Beschreibung Kraftstoffinjektor

Injektorgehäuse, das einen Druckraum umfasst, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in einem Steuerraum mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung in einen Druckentlastungsraum entspannt wird.

Stand der Technik

Zur Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren können hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzsysteme eingesetzt werden, bei denen der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffin- jektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der auch bei hohen Einspritzdrücken eine hohe Lebensdauer aufweist.

Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Druckraum umfasst,

aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn der Druck in einem Steuerraum mit Hilfe einer Steuerventileinrichtung in einen Druckentlastungsraum entspannt wird, dadurch gelöst, dass der Injektor einen Niederdruckzulauf aufweist, der über einen Spülpfad, der durch den Druckentlastungsraum verläuft, mit einem Niederdruckrücklauf in Verbindung steht. über den Spül- pfad können temperaturkritische Bereiche des Injektors in dem Druckentlastungsraum gekühlt werden. Dadurch können höhere Einspritzdrücke als bei herkömmlichen Injektoren realisiert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spülpfad an Teilen der Steuerventileinrichtung und/oder eines Aktors entlang oder vorbei verläuft. Zur Erzielung höchster Einspritzdrücke können Kraftstoffinjektoren leckagereduziert oder leckagefrei ausgeführt werden, indem auf eine Niederdruckstufe verzichtet wird. Dadurch kann die Rücklaufmenge des Injektors deutlich reduziert werden. Es verbleibt im Wesentlichen die Steuermenge des Ser- vokreislaufs, die jedoch sehr hohe Temperaturen aufweist, da die Steuermenge über eine Ablaufdrossel vom Systemdruck entspannt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass insbesondere bei Injektorbauformen, bei denen die Steuerventileinrichtung und der zugehörige Aktor im Injektorkopf angeordnet sind, der zulässige Temperaturbereich im Kopfbereich überschritten wird. Im Kopfbereich ist die Wärmeabgabe über das Injektorgehäuse gering. Dadurch wird die Lebensdauer der

Aktoren, zum Beispiel Magnetaktoren oder Piezostel- ler, reduziert. Durch den erfindungsgemäßen Spülpfad können temperaturkritische Teile der Steuerventileinrichtung und/oder des Aktors, zumindest teilweise, gezielt gekühlt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckzulauf und der Niederdruckrück- lauf an das brennraumferne Ende des Injektorgehäuses angeschlossen sind. Das brennraumferne Ende des Injektorgehäuses wird auch als Injektorkopf bezeichnet. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffin- jektor sind die Steuerventileinrichtung und/oder der Aktor vorzugsweise in dem Injektorkopf angeordnet .

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum und der Druckentlastungsraum über einen Verbindungskanal miteinander in Verbindung stehen, der durch ein Ventilstück verläuft, an dem entlang oder vorbei der Spülpfad verläuft. Der Verbindungskanal ist durch einen Schließkörper der Steuerventileinrichtung verschließbar.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal in dem Ventilstück eine Ablaufdrossel aufweist, wobei der Spülpfad an dem Bereich des Ventilstücks entlang oder vorbei verläuft, in welchem die Ablaufdrossel angeordnet ist. über die Ablaufdrossel wird beim öffnen der Steuer-

ventileinrichtung eine Steuermenge in den Druckentlastungsraum entspannt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spülpfad an dem Mündungsbereich, in welchem der Verbindungskanal in den Druckentlastungsraum mündet, entlang oder vorbei verläuft. Das liefert den Vorteil, dass der durch die Ablaufdrossel erwärmte Kraftstoff sofort mit kühlem Kraftstoff vermischt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungsraum mit einem Aktoraufnahmeraum in Verbindung steht, in dem ein Aktor angeordnet ist, an dem entlang oder vorbei der Spülpfad verläuft. Bei dem Aktor handelt es sich vorzugsweise um den Anker eines Magnetventils, der mit einem Elektromagneten der Steuerventileinrichtung zusammenwirkt. Bei dem Aktor kann es sich aber auch um einen Piezoaktor handeln.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinj ektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor an einer Ventilnadel befestigt ist, an der entlang oder vorbei der Spülpfad verläuft. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Kühlung der Ventilnadel ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilnadel ein Schließkörper angebracht ist, an dem entlang oder vorbei der Spülpfad

verläuft. Der Schließkörper dient dazu, den Verbindungskanal zu verschließen und gezielt freizugeben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er- findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die beiliegende Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungemäßen Kraftstoffinjektors im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der beiliegenden Figur ist ein Kraftstoffinjek- tor 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 wird aus einem Hochdruckspeicherraum beziehungsweise einer Kraftstoffhochdruckquelle 2 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. über eine Zuleitung 3 ist der Kraftstoffinjektor 1 an den Hochdruckspeicherraum 2 ange- schlössen. Die Zuleitung 3 mündet im Innern des Kraftstoffinjektors 1 in einen Hochdruckverbindungsraum 4, der von einem Injektorgehäuse 6 umschlossen ist.

Das Injektorgehäuse 6 umfasst einen Injektorkörper 7 und einen Düsenkörper 8, der eine zentrale Führungsbohrung 9 aufweist. In der Führungsbohrung 9 ist eine Düsennadel 10 hin und her bewegbar geführt. Die Düsennadel 10 weist eine Spitze 11 auf,

die eine Strömungsverbindung zwischen Spritzlöchern 12, 13 und einem Druckraum 15 öffnet oder verschließt, wenn sich die Düsennadel 10 vom Brennraum weg oder zum Brennraum hin bewegt.

An der Düsennadel 10 ist eine Druckschulter 14 ausgebildet, die in dem Druckraum 15 angeordnet ist. Außerdem sind an der Düsennadel 10 Abflachungen 17, 18 vorgesehen, die den Durchtritt von Kraftstoff aus dem Hochdruckverbindungsraum 4 in den Druckraum 15 ermöglichen.

Das brennraumferne Ende der Düsennadel 10 begrenzt einen Steuerraum 22, der über einen Verbindungska- nal 24, in dem eine Zulaufdrossel angeordnet ist, mit dem Hochdruckverbindungsraum 4 in Verbindung steht. über den Verbindungskanal 24 mit der Zulaufdrossel wird der Steuerraum 22 mit Kraftstoff gefüllt, der mit Hochdruck beaufschlagt ist. Der Steuerraum 22 ist in einem Ventilstück 26 ausgespart, das einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Der Verbindungskanal 24 erstreckt sich durch ein Teil des Ventilstücks 26. Ein weiterer Verbindungskanal 29, der mit einer Ablaufdrossel 30 ausgestattet ist, erstreckt sich durch das Ventilstück 26 von dem Steuerraum 22 zu einem Druckentlastungsraum 28. Der Mündungsbereich des Verbindungskanals 29 ist durch einen Schließkörper 32 verschließbar, der zu einer Steuerventileinrichtung 34 gehört. Die Steuerventileinrichtung 34 dient dazu, die öffnungsbewegung der Düsennadel 10 zu steuern .

Der Schließkörper 32 ist an dem brennraumnahen Ende einer Ventilnadel 36 angeordnet, die fest mit einem Aktor 38 verbunden ist. Bei dem Aktor 38 handelt es sich um einen Anker, der mit einer Spule 39 eines Elektromagneten 40 zusammenwirkt. Der Anker 38 ist durch eine Rückstellfeder 42 so vorgespannt, dass der Schließkörper 32 den Verbindungskanal 29 mit der Ablaufdrossel 30 verschließt. Wenn die Spule 39 bestromt wird, dann zieht der Elektromagnet 40 den Anker 38 an, so dass der Schließkörper 32, der hier als Kugel ausgeführt ist, von einem zugehörigen Sitz abhebt und den Verbindungskanal 29 mit der Ablaufdrossel 30 freigibt. Dann wird der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in dem Steuerraum 22 in den Druckentlastungsraum 28 entspannt.

Die Steuerventileinrichtung 34 mit dem Anker 38 ist in dem brennraumfernen Ende 44 des Kraftstoffinjek- tors 1 untergebracht, das auch als Injektorkopf o- der Injektorgehäusekopf 44 bezeichnet wird. Bei herkömmlichen Kraftstoffinjektoren steht der Druckentlastungsraum 28 über eine Rücklaufleitung mit einem Kraftstofftank in Verbindung. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird zur Lösung des Temperaturproblems eine Kühlung von temperaturkritischen Bereichen im Injektorkopf 44 durch einen Niederdruckkreis des Einspritzsystems vorgeschlagen. Der Kraftstoff wird dazu auf der Niederdruckseite zu dem Injektor 1 geführt, durchspült den In- jektor 1 und wird anschließend im Rücklauf zurückgeführt. Dadurch ist es möglich, kritische Bereiche, insbesondere den Injektorkopf 44 mit der Steuerventileinrichtung 34, zu kühlen. Der Kraftstoff kann dabei im Kreislauf von einer Niederdruckpumpe

der Reihe nach durch sämtliche Injektoren eines Einspritzsystems geführt werden, um den Aufwand der Leitungsführung gering zu halten. Alternativ kann jeder Injektor mit einem Zulauf und einem Rücklauf ausgestattet werden.

Der mit Niederdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dem Injektorkopf 44 über einen Niederdruckzulauf 45 in Form eines Kühlstroms zugeführt, der auch als Spülstrom oder Spülpfad bezeichnet wird. über Durchgangslöcher 47, 48 gelangt der niederdruckbeaufschlagte Kraftstoff in den Druckentlastungsraum 28. Der Kühlstrom oder Spülpfad ist so geführt, dass kritische Stellen an dem Ventilstück 26, ins- besondere die Bereiche, in denen die Ablaufdrossel 30 untergebracht ist, gekühlt werden. Des Weiteren verläuft der Kühlstrom oder Spülpfad an dem Mündungsbereich des Verbindungskanals 29 in den Druckentlastungsraum 28 vorbei. Das liefert den Vorteil, dass der durch die Ablaufdrossel 30 erwärmte Kraftstoff sofort mit kühlem Kraftstoff vermischt wird.

Der Kühlstrom oder Spülpfad verläuft durch ein weiteres Durchgangsloch 50 von dem Druckentlastungs- räum 28 in einen Ankeraufnahmeraum 52, in dem der Anker 38 aufgenommen ist. Von dem Ankeraufnahmeraum 52 gelangt der Kühlstrom über einen Rückstellfederaufnahmeraum 54, in dem die Rückstellfeder 42 angeordnet ist, in einen Niederdruckrücklauf 56.

Die öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 10 wird durch Steuerventileinrichtung 34 gesteuert. Die zugehörige Steuerung mit den Drosseln in den Verbindungskanälen 24 und 29 wird auch als Ser-

vosteuerung bezeichnet. Beim öffnen der Steuerventileinrichtung 34 strömt erhitzter Kraftstoff aus dem Steuerraum 22 durch den Verbindungskanal 29 und die Ablaufdrossel 30 in den Druckentlastungsraum 28. Der erhitzte Kraftstoff vermischt sich in dem Druckentlastungsraum 28 mit dem Kühlstrom.

Als Niederdruck wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein deutlich geringerer Druck als der Hoch- druck bezeichnet, der von der Kraftstoffhochdruckquelle 2 bereitgestellt wird und in dem Hochdruckverbindungsraum 4 und in dem Druckraum 15 herrscht. Der Niederdruck wird über den Niederdruckzulauf 45 bereitgestellt. Zwischen dem Niederdruckzulauf 45 und dem Niederdruckrücklauf 56 herrscht ein Druckgefälle, durch das ein Kühlstrom entlang des Spülpfades durch den Injektorkopf 44 bewirkt wird. Der Niederdruckrücklauf 56 ist zum Beispiel an einem Kraftstofftank angeschlossen.