geschaffen wird und Kraftstoff, der unter Hochdruck steht, aus dem Steuerraum in den

Übergangsraum 17 strömen kann. Daraufhin wird eine Düsennadel aus ihrem Dichtsitz angehoben und kann Kraftstoff über eine Einspritzdüse austreten. Das Übertragungsglied 12 weist auf der der Ankerstange 5 zugewandten Seite einen Zapfen 19 auf, der in die Führungsbohrung 6 hineinragt. Zwischen dem Zapfen 18 und dem Hauptkörper des Übertragungsglieds 12 befindet sich ein Auflagekragen 19, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Führungsbohrung 6 und bei angehobener Ankerstange 5 die Mündungsöffnung der Führungsbohrung 6 in den Übergangsraum 17 verschließt. Der

Hauptkörper 20 des Übertragungsglieds 12 liegt dem Zapfen 18 gegenüber und befindet sich innerhalb des Übergangsraums 17. An der Spitze des Hauptkörpers 20 weist das

Übertragungsglied 12 auf der der Steuerraumbuchse 9 zugewandten Seite eine Aufnahme 21 zur Aufnahme des kugelförmigen Schließkörpers 11 auf. Der Zapfen 18 ragt in allen Positionen der Ankerstange 5 in die Führungsbohrung 6 hinein. Der Durchmesser des Zapfens 18 ist geringfügig größer als der Durchmesser des Hauptkörpers 20. Die axiale Länge des Zapfens 18 beträgt beispielsweise mindestens 30 % der axialen

Gesamtlänge des Übertragungsgliedes, bezogen auf Zapfen 18, Auflagekragen 19 und

Hauptkörper 20, und beispielsweise mindestens 20 % der axialen Gesamtlänge unter

Einbeziehung der Aufnahme 21. Die Aufnahme 21 kann entweder einteiliger Bestandteil des Übertragungsglieds 12 oder separat vom Übertragungsglied 12 ausgebildet, jedoch mit dem Übertragungsglied 12 verbunden sein.

Der die Mündungsöffnung der Führungsbohrung 6 begrenzende Rand, der Teil der Innenwand des Übergangsraums 17 ist, ist als eine erhöhte Ringwulst 22 ausgebildet (Fig. 2). Auf dieser Ringwulst 22 liegt der Auflagekragen 19 des Übertragungsgliedes 12 bei angehobener

Ankerstange 5 dichtend an und verhindert hierdurch einen Übertritt von Kraftstoff, der bei angehobener Ankerstange 5 und angehobenem Schließkörper 11 über den Drosselkanal 10 in den Übergangsraum 17 strömt, in die Führungsbohrung 6 hinein. Dieser Kraftstoff, der eine Steuerleckage bildet, kann sich somit bei angehobener Ankerstange 5 nicht vom Übergangsraum 17 axial in die Führungsbohrung 6 ausbreiten, so dass eine Belagsbildung an der Innenwand der Führungsbohrung 6 bzw. dem Außenmantel der Ankerstange 5 verhindert wird. Bei angehobener Ankerstange 5 wird das Übertragungsglied 12 durch den Druck des in den Übergangsraum 17 einströmenden Kraftstoffes aus der Dicht- bzw. Schließposition angehoben, so dass der Auflagekragen 19 dichtend gegen die Ringwulst 22 gedrückt wird. Die Anhebung Ankerstange 5 erfolgt durch Aktuierung des Pilotventils 3.

Sobald die Aktuierung beendet ist, wird die Ankerstange 5 durch die Kraft des Federelementes 7 wieder nach unten gedrückt, woraufhin über die Ankerstange 5 und der Schließkörper 11 in seine Schließstellung gepresst werden, in der der Drosselkanal 10 strömungsdicht verschlossen ist.