Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Injektoren werden bei sog. Common-Rail- Systemen serienmäßig eingesetzt.

Auch wenn sich derartige Systeme einschließlich der zugehörigen Injektoren bewährt haben, bleiben Verbesserungen wünschenswert. Denn einerseits treten beim Schließen des Ventilgliedes des Steuerventils aufgrund der schnellen Schaltbewegungen Prellschläge auf, andererseits können beim öffnen dieses Ventilgliedes auf der Niederdruckseite des Injektors unerwünschte Schwingungen erzeugt werden.

Offenbarung der Erfindung

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Injektor mit besonders gutem Schaltverhalten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Injektor der eingangs angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Schließbewegung des Ventilgliedes des Steuerventils zu dämpfen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass das

Ventilglied des Steuerventils innerhalb eines durch den übergangsraum und die Eingangsseite des Steuerventils gebildeten Gesamtraumes nach Art eines Verdrängers arbeiten kann, wobei der Schließhub des Ventilkörpers des Steuerventils gegen den von den Drosselstellen des übergangsraumes verursachten Gegendruck im vorgenannten Gesamtraum erfolgt und dementsprechend verzögert, d.h. gedämpft, wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil in grundsätzlich bekannter Weise einen ringförmigen Ventilsitz sowie einen damit zusammenwirkenden hülsenförmigen Ventilkörper aufweist, wobei der übergangsraum konzentrisch zum Ventilkörper angeordnet ist.

Dabei kann der Ventilsitz des Steuerventils an einem Ventilsitzkörper angeordnet sein, welcher im Injektorkörper als Trennwand zwischen dem Zuströmraum und dem Abströmraum angeordnet ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der übergangsraum ein in den Abströmraum mündendes Druckbegrenzungsventil aufweisen, wobei dessen Schließkörper als auf dem hülsenförmigen Ventilkörper des Steuerventils verschiebbare Hülse ausgebildet sein kann.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden.

Schutz wird nicht nur für ausdrücklich dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der dargestellten oder angegebenen Einzelmerkmale beansprucht.

Erläuterung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisiertes Schnittbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform und

Fig. 3 ein Schnittbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der Kraftstoffinjektor der Fig. 1 besitzt in grundsätzlich bekannter Weise einen mehrteiligen Injektorkörper 1, dessen Innenraum durch einen im wesentlichen scheibenförmigen Ventilsitzkörper 2, der auf einer Stufe im Innenraum des Injektorkörpers 1 mittels eines in ein entsprechendes Innengewinde des Injektorkörpers 1 eingedrehten Außengewinderings 3 fest verspannt ist, in einen Zulaufraum 4 und einen Ablaufraum 5 für Kraftstoff unterteilt ist. Der Zulaufraum 4 ist mit einer Hochdruckquelle für Kraftstoff, insbesondere ein Common-Rail, ständig verbunden und steht dementsprechend unter hohem Druck. Der Ablaufraum 5 ist ständig mit einer relativ drucklosen Rücklaufleitung 6 für Kraftstoff verbunden, so dass der Ablaufraum 5 praktisch drucklos ist. Der Innenraum des Zulaufraumes 4 kommuniziert mit dem Innenraum eines Düsenkörpers 7, welcher in einen Brennraum eines Brennkraftmotors mündende Düsen 8 aufweist, die von einer Düsennadel 9 gesteuert werden. Die Düsennadel 9 besitzt ein düsenfernes plungerartiges Ende, welches als Verdränger in einem Steuerraum 10 arbeitet, der in einem am Ventilsitzkörper 2 im Zulaufraum 4 angeordneten Zylinder untergebracht ist. Im übrigen wird die Düsennadel 9 von einer koaxial zur Nadelachse angeordneten Schraubendruckfeder 11 in die Düsen 8 schließender Richtung beaufschlagt.

Der Steuerraum 10 ist über eine erste Drossel Dl mit dem Zulaufraum 4 und über eine zweite Drossel D2 mit einem Ventilraum 12 eines Steuerventils 13 verbunden. Dieses Steuerventil 13 besitzt einen auf einer stationären Plungerstange 14 verschiebbar geführten hülsenförmigen Ventilkörper 15, der mittels eines konzentrisch zur Plungerstange 14 angeordneten ringförmigen Elektromagnetes 16 gesteuert und mittels einer konzentrisch zur Plungerstange 14 angeordneten Schließfeder 17, die im dargestellten Beispiel als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, in seine auf dem zugeordneten Sitz 18 am Ventilsitzkörper 2 aufliegende Schließlage gespannt wird.

Auf der dem Ablaufraum 5 zugewandten Seite des Ventilsitzkörpers 2 ist ein zum hülsenförmigen Ventilkörper 15 konzentrisches zylinderartiges Gehäuse angeordnet, welches einen ringförmigen übergangsraum 19 umschließt, der mit dem Ablaufraum 5 über im vorgenannten Gehäuse angeordnete Drosselbohrungen 20 kommuniziert.

Der in Fig. 1 dargestellte Injektor arbeitet wie folgt:

- A -

Wenn die Düsennadel 9 die in Fig. 1 dargestellte Schließlage einnehmen bzw. in dieser Schließlage bleiben soll, wird das Steuerventil 13 geschlossen bzw. geschlossen gehalten. Damit liegt im Steuerraum 10 der gleiche Druck wie im Zulaufraum 4 vor, und die Schraubendruckfeder 11 stellt somit die Düsennadel 9 in die Schließlage. Die Schließlage des Steuerventils 13 wird dadurch eingestellt bzw. gehalten, dass der Elektromagnet 16 elektrisch stromlos geschaltet bzw. gehalten wird.

Wenn nun zu Beginn einer Einspritzphase die Düsennadel 9 in ihre die Düsen 8 freigebende Offenlage gebracht werden soll, wird der Elektromagnet 16 elektrisch bestromt, so dass die am hülsenförmigen Ventilkörper 15 angeordnete Ankeranordnung 21 vom Elektromagnet 16 magnetisch angezogen und dementsprechend der Ventilkörper 15 vom Sitz 18 abgehoben wird. Damit erhält der Steuerraum 10 über die Drossel D2, den Ventilraum 12, den übergangsraum 19 und die Drosselbohrungen 20 Verbindung mit dem relativ drucklosen Ablaufraum 5, d.h. der Druck im Steuerraum 10 nimmt verschwindende Werte an, so dass der hohe Druck im Zulaufraum 4 sowie im Düsenkörper 7 die Düsennadel 9 gegen die Schließkraft der Schraubendruckfeder 11 in die Offenlage stellt. Gleichzeitig wird damit Kraftstoff über die Düsen 8 in den (nicht dargestellten) Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Innerhalb des von dem übergangsraum 19 und dem Ventilraum 12 gebildeten Gesamtraumes arbeitet der hülsenformige Ventilkörper 15 als Verdränger, wobei das Volumen des Gesamtraumes 12,19 beim öffhungshub des Ventilkörpers 15 vergrößert wird. Die damit verbundene Druckabsenkung im Gesamtraum 12,19 führt zu einer mehr oder weniger großen Angleichung des Druckes an den verschwindenden Druck des Ablaufraumes 5, d.h. es erfolgt eine gesteuerte Druckabsenkung, so dass die Anregung unerwünschter Druckschwingungen weitestgehend vermieden wird.

Wenn der Elektromagnet 16 stromlos geschaltet wird, um das Steuerventil 13 zu schließen, so muss der hülsenformige Ventilkörper 15 bei seinem Schließhub Kraftstoff aus dem Gesamtraum 12,19 über die Drosselbohrungen 20 in den Ablaufraum 5 verdrängen. Entsprechend dem Drosselwiderstand der Drosselbohrungen 20 muss der Ventilkörper 15 bei seinem Schließhub gegen einen mehr oder weniger großen hydraulischen Gegendruck arbeiten, so dass der Schließhub des Ventilkörpers 15 gedämpft wird. Eine weitere Dämpfung des Schließhubes tritt in dessen Endphase auf, denn bei zunehmender Annäherung des Ventilkörpers 15 an seinen Sitz 18 bildet sich zwischen den zugewandten

Flächen von Ventilkörper 15 und Sitz 18 ein sich verengender Quetschspalt 22, aus dem hydraulisches Medium, d.h. Kraftstoff verdrängt werden muss, wobei die Verdrängung verzögert wird, weil der Kraftstoff aufgrund seiner Viskosität nur vergleichsweise langsam aus dem Quetschspalt austreten kann. Im Ergebnis wird damit eine verzögerte Annäherung des Ventilkörpers 15 an seine Schließlage erreicht. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Druck im Steuerraum 10 vergleichsweise langsam den für das Schließen der Düsennadel 9 notwendigen Wert erreicht. Im Ergebnis werden auf diese Weise auch beim Schließvorgang der Düsennadel 9 unerwünschte Druckschwingungen im Hydraulikmedium des Zulaufraumes 4 bzw. des Ablaufraumes 5 weitgehend vermieden bzw. gedämpft. Desweiteren ist vorteilhaft, dass durch die Drosselwirkung der Drosselbohrungen 20 ein schneller Abfluss von Kraftstoff aus dem übergangsraum 19 in den Ablaufraum 5 vermieden wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass am Ende der Schließbewegung des Ventilkörpers 15 bzw. zu Beginn seiner öffnungsbewegung, d.h. wenn zwischen Ventilsitz 18 und Ventilkörper 15 nur ein sehr schmaler Ringspalt geöffnet ist, auch innerhalb dieses Ringspaltes nur vergleichsweise geringe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten können und damit eine unerwünschte Kavitation des Kraftstoffes vermieden wird.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass der übergangsraum 19 mit dem Ablaufraum 5 einerseits über die Drossel 20 und andererseits über ein Druckbegrenzungsventil 23 verbunden ist.

Auf diese Weise wird der im übergangsraum 19 erreichbare Höchstdruck begrenzt. Im dargestellten Beispiel besitzt das Druckbegrenzungsventil 23 eine als Schließkörper dienende Ventilkugel, die von einer blattfederartigen Schließfeder, die am Ventilsitzkörper 2 befestigt ist, in die Schließlage gespannt wird.

Im übrigen gelten für die Ausführungsform der Fig. 2 die obigen Ausführungen zur Fig. 1.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, dass das Gehäuse des übergangsraumes 19 den Schließkörper eines Druckregelventiles bildet. Wie die Fig. 3 zeigt, ist auf den Außenumfang des hülsenförmigen Ventilkörpers 15 des Steuerventils 13 ein weiteres hülsenförmiges Ventilelement 24 verschiebbar angeordnet, welches von einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Schließfeder 25, die koaxial zum Ventilkörper 15 angeordnet und zwischen den einander zugewandten Seiten des Ventilelementes 24 und der

Ankeranordnung 21 eingespannt ist, in die Schließlage gedrängt wird, wobei das Ventilelement 24 mit einem am Ventilsitzkörper 2 ausgebildeten ringförmigen Ventilsitz 26 zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform stellt sich also beim öffnen des Ventilkörpers 15 des Steuerventils 13 im übergangsraum 19 ein regelbarer Gegendruck ein.

Desweiteren zeigt die Fig. 3 beispielhaft, dass die stationäre Plungerstange 14, die den Ventilraum 12 innerhalb des hülsenformigen Ventilkörpers 15 absperrt, getrennt von einem dem Injektorkörper 1 am in der Fig. 3 oberen Ende verschließenden Boden 27 ausgebildet sein kann. Im dargestellten Beispiel ist am oberen Ende der Plungerstange 14 eine Ringscheibe angeformt, die das stationäre Widerlager der Schließfeder 17 des Ventilgliedes 15 bildet und somit von der Schließfeder 17 gegen den Boden 27 gespannt wird und damit die Plungerstange 14 senkrecht zum Boden 27 ausrichtet.

Desweiteren ist der Boden 27 durch Schraubverstellung im Injektorkörper 1 in Fig. 3 in Abwärtsrichtung verschiebbar, derart, dass die Elektromagnetanordnung 16 gegen einen mit radialen öffnungen versehenen Zylinderring 28 axial anschiebbar ist, wobei dann der Zylinderring 28 den scheibenförmigen Ventilsitzkörper 2 gegen eine zugewandte Ringstufe im Innenraum des Injektorkörpers 1 spannt. Der Boden 27 dient also einerseits zur Abschließung des Ablaufraumes 5 und andererseits zur Fixierung der Elektromagnetanordnung 16 sowie des Zylinderringes 28 und des Ventilsitzkörpers 2 im Injektorkörper 1.