DE102014225392A1

DE102014225392A1 - Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor sowie Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102014225392A1
Application number: DE102014225392.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein als Hohlnadel ausgeführtes erstes hubbewegliches Einspritzventilglied (1), das zum Freigeben und Verschließen eines ersten Strömungspfads in Richtung mindestens einer Einspritzöffnung (2) mit einem ersten Dichtsitz (3) zusammenwirkt, der in einem Düsenkörper (4) ausgebildet ist, ferner umfassend ein als Vollnadel ausgebildetes zweites hubbewegliches Einspritzventilglied (5), das zumindest abschnittsweise im ersten Einspritzventilglied (1) aufgenommen ist und zum Freigeben und Verschließen eines zweiten Strömungspfads in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung (2) mit einem zweiten Dichtsitz (6) zusammenwirkt, der im ersten Einspritzventilglied (1) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind das erste und das zweite Einspritzventilglied (1, 5) zumindest bereichsweise von einer am Düsenkörper (4) abgestützten Führungshülse (7) umgeben, die gemeinsam mit den beiden Einspritzventilgliedern (1, 5) einen Steuerraum (8) begrenzt, der über eine schaltbare Drossel (9) mit einem Hochdruckraum (10) hydraulisch verbindbar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 037 956 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der ein in zwei Schritten öffnendes, mehrteiliges Einspritzventilglied besitzt. Das mehrteilige Einspritzventilglied umfasst ein Innenteil, das in einem Außenteil axial geführt ist und einen im Außenteil ausgebildeten Druckraum begrenzt, der in ständiger Fluidverbindung mit einem Druckraum außerhalb des Außenteils steht. An seinem brennraumseitigen Ende wirkt das Innenteil mit einem im Außenteil ausgebildeten Sitz zusammen, dessen Sitzdurchmesser kleiner als der eines weiteren Sitzes ist, mit dem das Außenteil zusammenwirkt. Da beim schrittweisen Öffnen des mehrteiligen Einspritzventilgliedes erst das Innenteil öffnet, können in einem ersten Schritt verhältnismäßig kleine Einspritzmengen realisiert werden. Aufgrund einer mechanischen oder hydraulischen Kopplung des Innenteils mit dem Außenteil wird in einem zweiten Schritt auch das Außenteil aus seinem Sitz gehoben, so dass sich der Durchfluss vergrößert. Das Anheben von Innen- und Außenteil kann dabei mit vergleichsweise geringer Kraft bewirkt werden, da sich beim Öffnen des Innenteils unterhalb seines Sitzes ein Druck in Öffnungsrichtung aufbaut. Um bei gleichem Systemdruck die erforderliche Öffnungskraft noch weiter zu reduzieren, kann der Sitzdurchmesser verringert werden. Hier sind jedoch die fertigungs- und funktionstechnischen Grenzen bereits erreicht.
Heutige Anwendungen, insbesondere im Nutzkraftwagenbereich, erfordern oftmals sehr große Durchflüsse. Mit größer werdenden Durchflüssen steigt jedoch der Energiebedarf, da zur vollständigen Entdrosselung der Düsennadel eine höhere Öffnungskraft benötigt wird. Zugleich verschlechtert sich die Performance bei Mehrfacheinspritzungen, da durch den größeren Düsennadelhub engere Einspritzabstände kaum realisierbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor anzugeben, die große Durchflüsse ermöglicht und somit auch im Nutzfahrzeugbereich einsetzbar ist. Ferner sollen kleinere Einspritzmengen, wie sie beispielsweise bei der Voreinspritzung benötigt werden, stabiler dargestellt werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst ein als Hohlnadel ausgeführtes erstes hubbewegliches Einspritzventilglied, das zum Freigeben und Verschließen eines ersten Strömungspfads in Richtung mindestens einer Einspritzöffnung mit einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt, der in einem Düsenkörper ausgebildet ist. Ferner umfasst die Düsenbaugruppe ein als Vollnadel ausgebildetes zweites hubbewegliches Einspritzventilglied, das zumindest abschnittsweise im ersten Einspritzventilglied aufgenommen ist und zum Freigeben und Verschließen eines zweiten Strömungspfads in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung mit einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt, der im ersten Einspritzventilglied ausgebildet ist. Erstes und zweites Einspritzventilglied sind relativ zueinander beweglich, so dass sie zeitlich versetzt aus ihrem jeweiligen Dichtsitz gehoben werden können. Über die Freigabe eines oder beider Strömungspfade kann der Durchfluss eingestellt werden.
Erfindungsgemäß sind das erste und das zweite Einspritzventilglied zumindest bereichsweise von einer am Düsenkörper abgestützten Führungshülse umgeben, die gemeinsam mit den beiden Einspritzventilgliedern einen Steuerraum begrenzt, der über eine schaltbare Drossel mit einem Hochdruckraum hydraulisch verbindbar ist. Bei zugeschalteter Drossel ist eine Verbindung des Steuerraums mit dem Hochdruckraum hergestellt, so dass Kraftstoff über die Drossel aus dem Hochdruckraum in den Steuerraum zu strömen vermag. Bei abgeschalteter Drossel ist die Verbindung unterbrochen und es strömt kein Kraftstoff nach. Durch Zu- oder Abschalten der Drossel kann somit der Druck im Steuerraum in der Weise beeinflusst werden, dass das Schaltverhalten beim Öffnen, insbesondere des als Hohlnadel ausgeführten ersten Einspritzventilglieds, verbessert wird.
Der im Steuerraum vorherrschende Druck bewirkt eine auf das erste Einspritzventilglied lastende hydraulische Schließkraft, die es beim Öffnen zu überwinden gilt. Zur Optimierung des Schaltverhaltens beim Öffnen sollte daher der Druck im Steuerraum gering gehalten werden. Dies kann durch Öffnen des als Vollnadel ausgeführten zweiten Einspritzventilglieds erfolgen, so dass der zweite Strömungsweg freigegeben ist und Kraftstoff aus dem Steuerraum in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung abströmen kann. Wird zugleich die Drossel abgeschaltet, kann verhindert werden, dass Kraftstoff aus dem Hochdruckraum in den Steuerraum nachströmt. Vorzugsweise ist daher in Schließstellung des als Vollnadel ausgeführten zweiten Einspritzventilglieds die Drossel zugeschaltet, um eine Befüllung des Steuerraums mit Kraftstoff zu ermöglichen, und in Öffnungsstellung abgeschaltet, um den Druck im Steuerraum abzusenken und die gewünschte Entlastung des als Hohlnadel ausgeführten ersten Einspritzventilglieds zu bewirken.
Bevorzugt ist daher die Schaltstellung der Drossel vom Hub des als Vollnadel ausgebildeten zweiten Einspritzventilglieds abhängig. Denn hierbei ändert sich die axiale Lage des zweiten Einspritzventilglieds in Bezug auf die Führungshülse, in welcher weiterhin bevorzugt die Drossel ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Drossel als eine radial, axial oder schräg verlaufende Bohrung in der Führungshülse ausgebildet sein.
Da die schaltbare Drossel den Zulauf von Kraftstoff in den Steuerraum steuert, kann sie auch als Zulaufdrossel bezeichnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt das zweite Einspritzventilglied zum Schalten der Drossel eine Dichtkontur, die mit einem an der Führungshülse ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt. Auf diese Weise wird der Strömungsweg in den Steuerraum unterbrochen, wenn die Dichtkontur des zweiten Einspritzventilglieds zur Anlage am Dichtsitz der Führungshülse gelangt. Die Dichtkontur und der Dichtsitz können eine beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann bzw. können die Dichtkontur und/oder der Dichtsitz kegelförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Dichtsitz im Bereich eines Absatzes der Führungshülse ausgebildet, so dass weiterhin bevorzugt der Steuerraum durch den Dichtsitz in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt wird.
Vorteilhafterweise mündet die Drossel in den zweiten Abschnitt des Steuerraums, der gegenüber dem ersten Abschnitt einen reduzierten Innendurchmesser besitzt. Bei abgeschalteter Drossel bilden sich somit zwei Druckräume im Steuerraum aus. Während der Druck im ersten Abschnitt des Steuerraums bei abgeschalteter Drossel abfällt, steigt er im zweiten Abschnitt an und bewirkt eine in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckkraft, welche die innerhalb des Dichtsitzes zu liegen kommende Dichtkontur des zweiten Einspritzventilglieds beaufschlagt. Sie unterstützt den Schließvorgang, um beispielsweise enge Einspritzabstände zu realisieren.
Durch geeignete Auslegung des Drosselquerschnitts sowie der Flächenverhältnisse der an den Einspritzventilgliedern ausgebildeten hydraulisch wirksamen Flächen, kann das Öffnungs- und Schließverhalten der beiden Einspritzventilglieder gezielt beeinflusst werden. Bei der Auslegung gilt es ferner den Querschnitt einer im ersten Einspritzventilglied ausgebildeten und Teil des zweiten Strömungswegs bildenden Abströmöffnung zu berücksichtigen, der den Ablauf von Kraftstoff aus dem Steuerraum in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung bestimmt. Vorzugsweise ist die Abströmöffnung als Drossel ausgebildet, weshalb sie auch als Ablaufdrossel bezeichnet werden kann. Der Querschnitt der Abströmöffnung bzw. Ablaufdrossel ist weiterhin bevorzugt deutlich kleiner gewählt als der Gesamtöffnungsquerschnitt der Einspritzöffnungen.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Führungshülse eine als Hubanschlag für das erste Einspritzventilglied dienende Anschlagfläche ausbildet. Der Öffnungshub des ersten Einspritzventilglieds ist demnach begrenzt. Die Anschlagfläche ist derart anzuordnen, dass einerseits ein vollständiges Entdrosseln des ersten Einspritzventilglieds im Bereich des ersten Dichtsitzes gewährleistet ist, um bei geöffnetem ersten Einspritzventilglied einen maximalen Durchfluss zu ermöglichen. Andererseits darf der vollständige Öffnungshub des ersten Einspritzventilgliedes nicht zu einer Drosselung zwischen dem zweiten Einspritzventilglied und dem zweiten Dichtsitz führen. Vorzugsweise ist die als Hubanschlag dienende Anschlagfläche über einen ringförmigen Absatz der Führungshülse realisiert, der weiterhin vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Steuerraums ausgebildet ist. Die den Absatz radial innen begrenzende, ringförmige Kante kann zugleich als Dichtsitz für die am zweiten Einspritzventilglied ausgebildete Dichtkontur zum Schalten der Drossel dienen.
Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass das erste Einspritzventilglied über einen Führungsabschnitt des Düsenkörpers geführt ist. Das heißt, dass der Düsenkörper eine Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Einspritzventilglieds besitzt, die zumindest in einem Abschnitt an den Außendurchmesser des Einspritzventilglieds angepasst ist. Die Ausnehmung ist Teil des Hochdruckraums, so dass vorzugsweise der Führungsabschnitt den Hochdruckraum in einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum unterteilt. Weiterhin vorzugsweise sind der erste und der zweite Druckraum über eine Verbindungsbohrung und/oder eine Schließdrossel hydraulisch verbunden, um die Versorgung der mindestens einen Einspritzöffnung über den ersten Strömungsweg, der über den Hochdruckraum bzw. die beiden Druckräume führt, sicherzustellen.
Aufgrund der Führung des ersten Einspritzventilglieds über den Führungsabschnitt des Düsenkörpers, kann das erste Einspritzventilglied zur Führung der den Steuerraum begrenzenden Führungshülse eingesetzt werden. Die am Düsenkörper axial abgestützte Führungshülse dient dann der Führung des zweiten Einspritzventilglieds, das hierzu die Führungshülse durchsetzt. Alternativ oder ergänzend kann eine Führung des zweiten Einspritzventilglieds über das erste Einspritzventilglied bewirkt werden.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst neben der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe einen Anker, der mit dem zweiten Einspritzventilglied fest verbunden ist, sowie eine Magnetbaugruppe zur Einwirkung auf den Anker. Der Kraftstoffinjektor ist demnach als Direktschalter ausgelegt, wobei der Hub des Ankers – aufgrund der festen Verbindung – nicht nur direkt, sondern ferner ohne Übersetzung auf das zweite Einspritzventilglied übertragen wird. Eine Übersetzung ist nicht erforderlich, da der Sitzdurchmesser des mit dem zweiten Einspritzventilglied zusammenwirkenden Dichtsitzes sehr klein gewählt werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann der Ankerhub und/oder der Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und der Magnetspule reduziert werden. Dies führt zu einer Erhöhung des Kraftüberschusses beim Öffnen. In der Folge verringern sich die Verzugszeiten zwischen Bestromungsbeginn der Magnetspule und Einspritzbeginn, was insbesondere die Darstellung zeitlich enger Einspritzabstände begünstigt.
Aufgrund der festen Verbindung des Ankers mit dem zweiten Einspritzventilglied, wird vorzugsweise der Hub des Ankers durch den Hub des zweiten Einspritzventilglieds begrenzt. Das heißt, dass kein separater Anschlag für den Anker im Bereich der Magnetbaugruppe vorgesehen sein muss. Das heißt ferner, dass es nicht zu unerwünschten hydraulischen und/oder magnetischen Klebeeffekten kommt, die das Schließverhalten des Kraftstoffinjektors negativ beeinflussen.
Ein stabiles Schließen des Kraftstoffinjektors wird ferner dadurch unterstützt, dass im unterteilten Steuerraum unterschiedliche Druckverhältnisse herrschen, die beim Schließen eine auf das zweite Einspritzventilglied in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckkraft ausüben.
Die schaltbare Drossel hat zudem die Wirkung, dass Druckverluste im Bereich einer Schließdrossel, sofern eine solche vorhanden ist, verringert oder verhindert werden.
Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor weist aufgrund der Düsenbaugruppe mit schaltbarer Drossel ein optimiertes Schaltverhalten auf, das sowohl zur Darstellung großer Durchflüsse als auch zur Einspritzung kleiner Mengen geeignet ist.
Um große Durchflüsse zu realisieren, werden beide Einspritzventilglieder 1, 5 geöffnet. Mit dem Öffnen des ersten Einspritzventilglieds kann begonnen werden a) bevor oder b) nachdem der Anker bzw. das mit dem Anker fest verbundene zweite Einspritzventilglied seinen Anschlag erreicht hat. Letzteres besitzt den Vorteil, dass die schaltbare Drossel bereits abgeschaltet und der Druck im Steuerraum bereits abgesenkt ist, wenn das erste Einspritzventilglied öffnet.
Um beim Öffnen des ersten Einspritzventilglieds sicherzustellen, dass das zweite Einspritzventilglied vollständig entdrosselt bleibt, ist der Hub des Ankers größer als der des ersten Einspritzventilglieds zu wählen.
Bevorzugt umfasst der Anker eine Ankerplatte und einen Ankerbolzen. Der Ankerbozen erleichtert die Verbindung des Ankers mit dem zweiten Einspritzventilglied. Ferner bevorzugt ist der Anker über die Federkraft einer Rückstellfeder in Richtung des ersten Einspritzventilglieds axial vorgespannt. Die Rückstellfeder kann hierzu einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar oder mittelbar über einen Federteller am Ankerbolzen des Ankers abgestützt sein. Der Federteller vereinfacht die Montage des Ankers.
Vorteilhafterweise ist die Führungshülse nicht nur am Düsenkörper abgestützt, sondern ferner über die Federkraft einer Feder gegen einen Absatz des Düsenkörpers axial vorgespannt. Durch die Federkraft der Feder ist die Führungshülse axial lagefixiert, so dass sie als Hubanschlag für die Einspritzventilglieder dienen kann. Die zur Lagefixierung vorgesehene Feder kann dabei einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar an der Führungshülse abgestützt sein.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das erste Einspritzventilglied über die Federkraft einer in Öffnungsrichtung wirkenden weiteren Feder axial vorgespannt ist. Die Feder vermag eine Schließdrossel zu ersetzen, die zu einer in Öffnungsrichtung auf das erste Einspritzventilglied wirkenden hydraulischen Druckkraft führt und somit dessen Öffnungsverhalten begünstigt. Allerdings gehen mit einer Schließdrossel immer auch Druckverluste einher, die unerwünscht sind. Da die vorgeschlagene weitere Feder eine Schließdrossel entbehrlich macht, können derartige Druckverluste verringert oder verhindert werden, was wiederum besonders große Durchflüsse begünstigt. Die zur axialen Vorspannung des ersten Einspritzventilglieds vorgesehene Feder ist vorzugsweise einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar an dem ersten Einspritzventilglied abgestützt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer in einen Kraftstoffinjektor eingesetzten erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe in geschlossenem Zustand,
2 die in den Kraftstoffinjektor eingebaute Düsenbaugruppe der 1 in geöffnetem Zustand,
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer in einen Kraftstoffinjektor eingesetzten erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe in geschlossenem Zustand und
4 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer in einen Kraftstoffinjektor eingesetzten erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe in geschlossenem Zustand.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors der 1 und 2 umfasst zwei ineinander geführte, hubbewegliche Einspritzventilglieder 1, 5, von denen ein außen liegendes, erstes Einspritzventilglied 1 als Hohlnadel und ein innen liegendes, zweites Einspritzventilglied 5 als Vollnadel ausgeführt ist. Jedes Einspritzventilglied 1, 5 wirkt mit einem Dichtsitz 3, 6 zusammen. Ein erster Dichtsitz 3 ist in einem Düsenkörper 4 ausgebildet, in dem das erste Einspritzventilglied 1 aufgenommen und geführt ist. Zur Führung des ersten Einspritzventilglieds 1 bildet der Düsenkörper 4 einen Führungsabschnitt 14 aus, der einen Hochdruckraum 10 in einen ersten und einen zweiten Druckraum 10.1, 10.2 unterteilt. Beide Druckräume 10.1, 10.2 sind über eine Schließdrossel 16 hydraulisch verbunden. Ein zweiter Dichtsitz 6 ist im ersten Einspritzventilglied 1 ausgebildet, in dem das zweite Einspritzventilglied 5 aufgenommen und geführt ist. Dadurch, dass die Einspritzventilglieder 1, 5 relativ zueinander beweglich sind, kann das außen liegende erste Einspritzventilglied 1 zeitlich versetzt zum innen liegenden, zweiten Einspritzventilglied 5 geöffnet werden. Auf diese Weise sind unterschiedlich große Durchflüsse darstellbar. Wird nur das innen liegende, zweite Einspritzventilglied 5 geöffnet, ist der Durchfluss gering und es können kleine Einspritzmengen realisiert werden. Wird zusätzlich das außen liegende, erste Einspritzventilglied 1 geöffnet, können sehr große Durchflüsse realisiert werden.
Mit dem zeitlich versetzten Öffnen der beiden Einspritzventilglieder 1, 5 werden verschiedene Strömungspfade in Richtung mehrerer im Düsenkörper 4 ausgebildeter Einspritzöffnungen 2 freigegeben. Über die Einspritzöffnungen 2 wird der einzuspritzende Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eingebracht. Ein erster Strömungspfad führt über den zweiten Dichtsitz 6 und eine Abströmöffnung 24, die im ersten Einspritzventilglied 1 ausgebildet ist, in ein Sackloch 25 des Düsenkörpers 4, von dem die mehreren Einspritzöffnungen 2 abgehen. Der erste Strömungspfad wird mit Öffnen des zweiten Einspritzventilglieds 5 freigegeben. Ein zweiter Strömungsweg führt vom ersten Druckraum 10.1 über die Schließdrossel 16 in den zweiten Druckraum 10.2, der durch Öffnen des ersten Einspritzventilglieds 1 mit dem Sackloch 25 verbindbar ist.
Das zeitlich versetzte Öffnen der Einspritzventilglieder 1, 5 wird über eine Magnetbaugruppe 17 des Kraftstoffinjektors bewirkt, mittels dessen auf einen Anker 18 eingewirkt werden kann, der eine Ankerplatte 18.1 sowie einen mit dem zweiten Einspritzventilglied 5 fest verbundenen Ankerbolzen 18.2 besitzt. Über die Magnetbaugruppe 17 ist eine Magnetkraft F_M erzeugbar, die den Anker 18 zum Schließen eines Arbeitsluftspalts 30 nach oben bewegt und zugleich das zweite Einspritzventilglied 5 aus dem Dichtsitz 6 hebt. Über den Dichtsitz 6 und die Abströmöffnung 24 vermag nunmehr Kraftstoff in das Sackloch 25 zu strömen.
Der Öffnungshub des zweiten Einspritzventilglieds 5 wird von einer Führungshülse 7 begrenzt, die beide Einspritzventilglieder 1, 5 zumindest bereichsweise umgibt und gemeinsam mit den beiden Einspritzventilgliedern 1, 5 einen Steuerraum 8 begrenzt. Das zweite Einspritzventilglied 5 ist zur Verbindung mit dem Ankerbolzen 18.2 durch eine Führungsbohrung 26 der Führungshülse 7 hindurch geführt. Die Führungshülse 7 bildet innenumfangseitig einen Absatz aus, der radial innen von einer ringförmigen Kante begrenzt wird, die als Dichtsitz 12 dient. Am zweiten Einspritzventilglied 5 ist eine mit dem Dichtsitz 12 zusammenwirkende kegelförmige Dichtkontur 11 ausgebildet, die beim Öffnen des zweiten Einspritzventilglieds 5 zur Anlage am Dichtsitz 12 gelangt und auf diese Weise den Hub des zweiten Einspritzventilglieds 5 begrenzt. In dieser Schaltstellung vermag kein Kraftstoff in den Steuerraum 8 nachzuströmen, da der Zulauf über eine Drossel 9 bewirkt wird, die in der Führungshülse 7 ausgebildet ist und oberhalb des Dichtsitzes 12 in einen Abschnitt 8.2 des Steuerraums 8 mündet. Da bei vollständig geöffnetem zweiten Einspritzventilglied 5 keine hydraulische Verbindung des Abschnitts 8.2 mit einem unterhalb des Dichtsitzes 12 liegenden Abschnitt 8.1 des Steuerraums 8 besteht, vermag kein Kraftstoff in den Abschnitt 8.1 nachzuströmen. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Abschnitt 8.1 des Steuerraums 8 unterhalb des Dichtsitzes 12 abfällt, während der Druck unterhalb des ersten Einspritzventilglieds 1 ansteigt. Dies bewirkt eine auf das erste Einspritzventilglied 1 in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft F_hydr (siehe 1), die schließlich zum Öffnen des ersten Einspritzventilglieds 1 führt.
In Abhängigkeit von den jeweils gewählten Strömungsquerschnitten der Drossel 9, der Abströmöffnung 24 und den Einspritzöffnungen 2 sowie den jeweils gewählten Größen der hydraulisch wirksamen Flächen an den Einspritzventilgliedern 1, 5, die insbesondere durch die Durchmesser D₁ bis D₃ bestimmt werden (siehe 1), kann das Öffnen des ersten Einspritzventilglieds 1 bewirkt werden, bevor oder nachdem das zweite Einspritzventilglied 5 zur Anlage am Dichtsitz 12 gelangt. Bevorzugt liegt das zweite Einspritzventilglied 5 am Dichtsitz 12 an, wenn das erste Einspritzventilglied 1 öffnet, da dann die Drossel 9 abgeschaltet ist. Da bei geschlossener Drossel 9 der Druck im Abschnitt 8.1 des Steuerraums 8 abfällt, kann auf diese Weise ein schnelles Öffnen des ersten Einspritzventilglieds 1 bewirkt werden.
Der Öffnungshub des ersten Einspritzventilglieds 1 wird durch eine Anschlagfläche 13 begrenzt, die durch den innenumfangseitigen Absatz der Führungshülse 7 ausgebildet wird. Um eine vollständige Entdrosselung des zweiten Einspritzventilglieds 5 bei vollständig geöffnetem ersten Einspritzventilglied 1 zu gewährleisten, ist der Hub des Ankers 18 bzw. des zweiten Einspritzventilglieds 5 größer als der Hub des ersten Einspritzventilglieds 1 gewählt. Um hydraulischen und/oder magnetischen Klebeeffekten entgegen zu wirken, ist vorzugsweise der Hub des zweiten Einspritzventilglieds 5 derart dimensioniert, dass mit Erreichen des Dichtsitzes 12 der Anker 18 nicht in Kontakt mit einer Polfläche 27 an einem Innenpolkörper 28 der Magnetbaugruppe 17 gelangt.
Da die Führungshülse 7 als Hubanschlag für die Einspritzventilglieder 1, 5 dient, ist sie in axialer Richtung lagefixiert. Die axiale Lagefixierung wird über die Federkraft einer Feder 21 bewirkt, mittels welcher die Führungshülse 7 gegen einen Absatz 22 des Düsenkörpers 4 axial vorgespannt ist. In radialer Richtung ist die Führungshülse 7 verschiebbar, um etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen auszugleichen.
Zum Schließen des Kraftstoffinjektors wird die Bestromung der Magnetbaugruppe 17 beendet. Durch die Federkraft F_Rück einer Rückstellfeder 19, die einerseits gehäuseseitig und andererseits an einem mit dem Ankerbolzen 18.2 verbundenen Federteller 20 abgestützt ist, werden der Anker 18 und das zweite Einspritzventilglied 5 in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Damit wird die Drossel 9 wieder zugeschaltet und Kraftstoff vermag in den Abschnitt 8.1 des Steuerraums 8 zu strömen. Als Folge steigt der Druck im Steuerraum 8 an und bewirkt eine auf das erste Einspritzventilglied 1 in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckkraft F_hydr (siehe 2), die den Schließvorgang unterstützt.
In der 3 ist eine Variante einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe bzw. eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors dargestellt. Die hydraulische Verbindung der Druckräume 10.1 und 10.2 wird hier über einen im Düsenkörper 4 ausgebildeten Verbindungkanal 15 bewirkt. Auf die Ausbildung einer Schließdrossel 16 wird verzichtet. Stattdessen wird das erste Einspritzventilglied 1 in Öffnungsrichtung von der Federkraft F_Öffn einer Feder 23 beaufschlagt, die einerseits gehäuseseitig, nämlich am Absatz 22 des Düsenkörpers 4, und andererseits unmittelbar am ersten Einspritzventilglied 1 abgestützt ist. Der Verzicht auf die Schließdrossel 16 führt zu einem deutlich verringertem Druckverlust im Druckraum 10.2.
Der 4 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe zu entnehmen, die besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist. Denn bei dieser Variante wird nicht nur auf die Schließdrossel 16, sondern ferner auf die Feder 23 verzichtet. Stattdessen ist außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied 1 im Bereich des Druckraums 10.2 ein Absatz 29 vorgesehen. Da der Druck bei geöffnetem ersten Einspritzventilglied 1 im Bereich des Absatzes 29 größer ist als im Bereich des Sacklochs 25, wirkt auf das erste Einspritzventilglied 1 eine in Öffnungsrichtung resultierende Kraft, welche den Verzicht auf die Schließdrossel 16 bzw. die Feder 23 möglich macht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005037956 A1 [0002]

Claims

Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein als Hohlnadel ausgeführtes erstes hubbewegliches Einspritzventilglied (1), das zum Freigeben und Verschließen eines ersten Strömungspfads in Richtung mindestens einer Einspritzöffnung (2) mit einem ersten Dichtsitz (3) zusammenwirkt, der in einem Düsenkörper (4) ausgebildet ist, ferner umfassend ein als Vollnadel ausgebildetes zweites hubbewegliches Einspritzventilglied (5), das zumindest abschnittsweise im ersten Einspritzventilglied (1) aufgenommen ist und zum Freigeben und Verschließen eines zweiten Strömungspfads in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung (2) mit einem zweiten Dichtsitz (6) zusammenwirkt, der im ersten Einspritzventilglied (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Einspritzventilglied (1, 5) zumindest bereichsweise von einer am Düsenkörper (4) abgestützten Führungshülse (7) umgeben sind, die gemeinsam mit den beiden Einspritzventilgliedern (1, 5) einen Steuerraum (8) begrenzt, der über eine schaltbare Drossel (9) mit einem Hochdruckraum (10) hydraulisch verbindbar ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstellung der Drossel (9) abhängig vom Hub des als Vollnadel ausgebildeten zweiten Einspritzventilglieds (5) ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventilglied (5) zum Schalten der Drossel (9) eine Dichtkontur (11) besitzt, die mit einem an der Führungshülse (7) ausgebildeten Dichtsitz (12) zusammenwirkt, wobei vorzugsweise der Dichtsitz (12) den Steuerraum (8) in einen ersten Abschnitt (8.1) und einen zweiten Abschnitt (8.2) unterteilt.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (9) in den zweiten Abschnitt (8.2) des Steuerraums (8) mündet, der gegenüber dem ersten Abschnitt (8.1) einen reduzierten Innendurchmesser besitzt.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) eine als Hubanschlag für das erste Einspritzventilglied (1) dienende Anschlagfläche (13) ausbildet, die vorzugsweise über einen ringförmigen Absatz der Führungshülse (7) realisiert ist, der weiterhin vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (8.1, 8.2) des Steuerraums (8) ausgebildet ist.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einspritzventilglied (1) über einen Führungsabschnitt (14) des Düsenkörpers (4) geführt ist, der den Hochdruckraum (10) in einen ersten Druckraum (10.1) und einen zweiten Druckraum (10.2) unterteilt, die vorzugsweise über eine Verbindungsbohrung (15) und/oder eine Schließdrossel (16) hydraulisch verbunden sind.
Kraftstoffinjektor mit einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Anker (18), der mit dem zweiten Einspritzventilglied (5) fest verbunden ist, sowie eine Magnetbaugruppe (17) zur Einwirkung auf den Anker (18).
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (18) eine Ankerplatte (18.1) und einen Ankerbolzen (18.2) umfasst und über die Federkraft einer Rückstellfeder (19) in Richtung des ersten Einspritzventilglieds (1) axial vorgespannt ist, wobei vorzugsweise die Rückstellfeder (19) einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar oder mittelbar über einen Federteller (20) am Ankerbolzen (18.2) des Ankers (18) abgestützt ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) über die Federkraft einer Feder (21) gegen einen Absatz (22) des Düsenkörpers (4) axial vorgespannt ist, wobei vorzugsweise die Feder (21) einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar an der Führungshülse (7) abgestützt ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einspritzventilglied (1) über die Federkraft einer weiteren Feder (23) axial vorgespannt ist, die in Öffnungsrichtung wirkt und vorzugsweise einerseits gehäuseseitig und andererseits unmittelbar an dem ersten Einspritzventilglied (1) abgestützt ist.