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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2014 000 451 A1 ist ein Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine bekannt, dessen Düsennadel, welche durch die Kraft einer Düsennadelfeder in die Schließposition kraftbeaufschlagt ist, in einer Düseninnenkammer eines Düsenkörpers axial verstellbar angeordnet ist. In der Düseninnenkammer befindet sich Kraftstoff, der bei Anhebung der Düsennadel über Spritzlöcher in die Umgebung bzw. Brennraum eingedüst wird. Zur Durchführung des Einspritzvorgangs wird ein elektromagnetischer Aktor bestromt und eine Ankerplatte eines Ankers angezogen, wodurch eine Ankerstange des Ankers angehoben und eine Strömungsverbindung zwischen einem Steuerraum in einer Steuerraumbuchse, in die die Düsennadel eingreift, und der Niederdruckseite des Injektors freigegeben wird. Durch den reduzierten Druck im Steuerraum wird die Düsennadel aus dem Dichtsitz angehoben und von ihrer Schließ- in die Öffnungsposition verstellt, woraufhin der Kraftstoff über die Spritzlöcher an der Spitze des Injektors austreten kann.
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Der Anker mit Ankerplatte und Ankerstange sowie der Aktor sind in einem Steuerventilgehäuse aufgenommen, wobei zwischen dem Steuerventilgehäuse und dem Düsenkörper eine Ventil- oder Zwischenplatte mit einer Abflussdrossel zwischen dem Steuerraum in der Steuerraumbuchse und dem Übergangsraum in dem Steuerventilgehäuse angeordnet ist. Bei aktiviertem Aktor fließt Steuerleckagefluid aus dem Steuerraum über die Abflussdrossel in den Übergangsraum und wird von diesem über eine Abflussbohrung im Steuerventilgehäuse zur Niederdruckseite abgeleitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Kraftstoff-Einspritzinjektor betriebssicher auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzinjektor, mit dem Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, weist ein Pilotventil zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel auf, die zur Durchführung des Einspritzvorgangs aus einem Dichtsitz angehoben wird, woraufhin Kraftstoff über Einspritzlöcher einer Einspritzdüse des Einspritzinjektors austreten kann. Das Pilotventil umfasst einen Anker mit einer Ankerplatte und einer Ankerstange, wobei der Anker von einer Ventilfeder in einen Dichtsitz kraftbeaufschlagt ist. Die Anhebung der Ankerstange erfolgt vorzugsweise über einen Aktor, insbesondere einen elektromagnetischen Aktor, bei dessen Bestromung die Ankerplatte mit der Ankerstange aus dem Dichtsitz in eine angehobene Öffnungsposition überführt wird. Der Dichtsitz entspricht einer Schließposition, in der die Ankerstange einen Strömungsweg von einem Steuerraum, in welchem sich unter Hochdruck stehendes Fluid befindet, über der Düsennadel zur Absteuerleckage verschließt. In der Öffnungsposition ist der Strömungsweg geöffnet, so dass Fluid, welches ein Steuerleckagefluid bildet, über den Strömungsweg vom Steuerraum zur Niederdruck-Absteuerleckage strömen kann.
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In die Ankerstange des Pilotventils ist eine axiale Steuerleckagebohrung zur Ableitung des Steuerleckagefluids eingebracht, das in der Öffnungsposition über den offen stehenden Strömungsweg in Richtung zur Ankerstange strömt. Das Steuerleckagefluid kann über die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange zur Niederdruckseite abgeleitet werden, beispielsweise zu einem Kraftstoffbehälter. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass in das Steuerventilgehäuse oder in eine Ventilplatte keine zusätzlichen Ableitungskanäle eingebracht werden müssen, über die das Steuerleckagefluid abgeleitet wird. Die Steuerleckagefluid wird im offenen Zustand der Ankerstange über die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange mit einer Führungsleckage, die sich axial entlang der Außenseite der Ankerstange ausbreitet, im Leckageableitungskanal zusammengeführt. Hierdurch entfallen Bohrungen im Injektorgehäuse zur Verbindung der Steuerleckagebohrungen in der Ventilplatte mit dem gesamten Leckageableitungskanal im Injektorgehäuse.
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Mittels der Strömung des Steuerleckagefluids aus dem Steuerraum durch die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange wird zudem die Temperatur der Führungsleckage gesenkt, so dass die Belagsbildung in der Führung der Ankerstange reduziert bzw. vermieden werden kann. Die Ableitung des Steuerleckagefluids über den Abströmkanal in der Ankerstange vermeidet zumindest weitgehend eine derartige Belagsbildung.
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Die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange ist Teil eines Leckageableitungssystems, um das Steuerleckagefluid zur Niederdruckseite abzuleiten. Auf der der Ankerstangenspitze gegenüberliegenden Seite ist die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange mit einem gehäuseseitigen Leckageableitungskanal strömungsverbunden, der ebenso wie die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange Teil des Leckageableitungssystems ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Steuerleckagefluid von der Spitze der Ankerstange über die in der Ankerstange befindlichen Steuerleckagebohrung und weiter über den Leckageableitungskanal im Gehäuse abgeführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist die Steuerleckagebohrung an der dem Steuerraum zugewandten Spitze der Ankerstange eine Mündungsöffnung auf. Über die Mündungsöffnung, die sich vorzugsweise genau an der Spitze der Steuerleckagebohrung befindet, kann das Steuerleckagefluid in die Steuerleckagebohrung gelangen und axial durch die Steuerleckagebohrung abgeführt werden. In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, die Mündungsöffnung der Steuerleckagebohrung zusätzlich oder alternativ zur Spitze der Ankerstange an der Mantelfläche der Ankerstange anzuordnen, insbesondere mit einem nur geringen axialen Abstand zur Spitze bzw. Stirnseite der Ankerstange. Es kann zweckmäßig sein, über den Umfang verteilt mehrere Mündungsöffnungen in die Mantelfläche der Ankerstange einzubringen, über die das Steuerleckagefluid in die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange gelangt.
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Die Stirnseite der Ankerstange mit der mindestens einen Mündungsöffnung des Steuerleckagebohrungs befindet sich insbesondere in einem Übergangsraum im Ventilgehäuse des Einspritzinjektors, in welchem auch das Pilotventil angeordnet ist. Der Übergangsraum ist bei geöffneter Ankerstange mit dem Strömungsweg vom Steuerraum verbunden und nimmt die vom Steuerraum stammende Steuerleckage auf, das im weiteren Verlauf vom Übergangsraum über die mindestens eine Mündungsöffnung in die Steuerleckagebohrung in der Ankerstange abgeleitet wird.
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Die Ankerplatte befindet sich auf der dem Steuerraum abgewandten Seite der Ankerstange und bildet gemeinsam mit der Ankerstange den Anker. Insbesondere in der elektromagnetischen Ausführung des Aktors befindet sich der Anker an der Stirnseite des Aktors und wird von der Ventilfeder in den Dichtsitz beaufschlagt, wobei mit der elektrischen Aktuierung der Anker magnetisch aus dem Dichtsitz angehoben und die Ankerstange von der Schließ- in die Öffnungsposition überführt wird.
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Die Steuerleckagebohrung erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte oder zumindest annähernd die gesamte axiale Länge der Ankerstange sowie über die axiale Länge des Ankers, so dass das Steuerleckagefluid auf der dem Steuerraum abgewandten Seite über eine zweite Mündungsöffnung am Anker auf der dem Steuerraum abgewandten Seite austreten kann. Das Steuerleckagefluid wird im weiteren Verlauf zusammen mit der Führungsleckage der Ankerstange in den Leckageableitungskanal geleitet, der Teil des Leckageableitungssystems ist.
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Der Aktor, der sich auf der dem Steuerraum abgewandten Seite befindet, weist vorteilhafterweise einen innen liegenden Federraum auf, in welchem die Ventilfeder aufgenommen ist. Der Federraum ist insbesondere zylindrisch ausgebildet. Der Federraum bildet zugleich einen Strömungsraum für das aus der Steuerleckagebohrung in der Ankerstange und gegebenenfalls im Anker austretende Leckagefluid, das durch den Strömungs- bzw. Federraum in axialer Richtung weiter abgeleitet wird. Der Feder- bzw. Strömungsraum bildet somit ebenfalls einen Teil des Leckageableitungssystems. Auf der der Steuerleckagebohrung abgewandten Seite ist in das Gehäuse vorteilhafterweise der Leckageableitungskanal eingebracht, über den das Leckagefluid vom Strömungs- bzw. Federraum kommend weiter in Richtung der Niederdruckseite abgeleitet wird.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Ableitung des Steuerleckagefluids ausschließlich über die Steuerleckagebohrung sowie den sich im weiteren Verlauf anschließenden Leckageableitungskanal als Bestandteil des Leckageableitungssystems. Darüber hinaus sind vorteilhafterweise keine weiteren Kanäle für die Ableitung des Leckagefluids im Gehäuse des Injektors erforderlich.
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Es kann zweckmäßig sein, den Innendurchmesser der Steuerleckagebohrung innerhalb definierter Minimal- und/oder Maximalgrenzen festzulegen. Beispielsweise beträgt der Innendurchmesser der Steuerleckagebohrung mindestens 50 % des Außendurchmessers der Ankerstange, wodurch eine Ableitung des Steuerleckagefluids über die Steuerleckagebohrung mit reduzierter oder gegebenenfalls ohne Drosselwirkung gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung liegt zwischen dem Steuerventilgehäuse, das die Ankerstange aufnimmt, und dem Düsenkörper, in welchem die Düsennadel aufgenommen ist, eine Ventilplatte, wobei der Steuerraum benachbart zur Ventilplatte innerhalb des Düsenkörpers liegt. Der Steuerraum befindet sich bevorzugt in einer Steuerraumbuchse, die zugleich eine Nadelführungshülse für die Düsennadel bildet, welche in die Steuerraumbuchse hineinragt. Die Steuerraumbuchse ist auf ihrer der Ankerstange zugewandten Seite mit einem Fluiddurchtritt, insbesondere einem Drosselkanal versehen, über den bei geöffneter Ankerstange Leckagefluid in Richtung der Stirnseite der Ankerstange strömen kann. Sofern eine Ventilplatte zwischen dem Ventilgehäuse und dem Düsenkörper angeordnet ist, ist in die Ventilplatte ein Strömungskanal eingebracht, der sich zwischen dem Steuerraum in der Steuerraumbuchse und der Spitze der Ankerstange erstreckt. Der Fluiddurchtritt bzw. Drosselkanal in der Steuerraumbuchse und der Strömungskanal in der Ventilplatte sind Teil des Strömungswegs vom Steuerraum zur Ankerstange.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoff-Einspritzinjektor für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pilotventil mit einem Anker und einer Ankerstange, in die eine Steuerleckagebohrung zur Ableitung von Steuerleckagefluid eingebracht ist,
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2 eine Ausschnittsvergrößerung aus dem Kraftstoff-Einspritzinjektor im Bereich eines in das Gehäuse eingebrachten Leckageableitungskanals.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In 1 ist ein Kraftstoff-Einspritzinjektor 1 mit einem Injektorgehäuse 2, einem Steuerventilgehäuse 3, einer Ventilplatte 4 und einem Düsenkörper 5 dargestellt, wobei die Gehäuseteile 2 bis 5, die sich axial bezogen auf die Längsachse 7 aneinander anschließen, von einer Spannmutter 6 zusammengehalten sind. In einer Düseninnenkammer 8 im Düsenkörper 5, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, ist eine Düsennadel 9 axial verstellbar aufgenommen. Die Düsennadel 9 ist von einer Düsennadelfeder 10 axial in Richtung einer Schließposition kraftbeaufschlagt, in der die Düsennadel 9 Spritzlöcher 11 an der unten liegenden Stirnseite des Düsenkörpers 5 verschließt. Bei angehobener Düsennadel 9 sind die Spritzlöcher 11 geöffnet, so dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus der Düseninnenkammer 8 über die Spritzlöcher 11 austreten kann.
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Zur Steuerung der Anhebebewegung der Düsennadel 9 weist der Kraftstoff-Einspritzinjektor 1 ein Pilotventil 12 mit einem Anker auf, der eine Ankerplatte 13 und eine Ankerstange 14 im Steuerventilgehäuse 3 umfasst. Dem Pilotventil 12 ist ein elektromagnetischer Aktor 15 zugeordnet, der in dem Injektorgehäuse 2 benachbart zum Pilotventil 12 angeordnet ist. Bei elektrischer Aktuierung des Aktors 15 zieht ein Elektromagnet des Aktors die zugewandte Ankerplatte 13 an, wodurch die fest mit der Ankerplatte 13 verbundene Ankerstange 14 gegen die Kraft einer Ventilfeder 16 angehoben wird, die auf den Anker wirkt und den Anker mit der Ankerplatte 13 und der Ankerstange 14 in eine Schließposition kraftbeaufschlagt. Ankerplatte 13 und Ankerstange 14 sind axial verschieblich im Steuerventilgehäuse 3 gehalten und können zwischen der Schließposition und einer Öffnungsposition verstellt werden, wobei in der Schließposition ein Strömungsweg 17 zwischen einem Steuerraum 18 und der Spitze bzw. Stirnseite der Ankerstange 14 verschlossen und in der Öffnungsposition der Strömungsweg 17 freigegeben ist.
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Der Steuerraum 18 befindet sich in einer Steuerraumbuchse 19, die in die Düseninnenkammer 8 im Düsenkörper 5 benachbart zur Ventilplatte 4 eingebracht ist und deren Stirnseite sich an der Ventilplatte 4 abstützt. Die Steuerraumbuchse 19 ist mit dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff gefüllt und nimmt zudem ein Ende der Düsennadel 9 verschieblich auf. An der Steuerraumbuchse 19 stützt sich die Düsennadelfeder 10 ab, die die Düsennadel 9 in deren Schließposition in den Dichtsitz hinein kraftbeaufschlagt.
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Zur Durchführung des Einspritzvorgangs wird die Ankerplatte 13 durch Bestromung des Aktors 15 gegen die Kraft der Ankerfeder 16 angehoben und hierdurch die Ankerstange 14 aus der Schließposition in die Öffnungsposition verstellt, woraufhin unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Steuerraum 18 über den Strömungsweg 17 zu einem Übergangsraum 20 strömt, der sich in dem Ventilgehäuse 3 benachbart zur Ventilplatte 4 befindet und in den die Stirnseite bzw. Spitze der Ankerstange 14 hineinragt. Mit dem Überströmen des Fluids (Steuerleckagefluid) vom Steuerraum 18 über den Strömungsweg 17 in den Übergangsraum 20 an der Stirnseite der Ankerstange 14 wird die Düsennadel 9 angehoben, woraufhin der Kraftstoff aus der Düseninnenkammer 8 über die Einspritzöffnung 11 austritt. Nach Beendigung der Bestromung des Aktors 15 kehren die Ankerplatte 13 sowie die Ankerstange 14 aufgrund der Wirkung der Ankerfeder 16 wieder in die Schließposition zurück, in der der Strömungsweg 17 verschlossen ist. Auch die Düsennadel 9 wird in die Schließposition zurückverstellt, in der kein Austritt von Kraftstoff über die Einspritzöffnung 11 möglich ist.
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Die Stirnseite der Ankerstange 14 liegt in der Dichtstellung auf einem Dichtsitzelement 24 auf, das in dem Übergangsraum 20 angeordnet ist, in den die Stirnseite bzw. Spitze der Ankerstange 14 hineinragt. Der Strömungsweg 17 durch die Ventilplatte 4 mündet außerhalb des Dichtsitzelements 24 in den Übergangsraum 20. In der Dichtstellung der Ankerstange 4 liegt die Stirnseite der Ankerstange strömungsdicht auf dem Dichtsitzelement 24 auf.
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Das Steuerleckagefluid, das über den Strömungsweg 17 in den Übergangsraum 20 benachbart zur Stirnseite der Ankerstange 14 strömt, wird bei angehobener Ankerstange 14 über eine Steuerleckagebohrung 21 aus dem Übergangsraum 20 abgeleitet. Die Steuerleckagebohrung 21 ist in die Ankerstange 14 eingebracht und erstreckt sich über die gesamte axiale Länge der Ankerstange 14 bzw. des Ankers. Die Mündungsöffnungen der Steuerleckagebohrung 21 liegen an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Ankerstange 14. Befindet sich die Ankerstange in ihrer Dichtstellung, in der die Spitze der Ankerstange auf dem Dichtsitzelement aufliegt, kann dagegen kein Steuerleckagefluid in die Steuerleckagebohrung 21 in der Ankerstange 14 gelangen. Nur wenn sich die Ankerstange in ihrer Öffnungsstellung befindet, in der die Spitze der Ankerstange von dem Dichtsitzelement angehoben ist, kann Steuerleckagefluid in die Steuerleckagebohrung 21 in der Ankerstange 14 gelangen und abgeleitet werden.
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In dem Aktor 15 befindet sich ein mittiger Federraum 22 zur Aufnahme der Ankerfeder 16. Der Federraum 22 bildet zugleich einen Strömungsraum für das Steuerleckagefluid, das über die Steuerleckagebohrung 21 in den Federraum 22 geführt wird. Vom Federraum 22 strömt das Steuerleckagefluid axial über einen weiteren Strömungskanal im Aktor 15 in einen Leckageableitungskanal 23 (siehe auch 2), der in das Injektorgehäuse 2 eingebracht ist und sich axial unmittelbar an den Aktor 15 sowie den Strömungskanal im Aktor 15 anschließt. Über den Leckageableitungskanal 23 wird das Leckagefluid zur Niederdruckseite, insbesondere zu einem Kraftstoffbehälter abgeleitet. Das über den Leckageableitungskanal 23 abgeleitete Leckagefluid umfasst das Steuerleckagefluid sowie ein Führungsleckagefluid, das sich axial entlang der Außenseite der Ankerstange 14 ausbreitet.
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Wie 2 zu entnehmen, weist der Leckageableitungskanal 23 einen winklig gekrümmten Abschnitt 23a auf, über den Leckagefluid zur Seite des Kraftstoff-Einspritzinjektors 1 geleitet wird. Die Steuerleckagebohrung 21 in der Ankerstange 14, der Feder- bzw. Strömungsraum 22 im Aktor 15 sowie der Leckageableitungskanal 23 bilden ein Leckageableitungssystem, über das das Steuerleckagefluid von der Stirnseite der Ankerstange 14 zur Niederdruckseite abgeleitet wird. Darüber hinaus ist in den Kraftstoff-Einspritzinjektor 1 kein Ableitungskanal für die Abfuhr des Steuerleckagefluids eingebracht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014000451 A1 [0002]
