Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffinjektorgehäuse und einen Injektor mit einem solchen Gehäuse.

In Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren oder auch Benzinmotoren wird in der Regel über einen Injektor Kraftstoff mit einer bestimmten Menge und für eine bestimmte Zeitdauer in einen Brennraum eingespritzt. Dabei ist es aufgrund der sehr geringen Einspritzdauern, die im Mikrosekundenbereich liegen, erforderlich, die Austrittsöffnung des Injektors mit einer sehr hohen Frequenz zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Dabei ist es in der Regel so, dass es quer durch den Zylinderkopf eines Motors verlaufendes Druckrohr vorhanden ist, von dem unter hohen Druck stehender Kraftstoff an die einzelnen Injektoren abgegeben wird.

Ein solcher Injektor verfügt typischerweise über eine Düsennadel (auch: Injektornadel), die einen mit einem hohen Druck beaufschlagten Kraftstoff bei Freigeben eines Austrittslochs des Injektors nach außen treten lässt. Diese Düsennadel wirkt im Zusammenspiel mit dieser Austrittsöffnung wie ein Pfropfen, der bei einem Anheben ein Austreten des Kraftstoffs ermöglicht. Demnach ist es also erforderlich, diese Nadel in relativ kurzen Zeitabständen anzuheben und nach einer kurzen Zeit erneut in die Austrittsöffnung zurückgleiten zu lassen. Dabei können hydraulische Servoventile verwendet werden, die das Auslösen dieser Bewegung ansteuern. Solche Ventile wiederum werden mithilfe eines Elektromagneten angesteuert. Alternativ dazu kann ein Piezoelement verwendet werden, das schneller als das mittels Elektromagneten angesteuerte Ventil reagiert.

Aufgrund der hohen Einspritzdrücke von über 2500 bar ist es nicht möglich, die Düsennadel direkt mithilfe eines Magnetventils anzusteuern beziehungsweise zu bewegen. Hierbei wäre die erforderliche Kraft zum Öffnen und Schließen der Düsennadel zu groß, sodass ein solches Verfahren nur mithilfe von sehr großen Elektromagneten realisierbar wäre. Eine solche Konstruktion scheidet aber aufgrund des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums in einem Motor aus.

Typischerweise werden anstelle der direkten Ansteuerung sogenannte Servoventile verwendet, die die Düsennadel ansteuern und selbst über ein Elektromagnetventil bzw. Piezoventil gesteuert werden. Dabei wird in einem mit der Düsennadel zusammenwirkenden Steuerraum mithilfe des unter hohem Druck zur Verfügung stehenden Kraftstoffs ein Druckniveau aufgebaut, das auf die Düsennadel in Verschlussrichtung wirkt. Dieser Steuerraum, bzw. dieses Steuerventil ist typischerweise über eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffs verbunden. Ferner weist dieser Steuerraum eine in der Sitzplatte angeordnete kleine verschließbare Ablaufdrossel auf, aus der der Kraftstoff hin zu einem Niederdruckbereich entweichen kann. Tut er dies, ist der Druck in dem Steuerraum und die auf die Düsennadel wirkende Verschlusskraft verringert, da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff des Steuerraums in Richtung des duch das Magnetventil abgehobenen Ankers abfließen kann. Dadurch kommt es zu einer Bewegung der Düsennadel, welche die Austrittsöffnung an der Injektorspitze freigibt. Um die Bewegung der Düsennadel steuern zu können, wird also die Ablaufdrossel des Ventils mithilfe eines Ankerelements wahlweise verschlossen oder geöffnet. Zum weiteren Verständnis des allgemeinen Funktionsprinzips eines Kraftstoff! njektors wird nachfolgend dargelegt, dass die Sitzplatte ferner einen von oben nach unten verlaufenden Durchgang, der die Ablaufdrossel eines Injektors darstellt, aufweist. Durch Aufsetzen eines Ankerelements und Abdichten des Durchgangs füllt sich der darunter liegende Steuerraum über einen Zulauf mit unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff, sodass die Düsennadel in ihre Verschlussposition gedrängt wird. Bei einem Abheben des Ankerelements von einer Durchgangsöffnung strömt der unter hohem Druck gespeicherte Kraftstoff ab und verringert den auf die Düsennadel wirkenden Krafteinfluss, sodass sich diese von ihren Auslassöffnungen abhebt und hierdurch Kraftstoff ausströmen kann.

Die nähere Funktionsweise eines Injektors ist beispielsweise in der DE 102017 116 383.2 wiedergegeben. Da das allgemeine Prinzip eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff dem Fachmann bekannt ist, wird nachfolgend nicht tiefergehender auf die Funktionalität dieses Bauteils eingegangen.

Aus Kostengründen gibt es die Bestrebung, das quer durch den Zylinderkopf geführte Druckrohr zur Flochdruckkontaktierung wegzulassen. Jedoch ist es bei einem Common-Rail-System von Vorteil, ein großes Speichervolumen im System zur Verfügung zu haben, um dadurch die bei einer Einspritzung entstehenden Druckwellen zu dämpfen. Dieses Volumen soll dabei möglichst nah an der Einspritzdüse angebracht sein, um die in den Brennraum eingespritzte Menge an Kraftstoff möglichst konstant zu halten. Problematisch ist, dass mit steigenden Einspritzdrücken die thermische Belastung der Piezo- oder Magnetventilkomponenten immer höher wird, da der Kraftstoff im Ventilbereich von Hochdruck nach Niederdruck auf Umgebungstemperatur entspannt wird und dadurch Wärme freisetzt.

Aus dem Stand sind Injektorkonzepte bekannt, die auf einen Druckspeicher in dem Injektor bzw. Injektorgehäuse verzichten und nur eine Bohrung aufweisen, die von einem Anschluss zum Zuführen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff nach unten zum Kraftstoffauslass (typischerweise in Form einer Düse) führt. Bei dieser Art von Injektoren bzw. Injektorgehäusen ist das Piezo- oder Magnetventil seitlich zur Injektormittelachse versetzt angeordnet.

Andere Injektoren bzw. Injektorgehäuse haben zwar einen integrierten Druckspeicher, wobei aber in diesem Fall das Piezo- oder Magnetventil massiver ausgeführt ist und außerhalb der Zylinderkopfbohrung für den Injektor sitzt. Nachteilhaft hieran ist, dass bei einer solchen Ausführung das Piezo- oder Magnetventil einer erhöhten thermischen Belastung unterliegt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Injektorgehäuse bzw. ein Injektor zu schaffen, der sehr hohe Drücke verarbeiten kann und dennoch in seinen Fierstellungskosten akzeptabel ist und vorteilhafterweise kompakte Abmessungen mit sich bringt.

Dies gelingt mit einem Kraftstoffinjektorgehäuse, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung betrifft demnach ein Kraftstoffinjektorgehäuse, das einen Abschnitt zum Aufnehmen eines eine Düsennadel ansteuernden Magnet- oder Piezoventils, einen Druckspeicher zum Aufnehmen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, und mindestens eine von dem Druckspeicher abgehende Kraftstoffleitung umfasst, die hin zu einem Kraftstoffauslassbereich des Injektorgehäuses führt. Das Gehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils in Längsrichtung des Injektors gesehen zwischen dem Druckspeicher und dem Kraftstoffauslassbereich angeordnet ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, ein in das Gehäuse eingefügte Piezo- oder Magnetventil zu kühlen, so dass für das Piezo- oder Magnetventil deutlich günstigere Bauteile verwendet werden können. Indem das Piezo- oder Magnetventil zwischen dem Druckspeicher und dem Auslassbereich des Gehäuses anordenbar ist, sorgt die mindestens eine seitlich zu dem Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils verlaufende Kraftstoffleitung für eine kühlende bzw. temperierende Wirkung auf ein in das Gehäuse eingesetzte Piezo- oder Magnetventil. Das Piezo- oder Magnetventil ist den höchsten thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, da durch das Abheben des Ankerelement von dem Steuerraum und der dadurch erfolgten Freigabe der Ablaufdrossel der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in einen Niederdruckbereich entweichen kann, so dass bei der dabei erfolgten Entspannung des Kraftstoffs sehr hohe Temperaturen entstehen. Demzufolge sind die Bestandteile des Piezo- oder Magnetventils aus sehr hochwertigen und temperaturbeständigen Materialien zu fertigen.

Durch die Anordnung des Piezo- oder Magnetventils zwischen dem Druckspeicher und dem Auslassbereich, also dem Düsenbereich des Injektorgehäuses, strömt seitlich zu dem Abschnitt zum Aufnehmen des Piezo- oder Magnetventils frischer und kühler Kraftstoff, der ein in den Abschnitt aufgenommenes Piezo- oder Magnetventil kühlt. Durch diesen Kühleffekt ist es möglich, deutlich günstigere Werkstoffe im Bereich des Piezo- oder Magnetventils oder auch für das Piezo- oder Magnetventil selbst zu verwenden. Auch das Injektorgehäuse an sich muss nun in diesem Bereich nicht mehr so hohen Temperaturen widerstehen können, so dass auch hier eine günstigere Fertigung zum Einsatz kommen kann.

Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der einem Auslassbereich des Gehäuses zugewandte Endbereich des Druckspeichers die Form einer Flalbkugel oder eines Zylinderkegels aufweist. Demnach kann also vorgesehen sein, dass die Flalbkugel oder der Zylinderkegel mit ihrer flachen Seite von dem Auslassbereich abgewandt ist, wobei vorzugsweise die Flalbkugel oder der Kegel so ausgerichtet ist, dass eine Normale auf den flachen Bereich der Flalbkugel bzw. der Kegelgrundfläche parallel zur Längsachse des Injektorgehäuses ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Kraftstoffleitung von dem halbkugelförmigen bzw. kegelförmigen Endbereich des Druckspeichers abgeht und sich von dort aus hin zum Auslassbereich des Gehäuses erstreckt. Die Halbkugelform oder die Kegelform sind besonders einfach zu erstellende Formen zum Abschluss des Druckspeichers, an denen sich die schräge zur Längsachse des Druckspeichers verlaufende mindestens eine Kraftstoffleitung anschließen kann. So kann nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die mindestens eine Kraftstoffleitung von einem dem Auslassbereich des Gehäuses zugewandten Endbereich des Druckspeichers abgeht, wobei vorzugsweise der Endbereich in dem in Längsrichtung des Gehäuses gesehenen letzten Fünftel, bevorzugterweise letzten Zehntel des Druckspeichers liegt.

Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Druckspeicher eine im Wesentlichen längliche Form aufweist, und sich vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des Gehäuses erstreckt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Druckspeicher an seinem vom Auslassbereich abgewandten Ende direkt in einen Injektorgehäuseanschluss übergeht, der in seinem Innenumfang ein Innengewinde zum Zusammenwirken mit einem einschraubbaren und mit einem Außengewinde versehenen Kraftstoffanschluss aufweist.

Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher in seiner Querrichtung einen Durchmesser aufweist der größer als der Durchmesser der vom Druckspeicher abgehenden mindestens einen Kraftstoff leitung ist, vorzugsweise ist der Durchmesser des Druckspeichers mindestens doppelt so groß, bevorzugterweise mindestens dreimal oder viermal so groß wie der Durchmesser des mindestens einen Kraftstoffleitung.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher in dem Gehäuse mittig auf der Injektorgehäusemittelachse angeordnet ist. Bei einer mittigen Anordnung ist das Vorsehen der Kraftstoffleitungen einfacher Umzusetzen als bei einer aus der Mitte versetzten Anordnung. Zudem wird bei Vorhandensein von mehreren Kraftstoffleitungen ein besonders wirkungsvolles Gitter aus Kraftstoffleitungen zum Kühlen des Magnet- oder Piezoventils geschaffen, das eine gleichmäßige Kühlung erzeugt.

Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils, ein Abschnitt zum Vorsehen eines Steuerventils und ein Abschnitt zum Aufnehmen einer Düsennadel in den unteren 100 mm, vorzugsweise in den unteren 80 mm und bevorzugterweise in den unteren 60 mm des Gehäuses (1) angeordnet sind. Dabei können diese 100 mm, bzw. 80 mm bzw. 60 mm von der Injektorspitze entlang der Längsrichtung des Injektors gemessen werden.

Das Kraftstoffinjektorgehäuse kann mit einem Filter, das stromaufwärts des Druckspeichers oder in dem Druckspeicher angeordnet ist, versehen sein. Dieses Filter dient dazu, um Fremdpartikel eines bestimmten Durchmessers von den im Durchmesser kleinen Kraftstoffleitungen und auch dem Auslassbereich des Gehäuses, der in der Regel über kleine Düsenspritzlöcher verfügt, fernzuhalten. Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass bei einem Vorhandensein von mehreren Kraftstoffleitungen diese an einer Stelle im Querschnitt des Injektors voneinander beabstandet sind, insbesondere äquidistant voneinander beabstandet sind, und sich vorzugsweise zwischen ihnen der Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils befindet.

Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einem Vorhandensein von mehreren Kraftstoffleitungen diese im Querschnitt um den Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils herum angeordnet sind. Ferner können die mehreren Kraftstoffleitungen abschnittsweise parallel zueinander verlaufen, vorzugsweise auch parallel zu einer Längsrichtung des Injektorgehäuses, so dass bevorzugterweise die mehreren Kraftstoffleitungen eine Art Gitterkäfig definieren, in dessen Innerem der Abschnitt zum Aufnehmen des Magnet- oder Piezoventils angeordnet ist.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse mit einem Anschluss zum Zuführen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der stromaufwärts des Druckspeichers angeordnet ist und mit diesem in einer Fluidverbindung steht, versehen ist, wobei vorzugsweise eine Einspritzleitung direkt an das Gehäuse anschließbar ist, bspw. über eine Gewindeverbindung. Weiter kann vorgesehen sein, dass der Übergangsbereich von Druckspeicher zu der mindestens einen Kraftstoffleitung verrundet ist, vorzugsweise durch hydroerosives Verrunden und/oder ECM-Entgraten, also einer elektrochemischen Metallbearbeitung der Bohrungsverschneidung. Dies führt zu einem strömungstechnisch optimierten Einlauf von Kraftstoff in die mindestens eine Kraftstoffleitung.

Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Druckspeicher und/oder die mindestens eine Kraftstoffleitung eine Bohrung ist. Die Erfindung betrifft zudem einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem Gehäuse nach einer der vorhergehenden Varianten.

Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Einspritzleitung, die dazu ausgelegt ist, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu führen, direkt mit dem Gehäuse verbunden ist.

Die Erfindung betrifft zudem einen Motor mit einem Injektor nach einer der vorhergehenden Varianten. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigt die einzige Figur : Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen

Injektorgehäuses.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektorgehäuses 1, das an seinem distalen Endbereich mit einer Düsenspannmutter 9 versehen ist.

Das Injektorgehäuse 1 weist einen Abschnitt 8 zum Aufnehmen einer Düsennadel, einen Abschnitt 7 zum Anordnen eines Steuerventils und einen Abschnitt 2 zum Anordnen eines Magnet- oder Piezoventils auf. Ferner erkennt man einen Druckspeicher 3 zum Aufnehmen von unter Druck stehenden Kraftstoff von dessen zur Injektorspitze gewandten Endbereich mehrere Kraftstoffkanäle 4, 6 abgehen. Ausgehend von dem Endbereich des Druckspeichers 3 verlaufen diese zu einem Randbereich des Gehäuses 1, so dass der Abschnitt 2 zum Aufnehmen des Piezo- oder Magnetventils von den mehreren Kraftstoffleitungen umgeben ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das besonders hohen Temperaturen ausgesetzte Magnet- oder Piezoventil durch den über die Kraftstoffleitung zulaufenden Kraftstoff gekühlt wird, so dass dadurch die Temperatur des Magnet- oder Piezoventils gesenkt werden kann und die Komponenten weniger temperaturbeständig ausgebildet sein können.

Das Vorhandensein des Druckspeichers 3 in dem Gehäuse 1 ist zudem von Vorteil, da die beim Kraftstoffauslass erzeugten Druckwellen, die sich über den Kraftstoff stromaufwärts ausbreiten, in dem Druckspeicher abgedämpft werden und somit an die dem Injektorgehäuse stromaufwärts angeordneten Komponenten geringere Anforderungen an deren Dichtheit gestellt werden.

Dem Fachmann ist klar, dass die grundlegenden Vorteile auch bereits dann erreicht werden, wenn es lediglich eine Kraftstoffleitung gibt, die den Druckspeicher mit dem Auslassbereich verbindet.

Jedoch können auch wie dargestellt mehrere Kraftstoffleitungen 4 von dem Druckspeicher 3 abgehen, wobei die Anzahl der Kraftstoffleitungen und deren Durchmesser in Abhängigkeit von dem erforderlichen Düsendurchfluss gewählt werden kann.

Die Fig. 1 zeigt ebenfalls die Möglichkeit, wonach das Gehäuse mehrteilig ausgeführt ist, bspw. indem ein Gehäuseteil zum Aufnehmen von Steuerventil und Düsennadel (entspricht den Abschnitten 7 und 8) über eine Düsenspannmutter 9 dichtend an einen weiteren Gehäuseteil gepresst wird, der die mindestens eine Kraftstoffleitung und den Druckspeicher enthält. Um diese Abschnitte an den weiteren Gehäuseteil drängen zu können, kann die Düsenspannmutter 9 mit einem Innengewinde in ein Außengewinde des weiteren Gehäuseteils eingreifen.

Der Druckspeicher 3 besitzt zudem einen länglichen Körper, der sich parallel zur Längsachse des Injektorgehäuses 1 erstreckt und an seinem vom Auslassbereich 5 abgewandten Ende direkt in einen Anschluss 10 zum Befestigen einer Kraftstoffzufuhrleitung übergeht. Dieser Anschluss 10 kann durch ein Innengewinde oder eine Außengewinde oder dergleichen umgesetzt sein und ist vorzugsweise von dem Druckspeicher durch ein Filter zum Ausfiltern von Partikeln mit einer bestimmten Mindestgröße getrennt.