Zwischenplatte für einen Kraftstoffinjektor und Kraftstoffinjektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Zwischenplatte für einen Kraftstoffinj ektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Einspritzverhalten eines mit einer Zwischenplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgestatteten Kraftstof- finjektors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8, insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung von kleinen Einspritzmengen, zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe ist bei einer Zwischenplatte für einen Kraftstoffinjektor mit einem Hochdruckdurchgangsloch, das einen Hochdruckkanal, der in einem Ventilkörper vorgesehen ist und mit einem Kraftstoff- hochdruckspeicher in Verbindung steht, mit einem Hochdruckraum verbindet, der in einem Düsenkörper vorgesehen ist, wobei die Zwischenplatte zwischen dem Ventilkörper und dem Düsenkörper angeordnet

ist, dadurch gelöst, dass das Hochdruckdurchgangsloch einen Querschnittsverlauf aufweist, durch den die Strömung durch das Hochdruckdurchgangsloch vom Ventilkörper zum Düsenkörper hin verbessert und in entgegengesetzter Richtung vom Düsenkörper zum Ventilkörper hin verschlechtert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine Ursache für Instabilitäten bei Mehrfacheinspritzungen Druckschwingungen im Injektor sind. Druckschwingungen werden einerseits durch den Druckabfall während der Einspritzung und andererseits durch den Druckstoß beim Nadelschließvorgang hervorgerufen. Die Druckschwingungen verursachen eine Veränderung der Nadelkräfte, die wiederum zu Abweichungen der Einspritzmenge führen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung weist das Hochdruckdurchgangsloch keinen konstanten Querschnitt sondern einen Querschnittsverlauf auf, durch den die unerwünschten Druckschwingungen gedämpft wer- den.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zwischenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckdurchgangsloch an seinem dem Ventilkörper zugewand- ten Ende einen größeren Durchmesser als an seinem dem Düsenkörper zugewandten Ende aufweist. Das Hochdruckdurchgangsloch in der Zwischenplatte, die auch als Ventilplatte bezeichnet wird, wird gemäß der Erfindung als Dämpfungselement verwendet. Bei dem Hochdruckdurchgangsloch handelt es sich vorzugsweise um eine Bohrung, die so ausgeführt ist, dass eine Ausbreitung der Unterdruckwelle beim Nadelschließen behindert und das Nachströmen verbessert wird. Dadurch werden richtungsabhängige Strö-

mungsbeiwerte geschaffen, durch die das Dämpfungsverhalten optimal eingestellt werden kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zwischenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckdurchgangsloch konisch ausgebildet ist. Durch eine definierte Konizität können die Dämpfungseigenschaften des Hochdruckdurchgangslochs gezielt eingestellt werden. Dabei kommt es darauf an, den Kegelwinkel mit der Länge des Hochdruckdurchgangslochs abzustimmen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zwischenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckdurchgangsloch an seinem dem Ventilkörper zugewandten Ende eine Zylindersenkung aufweist. Durch die Abstimmung der unterschiedlichen Durchmesser mit den zugehörigen Längen können die Dämpfungseigenschaften des Hochdruckdurchgangslochs ge- zielt eingestellt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Zwischenplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckdurchgangsloch an seinem dem Ventilkörper zugewandten Ende eine Fase oder einen Radius aufweist. Dadurch wird der Strömungsbeiwert in Zuflussrichtung maximiert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zwischenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckdurchgangsloch an seinem dem Düsenkörper zugewandten Ende eine scharfe Kante aufweist. Dadurch wird der Strömungsbeiwert in Abflussrichtung minimiert .

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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Zwischenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte einteilig ausgebildet ist. Die Zwischenplatte kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein und mehrere Zwischenplattenelemente umfassen, die ein gemeinsames Hochdruckdurchgangsloch aufweisen .

Bei einem Kraftstoffinjektor mit einem Ventilkör- per, der einen Hochdruckkanal aufweist, der mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung steht, und mit einem Düsenkörper, der einen Hochdruckraum aufweist, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass eine vorab beschriebene Zwischenplatte zwischen dem Ventilkörper und dem Düsenkörper angeordnet ist.

Zeichnung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1 eine Teildarstellung eines herkömmlichen Kraftstoffinj ektors im Längsschnitt;

Figur 2 eine Teildarstellung durch einen Injektor im Längsschnitt mit einer Zwischenplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 3 eine Zwischenplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Schnitt und

Figur 4 eine Zwischenplatte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel im Schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Teil eines Kraftstoffeinspritz- ventils 1, das auch als Kraftstoffinjektor bezeichnet wird, im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 dient zum Einbau in eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ist hier als Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Düsenmodul und ein Ventilsteuermodul und ist mit einer hier ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit verbunden.

Das Ventilsteuermodul umfasst einen Ventilkörper 4 mit einem Hochdruckkanal 5. Der Hochdruckkanal 5 steht mit einem nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung und ist im Betrieb der Verbrennungsmaschine mit unter Hochdruck von bis zu 1,5 kg/bar stehendem Kraftstoff befüllt. Der Düsenmodul umfasst eine in einem Düsenkörper 8 angeord- nete und geführte Düsennadel, die zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine führende Einspritzdüsen des Kraftstoffeinspritzventils 1 steuert. Die Düsennadel umfasst an dem den Einspritzdüsen abgewandten Ende einen Ventilsteuerkolben, der in einer axialen Bohrung in dem Düsenkörper 8 hin und her bewegbar aufgenommen ist.

In dem Düsenkörper 8 ist ein Hochdruckraum 9 ausgebildet, der teilweise von einer Zwischendruckplatte

11 begrenzt wird, die zwischen dem Düsenkörper 8 und dem Ventilkörper 4 eingespannt ist. Die Zwischendruckplatte 11, die auch als Ventilplatte bezeichnet wird, umfasst ein Hochdruckdurchgangsloch 14, das durch die Zwischendruckplatte 11 hindurch verläuft und den Hochdruckkanal 5 des Ventilkörpers 4 mit dem Hochdruckraum 9 des Düsenkörpers 8 verbindet. Bei dem in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 wird das Hochdruckdurchgangsloch 14 von einer Bohrung gebildet, die einen konstanten Durchmesser aufweist.

Zur Erreichung niedriger Emissionswerte ist es erforderlich, mit einem Kraftstoffinjektor, wie er in Figur 1 teilweise dargestellt ist, kleine Kraftstoffmengen stabil abzusetzen. Insbesondere die Aufteilung in mehrere kleinere Einspritzungen in enger Abfolge gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, konstruktive Möglichkeiten zur Verbesserung der Mengenstabilität bei kurzen Einspritzabständen anzugeben .

Eine Ursache für Instabilität bei Mehrfacheinsprit- zungen sind Druckschwingungen im Injektor, die einerseits durch den Druckabfall während der Einspritzung und andererseits durch einen Druckstoß beim Nadelschließvorgang hervorgerufen werden. Die damit verbundenen Druckschwingungen verursachen ei- ne Veränderung der Nadelkräfte, die wiederum zu Abweichungen der Einspritzmenge führen. Die Druckschwingungen können durch eine geschickte Ausgestaltung der Strömungsverhältnisse im Hochdruckkreis bedämpft werden.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird das Hochdruckdurchgangsloch in der Zwischenplatte oder Ventilplatte als Dämpfungselement verwendet. Das Hochdruckdurchgangsloch wird so ausgeführt, dass eine Ausbreitung der Druckwelle beim Nadelschließvorgang behindert und das Nachströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal durch das Hochdruckdurchgangsloch im Hochdruckraum verbessert wird. Durch die damit verbundenen richtungsabhängi- gen Strömungsbeiwerte kann das Dämpfungsverhalten eingestellt werden.

In Figur 2 ist ein Teil eines Kraftstoffinjektors 21 im Längsschnitt dargestellt, der, wie der in Fi- gur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 1, einen Ventilkörper 24 mit einem Hochdruckkanal 25 und einen Düsenkörper 28 mit einem Hochdruckraum 29 aufweist. Zwischen dem Ventilkörper 24 und dem Düsenkörper 28 ist eine Zwischenplatte 31 eingespannt, die ein Hochdruckdurchgangsloch 34 aufweist. Das Hochdruckdurchgangsloch 34 hat an der Schnittstelle zwischen der Ventilplatte 31, die auch als Zwischenplatte bezeichnet wird, und dem Ventilkörper 24 den gleichen Durchmesser wie der Hochdruckkanal 25.

An dem dem Ventilkörper 24 zugewandten Ende des Hochdruckdurchgangslochs 34 ist eine Fase 36 ausgebildet. Anstelle der Fase 36 kann das dem Ventilkörper 24 zugewandte Ende des Hochdruckdurchgangs- lochs 34 auch verrundet und mit einem Radius 38 versehen sein. Durch die Fase 36 oder die Rundung mit dem Radius 38 wird der Strömungsbeiwert der Strömung in Zuflussrichtung, das heißt vom Hochdruckkanal 25 in den Hochdruckraum 29, maximiert.

In Abflussrichtung, das heißt von dem Hochdruckraum 29 in den Hochdruckkanal 25, ist der Strömungsbeiwert durch eine scharfe Kante 39 minimiert.

In Figur 3 ist ein Teil einer Zwischenplatte 41 im Schnitt dargestellt. Die Zwischenplatte 41 weist ein Hochdruckdurchgangsloch 44 auf, das mit einer Zylindersenkung 46 versehen ist. Das Hochdruckdurchgangsloch 44 weist auf einer Länge 47 einen relativ kleinen Innendurchmesser 48 auf. Die Zylindersenkung 46 weist auf einer Länge 49 einen deutlich größeren Innendurchmesser 50 auf. Die Länge 49 der Zylindersenkung 46 ist ebenfalls deutlich größer als die Länge 47 des Hochdruckdurchgangslochs 44. Durch die Zylindersenkung 46 sowie die Längen 47, 49 und die Durchmesser 48, 50 können die richtungsabhängigen Strömungsbeiwerte gezielt beein- flusst werden.

In Figur 4 ist ein Teil einer Zwischenplatte 51 im Schnitt dargestellt. Die Zwischenplatte 51 weist ein Hochdruckdurchgangsloch 54 auf, das als Konus 55 ausgebildet ist. Der Konus 55 weist an der Schnittstelle zu dem nicht dargestellten Ventilkör- per einen Durchmesser 56 auf, der größer als ein Durchmesser 57 ist, der an der Schnittstelle zum Düsenkörper angeordnet ist. Darüber hinaus weist die Zwischenplatte 51 ein weiteres Durchgangsloch

64 auf, das ebenfalls die Gestalt eines Konus 65 hat. Allerdings verjüngt sich der Konus 65 in entgegengesetzter Richtung wie der Konus 55. Der Konus

65 weist an der Schnittstelle zum Ventilkörper einen kleineren Durchmesser 66 und an der Schnittstelle zum Düsenkörper einen größeren Durchmesser

67 auf. Durch eine geeignete Abstimmung von Konizität zur Länge der Hochdruckdurchgangslöcher können die Dämpfungseigenschaften gezielt eingestellt werden .