Kraftstoffinjektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2010 063 540 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist es zur Verringerung des Kraftstoffvolumens im Ventilraum vorgesehen, dass eine den Ventilbolzen in seine Schließstellung mit Federkraft beaufschlagende Druckfeder in einem vom Ventilraum getrennten Niederdruckbereich angeordnet ist, wobei der Niederdruckbereich über eine Beißkante einer Dichthülse hydraulisch von dem Ventilraum getrennt ist. Die Dichthülse wiederum dient der Führung des im Ventilraum axial verschiebbar angeordneten Ventilbolzens und der hydraulischen Trennung von dessen unterer Stirnfläche von dem Ventilraum.

Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist es vorgesehen, dass innerhalb des Niederdruckbereichs eine Einstellscheibe angeordnet ist, gegen die sich gleichzeitig eine Stirnseite der Druckfeder abstützt, wobei die Einstellscheibe der Begrenzung des maximalen Öffnungshubs des Ventilbolzens dient, wenn dieser mit seiner unteren Stirnseite an der Einstellscheibe anliegt. Die Druckfeder ist innerhalb des Niederdruckbereichs im Bereich eines Führungskörpers angeordnet, dessen sphärisch ausgebildete Unterseite am Grund des Niederdruckbereichs anliegt, um Kippbewegungen bzw. Planfehler des Grundes des Niederdruckbereichs ausgleichen zu können.

Nachteilig dabei ist, dass die Einstellung des maximalen Öffnungshubs des Ventilbolzens insofern relativ aufwendig ist, als dass die verwendete Einstellscheibe von der Genauigkeit der Ausbildung des Niederdruckbereichs, insbesondere von dessen Tiefe, sowie von der Genauigkeit der Fertigung des Führungskörpers abhängig ist. Man könnte nun zwar versuchen, durch eine plane bzw. ebene Fläche am Grund des Niederdruckbereichs eine einfachere Fertigung des Führungskörpers zu ermöglichen, eine derartige plane Oberfläche am Grund des Niederdruckbereichs ist jedoch mittels einer Bohr- bzw. Drehbearbeitung nicht zu fertigen, vielmehr müsste die Fläche plan ge- schliffen werden, was jedoch aus Kostengründen ausscheidet.

Offenbarung der Erfindung Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine besonders einfache bzw. kostengünstige Einstellung des Öffnungshubs des Ventilbolzens erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoff! njektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Öffnungshub durch ein zumindest mittelbares Anliegen des Ventilbolzens an der Dichthülse erfolgt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Einstellung des Hubs des Ventilbolzens aus dem Niederdruckbereich heraus in den Ventilraum verlagert wird, so dass die Einstellung des Ventilhubes unabhängig von den in dem Niederdruckbereich angeordneten Bauteilen und deren Genauigkeit, und somit relativ kosten- günstig, erfolgen kann. Bei der Grundidee der Erfindung genügt es somit, die den Ventilbolzen radial umfassende Ventilhülse hinsichtlich ihrer Länge mit einer gewünschten bzw. erforderlichen Genauigkeit auszubilden, damit ein bestimmter Öffnungshub des Ventilbolzens erzielt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. In einer ganz besonders bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hubbegrenzung mittels einer Einstellscheibe erfolgt, die im Ventilraum angeordnet ist. Dadurch kann die Fertigung der Dichthülse hinsichtlich ihrer Länge mit größeren Toleranzen behaftet sein, was deren Herstellkosten verringert. Weiterhin wird es dadurch beispielsweise ermöglicht, die Dichthülse und die Einstell- scheibe aus unterschiedlichem Material auszubilden, wobei die Einstellscheibe beispielsweise mit einer besonders verschleißfesten bzw. harten Oberfläche ausgestaltet ist, um Verschleißerscheinungen beim Auftreffen des Ventilbolzens an der Einstellscheibe zu vermeiden bzw. zu minimieren. Demgegenüber kann die Dichthülse beispielsweise aus einem gegenüber der Einstellscheibe weicherem bzw. anderem Material bestehen.

Bei letztgenannter Variante unter Benutzung einer Einstellscheibe ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Einstellscheibe auf der der Ventilsitzfläche zugewandten Seite der Dichthülse angeordnet ist und zur Ausbildung des Hubanschlags mit einem im Durchmesser vergrößerten Abschnitt des Ventilbolzens zusammenwirkt.

Die Druckfeder im Niederdruckbereich weist gegenüber dem Ventilbolzen im Ventilraum üblicherweise einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Ventilbolzens. Um eine einfache Übertragung der Federkraft von der Druckfeder auf den Ventilbolzen zu ermöglichen, ist es daher vorgesehen, dass zwischen der Druckfeder und dem Ventilbolzen ein vorzugsweise scheibenförmiger Übertragungskörper im Niederdruckbereich angeordnet ist, der von der Federkraft der Druckfeder belastet an der der Ventilfläche abgewandten Stirnseite des Ventilbolzens anliegt.

Die Reaktionsgeschwindigkeit der von dem Steuerventil betätigten, nachgeschalteten Hochdruckhydraulik auf die Ventilbolzenbewegung hängt insbesondere von dem Kraftstoffvolumen im Ventilraum ab. Um den Ventilraum zur Erzielung eines möglichst geringen Kraftstoffvolumens gegenüber dem Niederdruckbereich abzudichten ist es daher in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Dichthülse auf der der Druckfeder zugewandten Seite eine Beißkante aufweist, die an einer Stirnfläche des Ventilraums dichtend anliegt.

Um unabhängig von der Genauigkeit der Ausbildung des Grundes des Niederdruckbereichs eine möglichst gute Ausrichtung der Druckfeder zur Längsachse des Ventilbolzens zu ermöglichen, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Druckfeder auf der dem Ventilbolzen abgewandten Seite an einem Federauflageelement anliegt. Dieses Federauflageelement bildet insbesondere eine plane bzw. ebene Auflage für die Druckfeder aus.

Eine weitere Verbesserung der Führung der Druckfeder wird erzielt, wenn das Federauflageelement Teil eines Führungselements ist, das einen vorzugsweise zapfenförmi- gen Führungsabschnitt aufweist, der von der Druckfeder radial umfasst ist. Eine nochmalige Verbesserung der Führung der Druckfeder durch das Federauflageelement wird erzielt, wenn das Federauflageelement auf der der Druckfeder abgewandten Seite eine radial umlaufende Fase aufweist. Dadurch liegt das Federauflageelement auch bei relativ großem Durchmesser, insbesondere einem Durchmesser der zumindest nahezu dem Durchmesser des Niederdruckbereichs entspricht, bündig am Grund des Niederdruckbereichs auf, da ein Übergangsbereich von der umlaufenden Seitenwand zum Grund vorhandene, fertigungstechnisch bedingte Ausrundung keinen Einfluss auf die plane Ausrichtung des Federauflageelements am Grund des Niederdruckbereichs hat.

Zur Erhöhung der Schließkraft des Ventilbolzens in Richtung der Ventilsitzfläche durch Ausbildung einer hydraulischen Schließkraft wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass ein Durchmesser des Dichtsitzes zwischen dem Ventilbolzen und der Ventilsitzfläche größer ist als ein Durchmesser einer Führungsbohrung der Dichthülse, in der der Ventilbolzen geführt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich des Steuerventils im Längsschnitt und

Fig. 2

und 3 jeweils modifizierte Kraftstoffinjektoren, bei denen die Anordnung der Druckfeder im Niederdruckbereich sich von der Anordnung der Druckfeder im Niederdruckbereich gemäß der Fig. 1 unterscheidet, ebenfalls im Längsschnitt.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor 1 ausschnittsweise dargestellt, wie er insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen zum Einspritzen in den Brennraum der Brennkraftmaschine dient. Ein bevorzugter Einsatz des Kraft- stoffinjektors 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das den Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Kraftstoffinjektoren 1 führt.

Der Kraftstoffinjektor 1 weist ein Gehäuse auf, in dem eine Drosselplatte 2 und eine Ventilplatte 3 angeordnet sind. Hierbei weist die Drosselplatte 2 eine Stirnseite 4 auf. Ferner weist die Ventilplatte 3 eine Stirnseite 5 auf, wobei die Drosselplatte 2 mit ihrer

Stirnseite 4 an der Stirnseite 5 der Ventilplatte 3 anliegt. Weiterhin weist die Drosselplatte 2 eine von der Stirnseite 4 abgewandte, weitere Stirnseite 6 auf.

Beim Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 wird von einer durch den Kraftstoffinjektor 1 ge- führten Brennstoffleitung über einen Kanalabschnitt 7, der durch die Drosselplatte 2 geführt ist, Brennstoff in einen Steuerraum 8 geführt. Hierbei weist der Kanalabschnitt 7 eine in der Drosselplatte 2 ausgebildete Zulaufdrossel 9 auf. Der Steuerraum 8 ist einerseits durch die Stirnseite 6 der Drosselplatte 2, und andererseits durch eine Stirnfläche 10 einer Düsennadel 1 1 sowie seitlich durch eine Hülse 12 begrenzt. Die Hülse 12 liegt an der Stirnseite 6 der Drosselplatte 2 an. Entsprechend dem Druck im Steuerraum 8 wird die Düsennadel 1 1 in einer Schließstellung gehalten oder entgegen der Schließrichtung 13 geöffnet. Der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 8 wirkt hierbei gegen einen Brennstoffdruck in einem Brennstoffraum 14 und eine Düsenfederspan- nung. Aufgrund des an dem ventilraumseitigen Ende des Führungsspalts 48 anstehen- den hohen Drucks entsteht ein geringfügiger Leckagestrom durch den Führungsspalt

48 zum druckentlasteten Raum 27.

Zum Steuern des Brennstoffdrucks im Steuerraum 8 dient ein Steuerventil 15. Das Steuerventil 15 weist einen Ventilraum 16 auf, der in der Ventilplatte 3 ausgebildet ist. Der Ventilraum 16 ist durch eine Innenwand 17, die an der Ventilplatte 3 ausgebildet ist und eine Dichtfläche 18 begrenzt, die Teil der Stirnseite 4 der Drosselplatte 2 ist.

In dem Ventilraum 16 sind eine Dichthülse 19 und zumindest abschnittsweise ein Ventilbolzen 20 angeordnet. Der Ventilbolzen 20 ist in einer Führungsbohrung 22 der Dichthülse 19 geführt. Das Steuerventil 15 weist eine Längsachse 23 auf, entlang der der Ventilbolzen 20 betätigbar ist.

Die Ventilplatte 3 weist eine Ausnehmung 24 auf, in die eine Abiaufbohrung 25 mündet. Die Abiaufbohrung 25 ist über die Ausnehmung 24 einerseits mit dem Ventilraum 16 verbunden. Andererseits mündet die Abiaufbohrung 25 in den Steuerraum 8. Die

Abiaufbohrung 25 weist eine Ablaufdrossel 26 auf. Somit verbindet die Abiaufbohrung 25 den Steuerraum 8 mit dem Ventilraum 16. Die Abiaufbohrung 25 ist mit der Ablaufdrossel 26 in diesem Ausführungsbeispiel in der Drosselplatte 2 ausgebildet.

In der Drosselplatte 2 ist außerdem ein Niederdruckbereich in Form eines druckentlasteten Raums 27 ausgebildet, der über einen Rücklaufkanal 28 mit einem Niederdruckrücklauf oder dergleichen verbunden ist. Der druckentlastete Raum 27 bildet somit einen Niederdruckbereich aus. In dem druckentlasteten Raum 27 ist ein Führungselement 29 für eine Druckfeder 30 angeordnet. Hierbei weist das Führungselement 29 einen zapfenförmigen Führungsabschnitt 31 auf, der von der Druckfeder 30 radial um- fasst ist. In Richtung des Grundes 32 des druckentlasteten Raums 27, der in Form einer Sacklochbohrung ausgebildet ist, weist das Führungselement 29 ein Federauflageelement 33 auf, das einstückig am Führungsabschnitt 31 angeformt ist. Das Federauflageelement 33 weist auf der dem Grund 32 des druckentlasteten Raums 27 zugewandten Seite eine radial umlaufende Fase 34 auf.

Die Druckfeder 30 stützt sich mit ihrer einen Stirnseite gegen das Federauflageelement 33 und mit ihrer anderen Stirnseite gegen einen scheibenförmigen Übertragungskörper 35 ab. Sowohl der Übertragungskörper 35, als auch das Federauflageelement 33 weisen einen Durchmesser auf, der vorzugsweise lediglich etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des druckentlasteten Raums 27, der im Übergangsbereich zwischen seiner radial umlaufenden Innenwand zum Grund 32 hin mit einer gerundet ausgebildeten Kante 36 im Bereich der Fase 34 ausgebildet ist.

Die Dichthülse 19 weist auf der der Druckfeder 30 zugewandten Stirnseite eine radial umlaufende Beißkante 38 auf, die an der Stirnseite 4 der Drosselplatte 2 dichtend anliegt.

Die Ventilplatte 3 weist eine teilweise kegelförmige Anlagefläche 40 auf. Ferner ist an der Ventilplatte 3 eine Ventilsitzfläche 41 ausgebildet, die Teil der kegelförmigen Anla- gefläche 40 ist. Der Ventilbolzen 20 wirkt mit der Ventilsitzfläche 41 zu einem Dichtsitz

42 zusammen. In unbetätigtem Zustand des Steuerventils 15 ist der Dichtsitz 42 geschlossen. Hierbei wirkt zum Einen die Kraft der Druckfeder 30 in die Schließrichtung 13, zum Anderen wirkt beim Betrieb eine durch den Druck des Brennstoffs bedingte hydraulische Kraft in Richtung der Schließstellung 43. Zwischen der Innenwand 17 und einer Außenseite 45 der Dichthülse 19 ist ein Brennstoffspalt 46 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Brennstoffspalt 46 als ringförmiger Brennstoffspalt 46 ausgebildet. Über den Brennstoffspalt 46 gelangt der Brennstoff aus der Abiaufbohrung 25 zu einem Durchgangsspalt 47 im Bereich der kegelförmigen Anlagefläche 40. Über den Durchgangsspalt 47 gelangt der Brennstoff wiederum in einen Führungsspalt 48, der zwischen der Dichthülse 19 und dem Ventilbolzen 20 ausgebildet ist.

Beim Betrieb des Kraftstoff! njektors 1 wird unter Hochdruck stehender Brennstoff über die Zulaufdrossel 9 in den Steuerraum 8 geführt. Somit stellt sich auch im Brennstoffspalt 46 ein hoher Brennstoffdruck ein. Dieser hohe Brennstoffdruck wirkt über den Durchgangsspalt 47 auch im Führungsspalt 48. Aufgrund des geschlossenen Dichtsitzes 42 ist eine Abdichtung gegenüber einem Niederdruckraum 49 gewährleistet, der jenseits des Dichtsitzes 42 an den Ventilbolzen 20 angrenzt. Da ein Durchmesser 51 des Ventilbolzens 20 kleiner ist als ein Durchmesser 52 des Dichtsitzes 42 ergibt sich durch den Druck des Brennstoffs eine hydraulische Schließkraft in der Schließrichtung 43.

Die Betätigung des Ventilbolzens 20 erfolgt durch einen Aktor 55, der auf ein Übergangsstück 59 entgegen der Schließrichtung 43 wirkt. Der Aktor 55 kann als

Piezoaktor (vorzugsweise mit hydraulischem Koppler) oder auch als Magnetaktor ausgebildet sein.

Zur Begrenzung des Öffnungshubes des Ventilbolzens 20 bei betätigtem Aktor 55 wirkt ein im Durchmesser vergrößerter Abschnitt 60 des Ventilbolzens 20 mit seiner Unterseite 61 zumindest mittelbar mit der Dichthülse 19 zusammen. Hierzu ist zwischen der Unterseite 61 und der dem Abschnitt 60 zugewandten Stirnfläche der Dichthülse 19 eine Einstellscheibe 65 angeordnet. Die Dicke 66 der Einstellscheibe 65 ergibt sich aus den geometrischen Abmessungen des Ventilraums 16, insbesondere der Höhe zwischen der Stirnseite 4 zur Ventilsitzfläche 41 und der Höhe der Dichthülse 19. Wesentlich dabei ist, dass in der Öffnungsstellung des Ventilbolzens 20, in der bei betätigtem Aktor 55 die Unterseite 61 des Ventilbolzens 20 auf der Oberseite der Einstellscheibe 65 anliegt, zwischen der der Druckfeder 30 zugewandten Unterseite des Übertragungskörpers 35 und dem Führungselement 29 noch ein Spalt 67 verbleibt. Besonders vorteilhaft ist es, zumindest eine Kontaktfläche zwischen dem Ventilbolzen 20 und der Einstellscheibe 65 und/oder zwischen der Einstellscheibe 65 und der Dichthülse 19 mit mindestens einer radial umlaufenden Nut zu versehen, die in der Darstellung der Fig. 1 nicht erkennbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei geöffnetem Steuerventil 15, also bei an seinem Hubanschlag befindlichen Ventilbolzen 20, das ventilraumseitige Ende des Kraftstoffspalts 48 hydraulisch mit dem Ventilraum 16 verbunden ist. Auf diese Weise wird ein hydraulisches Kleben zwischen dem Ventilbolzen 20 und der Dichthülse 19 vermieden.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 a weist das Führungselement 29a lediglich ein Federaufnahmeelement 33a, jedoch keinen Führungsabschnitt 31 entsprechend dem Kraftstoffinjektor 1 auf.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Kraftstoffinjektor 1 b ist im Gegensatz zum Kraftstoffinjektor 1 innerhalb des druckentlasteten Raums 27 kein Führungselement 29 vorgesehen. Vielmehr stützt sich die Druckfeder 30 zwischen dem Übertragungskörper 35 und dem Grund 32 des druckentlasteten Raums 27 ab.

Die soweit beschriebenen Kraftstoffinjektoren 1 , 1 a und 1 b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, den Hubanschlag für den Ventilbolzen 20 in seiner Öffnungsstellung durch eine entsprechende Dimensionierung der Dichthülse 19, insbesondere jedoch durch die Dimensionierung einer Einstellscheibe 65 einzustellen, die zwischen der Dichthülse 19 und der Drosselplatte 2 bzw. dem druckentlasteten Raum 27 angeordnet ist. So liegt es auch im Rahmen der Erfindung, auf die Einstellscheibe 65 zu verzichten, und die Hubbegrenzung des Ventilbolzens 20 durch eine entsprechend genaue Fertigung der Länge bzw. Höhe der Dichthülse 19 auszubilden. Weiterhin können die Kontaktflächen zwischen der Dichthülse 19 und der Einstellscheibe 65 und/oder zwischen der Einstellscheibe 65 und dem Ventilbolzen 20 jeweils plan oder konisch ausgebildet sein. Die Kegelwinkel können dabei jeweils derart gewählt sein, dass sich eine echte Kontaktfläche ausbildet, aber auch derart, dass sich eine Kontaktline ausbildet.