EP2079922B1 - Injektor zum einspritzen von kraftstoff - Google Patents

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EP2079922B1
EP2079922B1 EP07788444A EP07788444A EP2079922B1 EP 2079922 B1 EP2079922 B1 EP 2079922B1 EP 07788444 A EP07788444 A EP 07788444A EP 07788444 A EP07788444 A EP 07788444A EP 2079922 B1 EP2079922 B1 EP 2079922B1
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EP
European Patent Office
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valve
valve piston
seat
pressure
shoulder
Prior art date
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EP07788444A
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Nadja Eisenmenger
Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Hubête high-pressure accumulator systems common rail systems
  • the injection pressure can be adapted to the load and speed.
  • the injection valve member is controlled via a servo control chamber.
  • the pressure in the servo control chamber is controlled by a solenoid valve with a spherical closing element.
  • a solenoid valve with a spherical closing element.
  • This is not pressure balanced and requires high spring forces, high magnetic switching forces and a lot of space.
  • the control with the ball solenoid valve has severe limitations in the multiple injection. Very short distances between injections can not be realized.
  • Pressure compensated control valves as out WO 02 084 106 A1 have a high pressure-tight guide and a linear sealing seat, which corresponds to the guide diameter. As a result, the valve is pressure balanced in the static state.
  • An inventively designed injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises an injector housing, in which a control valve for controlling an injection valve member, which releases or closes at least one injection port, is received.
  • the control valve comprises a valve piston, by means of which a connection from a control chamber to a low-pressure region can be opened or closed.
  • the valve piston comprises a substantially annular seat, which can be adjusted in a flat seat.
  • the control valve is designed to be pressure balanced.
  • a pressure-balanced control valve In a pressure-balanced control valve, no or only very small pressure surfaces are present on the high-pressure side outside the seat.
  • the valve piston is guided on the high pressure side in a valve guide.
  • the seat diameter of the seat, at which the high pressure is present, also corresponds approximately to the guide diameter.
  • Essentially annular seat in the sense of the present invention means that the seat can be annular. Furthermore, it is possible that the seat is not exactly annular. For example, the seat can have small sipes.
  • a shoulder is formed on the valve piston, which is arranged on the high pressure side of the valve piston such that the force exerted by the fuel on the shoulder pressure force supports the closing movement of the valve piston.
  • annular sealing surface is that thereby the load on the sealing surface is reduced when needle closing and the stopper damping is increased. This improves the bouncing properties, i. That fewer or even no closing bounce occur, whereby the multiple injection capability is increased and the valve wear is reduced. Due to the sealing surface, an additional opening of the pressure force can occur, which however remains manageable with a pressure balanced valve piston with currently available magnetic actuators.
  • the seat surface on the valve piston is enclosed by a damping surface, wherein the damping surface and the seat surface form a step, so that the damping surface does not rest on the seat when the control valve is closed.
  • the damping surface optimizes the stop damping of the valve piston.
  • the damping surface can be realized in a simple manner in terms of manufacturing technology, since a reference surface for the distance dimension is present through the annular seat surface. Since the wear of the valve seat was minimized due to the seat, the damping surface over the life of the injector is stable to implement.
  • control valve of the inventively embodied injector is magnet-actuated.
  • control valve is actuated, for example with a piezoelectric actuator.
  • the high-pressure region on the control valve is connected via at least one throttle element to a high-pressure fuel line via which fuel under system pressure flows from a high-pressure accumulator to the injector.
  • the seat in which the annular seat is adjustable a flat seat. Due to the design of the valve seat as a flat seat, a two-part construction of the valve piston is possible. As a result, the guide of the valve piston and the annular seat can be manufactured in different components. This allows a good workability of the annular seating surfaces and thus a cost-effective production. If, instead of the flat seat, e.g. a conical seat is used, it is necessary to perform the annular seat and the guide of the valve piston on a component, since a liquid-tight closing of the control valve is only possible if the annular seat over the entire circumference of the conical seat. For this purpose, an exact guidance of the valve piston is required. In contrast, an axial displacement of the annular seat over a flat seat does not lead to a leakage in the closed control valve.
  • the flat seat e.g. a conical seat
  • valve piston is preferably formed integrally with an armature of the solenoid valve.
  • armature is received in an armature space which is decoupled from the return path of the amount of fuel used to control the injector.
  • the shoulder formed on the valve piston which is arranged on the high-pressure side of the valve piston such that the force exerted by the fuel on the shoulder pressure force supports the closing movement of the valve piston is that a hydraulic valve closing force is generated by the shoulder, which is the opening hydraulic forces of the compensated annular seat.
  • the control valve can be made with a larger sealing surface through the shoulder, whereby the damping properties of the sealing seat are improved and the wear is further reduced.
  • a hydraulic closing force is formed which prevents reopening of the valve. This allows for optimized valve tuning and multiple injection capability.
  • a passage is formed in the valve piston, in which a pin is received, which is supported with its side facing away from the seat on the injector and the high pressure in the valve piston is guided. Through the pin, the valve piston can make pressure balanced.
  • the cross-sectional area of the shoulder is approximately 50% of the cross-sectional area of the annular seat surface.
  • the cross-sectional area of the passage is smaller than the cross-sectional area which is enclosed by the outer periphery of the annular seat surface of the valve piston.
  • the diameter of the guide is greater than or equal to the inner diameter of the seat and less than or equal to the outer diameter of the seat.
  • valve piston is guided in a guide, wherein for the formation of the shoulder on the valve piston, the cross-sectional area of the valve piston in the region of the guide is smaller than the cross-sectional area which is enclosed by the outer circumference of the seat surface.
  • the shoulder is formed on the outer circumference of the valve piston. So that the valve piston can be made almost pressure balanced, the cross-sectional area of the shoulder is about 50% of the cross-sectional area of the seat.
  • FIG. 1 a fuel injector designed according to the invention is shown in a first embodiment.
  • a control valve 5 for actuating an injection valve member 7 is accommodated in an injector housing 9.
  • the injection valve member 7 releases at least one injection opening 11 or closes it.
  • the injection valve member 7 is enclosed by a nozzle chamber 13, which is connected via a high pressure line 15 to a fuel supply line 17.
  • the fuel supply line 17 connects a high-pressure accumulator 19 of a high-pressure accumulator injection system (common rail system) with the injector 1.
  • a control piston 21 adjoins the injection valve member 7. With a front face 23 facing away from the injection valve member 7, the control piston 21 delimits a control chamber 25.
  • the control piston 21 is guided in a piston guide 27, which is formed in a guide element 29.
  • the guide element 29 is enclosed by a pressure chamber 31, which is connected via the fuel supply line 17 to the high-pressure accumulator 19. Via a throttle element 33 of the pressure chamber 31 is connected to the control chamber 25.
  • fuel can flow out of the control chamber 25 into a fuel return 37 when the control valve 5 is open.
  • the fuel return 37 is connected to the low-pressure region of the injection system.
  • the control valve 5 comprises a valve piston 39, on which an annular seat 41 is formed.
  • the annular seat 41 is adjustable in a seat 43.
  • the seat 43 is designed as a flat seat.
  • the seat 43 is formed as a conical seat or as a ball seat.
  • the annular seat 41 on the valve piston 39 is enclosed by a damping surface 45.
  • the damping surface 45 and the annular seat 41 thereby form a step 47, so that the damping surface 45 does not rest on the seat 43 when the control valve 5 is closed.
  • a passage 49 is formed, in which a pin 51 is received.
  • the pin 51 is supported by an end face 53 on the injector housing 9.
  • a shoulder 55 is formed in the passage 49 in the valve piston 39.
  • the diameter of the passage 49 is larger than the inner diameter of the annular seat 41.
  • the cross-sectional area of the passage is greater than the free cross-sectional area of the annular seat.
  • the cross-sectional area of the shoulder 55 is approximately 50% of the cross-sectional area of the annular seating surface 41.
  • the diameter of the passage 49 is less than or equal to the outer diameter of the annular seating surface 41, so that the cross-sectional area of the Feedthrough 49 is smaller than or equal to the cross-sectional area which is enclosed by the outer circumference of the annular seat surface 41 of the valve piston 39.
  • an armature 57 of the solenoid actuator is integrally formed on the valve piston 39.
  • On the side facing away from the annular seat 41 side of the armature 57 is opposite to a coil 59 of the magnetic actuator.
  • the coil 59 is received in a magnetic core 61 for amplifying the magnetic force.
  • the magnetic core 61 encloses a spring chamber 63, in which a spring element 65 is accommodated.
  • the spring element 65 is supported on one side against an end face 67 on the valve piston 39 and on the other side on the injector housing 9.
  • the spring element 65 encloses the pin 51.
  • the spring element 65 is preferably designed as a helical spring compression spring.
  • the control piston 21 is enclosed by an annular space 69.
  • a second spring element 71 is accommodated, which surrounds the control piston 21.
  • the second spring element 71 is preferably designed as a helical spring compression spring.
  • the second spring element 71 is supported on one side on the guide element 29 and on the other side on a ring 73 on the control piston 21.
  • the annular space 69 is connected via a channel 75 to the fuel return 37.
  • the coil 59 of the solenoid actuator is energized.
  • the armature 57 which is connected to the valve piston 39, from the coil 59th dressed.
  • the annular seat 41 rises from the seat 43 and releases the connection from the control chamber 25 into the fuel return 37.
  • the pressure in the control chamber 25 drops.
  • the injection valve member thus lifts out of its seat 79 and thus releases the at least one injection opening.
  • the energization of the coil 59 of the magnetic actuator is terminated.
  • the actuator 57 is not further attracted by the coil 59.
  • the spring element 65 of the valve piston 39 is provided with the annular seat 41 in its seat 43.
  • a pressure cushion is formed on the annular seat 41, which dampens the movement of the valve piston 39.
  • the movement of the valve piston 39 is damped by the damping surface 45, at which also forms a pressure pad.
  • the movement of the valve piston 39 is slowed down so shortly before the closing of the control valve 5. A striking of the annular seat 41 on the seat 43, which could lead to a rebounding of the valve piston 39 is thus avoided.
  • fuel flows into the control chamber 25.
  • the pressure in the control chamber 25 increases.
  • the control piston 21 is moved in the direction of the injection valve member 7.
  • the injection valve member 7 is thus placed in its seat 79 and closes the at least one injection opening eleventh
  • FIG. 2 a fuel injector designed according to the invention is shown in a second embodiment.
  • the control piston 21 is enclosed by a pressure chamber 81. About free surfaces 83 on the injection valve member 7, the pressure chamber 81 is connected to the nozzle chamber 13. In the embodiment shown here, the control piston 21 and the injection valve member 7 are integrally formed.
  • the control piston 21 is enclosed by a sealing sleeve 85.
  • the sealing sleeve 85 delimits the control chamber 25 from the pressure chamber 81.
  • the sealing sleeve 85 is provided with a biting edge 87 against a valve piece 89, wherein the valve member 89 limits the control chamber 25 on the control piston 21 opposite side.
  • the control chamber 25 is connected via the throttle element 33 to the pressure chamber 81.
  • the throttle element 33 is formed in the sealing sleeve 85.
  • valve chamber 91 which surrounds the valve piston 39.
  • the damping surface 45 is formed on the control piston 39.
  • a shoulder 93 is formed on the valve piston 39. With a circular cross-section, the shoulder 93 is formed by the outer diameter of the annular seat 41 being larger than the outer diameter of a guide section 95, with which the valve piston 39 is guided in a guide 97.
  • the valve piston 39 is almost pressure balanced, is also in the in FIG.
  • the cross-sectional area of the shoulder 93 is approximately 50% of the cross-sectional area of the annular seating surface 41.
  • the diameter of the guide section 97 is less than or equal to the outer diameter of the annular seating surface 41.
  • the diameter of the guide section 195 is preferably larger equal to the inner diameter of the annular seat 41st
  • the armature 57 is received in an armature space 99 to make the switching dynamics of the control valve 5 independent of the return conditions from the valve space 91.
  • the armature chamber 99 is decoupled from the return from the valve chamber 91. This is achieved in that the armature space 99 is not connected to the valve chamber 91 but directly to the fuel return 37 via a duct 101.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von direkteinspritzenden Dieselmotoren, werden vermehrt hubgesteuerte Hochdruckspeichersysteme (Common-Rail-Systeme) eingesetzt. Bei hubgesteuerten Hochdruckspeichereinspritzsystemen kann der Einspritzdruck an die Last- und Drehzahl angepasst werden.
  • Bei hubgesteuerten Kraftstoffinjektoren wird das Einspritzventilglied über einen Servo-Steuerraum angesteuert. Der Druck im Servo-Steuerraum wird über ein Magnetventil mit kugelförmigem Schließelement gesteuert. Dieses ist jedoch nicht druckausgeglichen und benötigt hohe Federkräfte, hohe Magnetschaltkräfte und viel Bauraum. Die Steuerung mit dem Kugelmagnetventil weist starke Einschränkungen bei der Mehrfacheinspritzung auf. Sehr kurze Abstände zwischen Einspritzungen können nicht realisiert werden.
  • Bei einem druckausgeglichenen Ventilkolben des Steuerventils können kleinere Federkräfte, kleinere Magnetkräfte, kleinere Ventilhübe und somit schnellere Schaltzeiten realisiert werden. Hierdurch kann die Mehrfacheinspritzungsfähigkeit verbessert werden. Druckausgeglichene Steuerventile, wie sie aus WO 02 084 106 A1 bekannt sind, weisen eine hochdruckdichte Führung und einen linienförmigen Dichtsitz auf, der dem Führungsdurchmesser entspricht. Hierdurch ist das Ventil im statischen Zustand druckausgeglichen.
  • Nachteil der druckausgeglichenen Ventile ist jedoch, dass beim Nadelschließen Schließpreller auftreten können. Zudem ist die Belastung auf die linienförmige Sitzkante beim Schließen des Ventilkolbens sehr groß. Daher tritt Verschleiß auf, der die Funktion beeinträchtigt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Injektorgehäuse, in dem ein Steuerventil zur Ansteuerung eines Einspritzventilglieds, das mindestens eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt, aufgenommen ist. Das Steuerventil umfasst einen Ventilkolben, durch welchen eine Verbindung aus einem Steuerraum in einen Niederdruckbereich freigebbar oder verschließbar ist. Der Ventilkolben umfasst eine im Wesentlichen ringförmige Sitzfläche, die in einen Flachsitz stellbar ist. Das Steuerventil ist so ausgebildet, dass es druckausgeglichen ist.
  • Bei einem druckausgeglichenen Steuerventil sind auf der Hochdruckseite außerhalb der Sitzfläche keine oder nur sehr kleine Druckflächen vorhanden. Hierzu wird der Ventilkolben auf der Hochdruckseite in einer Ventilführung geführt. Der Sitzdurchmesser der Sitzfläche, an der der Hochdruck ansteht, entspricht zudem ungefähr dem Führungsdurchmesser.
  • "Im Wesentlichen ringförmige Sitzfläche" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Sitzfläche ringförmig ausgebildet sein kann. Weiterhin ist es möglich, dass die Sitzfläche nicht exakt ringförmig ist. So kann die Sitzfläche zum Beispiel kleine Anschliffe aufweisen.
  • Erfindungsgemäß ist am Ventilkolben eine Schulter ausgebildet, die auf der Hochdruckseite des Ventilkolbens derart angeordnet ist, dass die vom Kraftstoff auf die Schulter ausgeübte Druckkraft die Schließbewegung des Ventilkolbens unterstützt.
  • Vorteil der ringförmigen Dichtfläche ist, dass hierdurch die Belastung der Dichtfläche beim Nadelschließen reduziert wird und die Anschlagsdämpfung erhöht wird. Hierdurch werden die Prelleigenschaften verbessert, d.h. dass weniger oder sogar gar keine Schließpreller auftreten, wodurch die Mehrfacheinspritzfähigkeit erhöht wird und der Ventilverschleiß reduziert wird. Durch die Dichtfläche kann eine zusätzliche Öffnung der Druckkraft entstehen, die jedoch mit einem druckausgeglichenen Ventilkolben mit derzeit verfügbaren Magnetaktoren beherrschbar bleibt.
  • Erfindungsgemäß ist die Sitzfläche am Ventilkolben von einer Dämpfungsfläche umschlossen, wobei die Dämpfungsfläche und die Sitzfläche eine Stufe ausbilden, so dass die Dämpfungsfläche bei geschlossenem Steuerventil nicht auf dem Sitz aufliegt. Durch die Dämpfungsfläche wird die Anschlagdämpfung des Ventilkolbens optimiert.
  • Die Dämpfungsfläche lässt sich fertigungstechnisch auf einfache Weise realisieren, da durch die ringförmige Sitzfläche eine Bezugsfläche für das Abstandsmaß vorhanden ist. Da aufgrund der Sitzfläche der Verschleiß des Ventilsitzes minimiert wurde, ist die Dämpfungsfläche über die Lebensdauer des Injektors stabil zu realisieren.
  • Im allgemeinen ist das Steuerventil des erfindungsgemäß ausgebildeten Injektors magnetbetätigt. Alternativ ist es auch möglich, dass das Steuerventil zum Beispiel mit eine Piezoaktor betätigt wird.
  • Zur Steuerung des Drucks auf der Hochdruckseite des Ventilkolbens ist der Hochdruckbereich am Steuerventil über mindestens ein Drosselelement mit einer Kraftstoffhochdruckleitung, über die unter Systemdruck stehender Kraftstoff von einem Hochdruckspeicher zum Injektor strömt, verbunden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sitz, in den die ringförmige Sitzfläche stellbar ist, ein Flachsitz. Durch die Ausbildung des Ventilsitzes als Flachsitz ist eine zweiteilige Bauweise des Ventilkolbens möglich. Hierdurch können die Führung des Ventilkolbens und die ringförmige Sitzfläche in unterschiedlichen Bauteilen gefertigt werden. Dies erlaubt eine gute Bearbeitbarkeit der ringförmigen Sitzflächen und damit eine kostengünstige Fertigung. Wenn anstelle des Flachsitzes z.B. ein Kegelsitz verwendet wird, ist es notwendig, die ringförmige Sitzfläche und die Führung des Ventilkolbens an einem Bauteil auszuführen, da ein flüssigkeitsdichtes Schließen des Steuerventils nur dann möglich ist, wenn die ringförmige Sitzfläche über den gesamten Umfang am Kegelsitz anliegt. Hierzu ist eine exakte Führung des Ventilkolbens erforderlich. Im Unterschied dazu führt eine axiale Verschiebung der ringförmigen Sitzfläche über einen Flachsitz nicht zu einer Undichtigkeit bei geschlossenem Steuerventil.
  • Um kurze Abstände zwischen einzelnen Einspritzungen erzielen zu können, ist der Ventilkolben vorzugsweise einteilig mit einem Anker des Magnetventils ausgebildet. Hierdurch lässt sich eine geringe bewegte Masse von Anker und Ventilkolben erzielen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Anker in einem Ankerraum aufgenommen ist, der vom Rücklaufpfad der zur Steuerung des Injektors eingesetzten Kraftstoffmenge entkoppelt ist. Hierdurch ist die Schaltdynamik des Magnetaktors unabhängig von den Rücklaufbedingungen.
  • Vorteil der am Ventilkolben ausgebildeten Schulter, die auf der Hochdruckseite des Ventilkolbens derart angeordnet ist, dass die vom Kraftstoff auf die Schulter ausgeübte Druckkraft die Schließbewegung des Ventilskolbens unterstützt, ist, dass durch die Schulter eine hydraulische Ventilschließkraft erzeugt wird, die die öffnenden hydraulischen Kräfte aus der ringförmigen Sitzfläche kompensiert. Somit lässt sich ein weiterhin nahezu druckausgeglichcncs Steuerventil darstellen. Zudem kann durch die Schulter das Steuerventil mit einer größeren Dichtfläche ausgeführt werden, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Dichtsitzes verbessert werden und der Verschleiß weiter reduziert wird. Weiterhin bildet sich bei geschlossenem Ventilsitz an der Schulter eine hydraulische Schließkraft aus, die ein Wiederöffnen des Ventils verhindert. Hierdurch wird eine optimierte Ventilabstimmung und eine verbesserte Mehrfacheinspritzfähigkeit ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform ist im Ventilkolben eine Durchführung ausgebildet, in der ein Stift aufgenommen ist, der sich mit seiner dem Sitz abgewandten Seite am Injektorgehäuse abstützt und der im Ventilkolben hochdruckdicht geführt ist. Durch den Stift lässt sich der Ventilkolben druckausgeglichen gestalten.
  • Um trotz der Schulter den Ventilkolben nahezu druckausgeglichen gestalten zu können, beträgt die Querschnittsfläche der Schulter ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der ringförmigen Sitzfläche.
  • Bevorzugt ist die Querschnittsfläche der Durchführung kleiner als die Querschnittsfläche, die vom Außenumfang der ringförmigen Sitzfläche des Ventilkolbens umschlossen wird. Bevorzugt ist der Durchmesser der Führung größer oder gleich dem Innendurchmesser der Sitzfläche und kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Sitzfläche.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilkolben in einer Führung geführt, wobei zur Ausbildung der Schulter am Ventilkolben die Querschnittsfläche des Ventilkolbens im Bereich der Führung kleiner ist die Querschnittsfläche, die vom Außenumfang der Sitzfläche umschlossen wird. Hierdurch wird die Schulter am Außenumfang des Ventilkolbens ausgebildet. Damit der Ventilkolben nahezu druckausgeglichen gestaltet werden kann, beträgt die Querschnittsfläche der Schulter ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der Sitzfläche.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    einen erfingdungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor in einer ersten Ausfüh- rungsform,
    Figur 2
    einen erfingdungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor in einer zweiten Aus- führungsform.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor in einer ersten Ausführungsform dargestellt.
  • Bei einem Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 3 einer Verbrennungskraftmaschine ist ein Steuerventil 5 zur Ansteuerung eines Einspritzventilglieds 7 in einem Injektorgehäuse 9 aufgenommen. Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 3 der Verbrennungskraftmaschine gibt das Einspritzventilglied 7 mindestens eine Einspritzöffnung 11 frei oder verschließt diese. Das Einspritzventilglied 7 ist von einem Düsenraum 13 umschlossen, der über eine Hochdruckleitung 15 mit einer Kraftstoffzuleitung 17 verbunden ist. Die Kraftstoffzuleitung 17 verbindet einen Hochdruckspeicher 19 eines Hochdruckspeichereinspritzsystems (Common-Rail-Systems) mit dem Injektor 1.
  • Auf der der mindestens einen Einspritzöffnung 11 abgewandten Seite des Einspritzventilglieds 7 schließt sich an das Einspritzventilglied 7 ein Steuerkolben 21 an. Mit einer dem Einspritzventilglied 7 abgewandten Stirnfläche 23 begrenzt der Steuerkolben 21 einen Steuerraum 25. Der Steuerkolben 21 ist in einer Kolbenführung 27 geführt, die in einem Führungselement 29 ausgebildet ist. Das Führungselement 29 ist von einem Druckraum 31 umschlossen, der über die Kraftstoffzuleitung 17 mit dem Hochdruckspeicher 19 verbunden ist. Über ein Drosselelement 33 ist der Druckraum 31 mit dem Steuerraum 25 verbunden.
  • Über ein zweites Drosselelement 35 kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 bei geöffnetem Steuerventil 5 in einen Kraftstoffrücklauf 37 strömen. Der Kraftstoffrücklauf 37 ist mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbunden.
  • Das Steuerventil 5 umfasst einen Ventilkolben 39, an dem eine ringförmige Sitzfläche 41 ausgebildet ist. Um die Verbindung aus dem Steuerraum 25 zum Kraftstoffrücklauf 37 zu verschließen, ist die ringförmige Sitzfläche 41 in einen Sitz 43 stellbar. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Sitz 43 als Flachsitz ausgeführt. Anstelle des Flachsitzes ist es jedoch auch möglich, dass der Sitz 43 als Kegelsitz oder als Kugelsitz ausgebildet ist.
  • Die ringförmige Sitzfläche 41 am Ventilkolben 39 ist von einer Dämpfungsfläche 45 umschlossen. Die Dämpfungsfläche 45 und die ringförmige Sitzfläche 41 bilden dabei eine Stufc 47 aus, so dass die Dämpfungsfläche 45 bei geschlossenem Steuerventil 5 nicht auf dem Sitz 43 aufliegt.
  • Im Ventilkolben 39 ist eine Durchführung 49 ausgebildet, in der ein Stift 51 aufgenommen ist. Der Stift 51 stützt sich mit einer Stirnfläche 53 am Injektorgehäuse 9 ab.
  • In der Durchführung 49 im Ventilkolben 39 ist eine Schulter 55 ausgebildet. Bei einer Durchführung 49 mit kreisförmigem Querschnitt ist der Durchmesser der Durchführung 49 größer als der Innendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 41. Hierdurch ist die Querschnittsfläche der Durchführung größer als die freie Querschnittsfläche der ringförmigen Sitzfläche. Damit der Ventilkolben 39 trotz der Schulter 55 nahezu druckausgeglichen ist, beträgt die Querschnittsfläche der Schulter 55 ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der ringförmigen Sitzfläche 41. Bevorzugt ist der Durchmesser der Durchführung 49 kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 41, so dass die Querschnittsfläche der Durchführung 49 kleiner oder gleich der die Querschnittsfläche ist, die vom Außenumfang der ringförmigen Sitzfläche 41 des Ventilkolbens 39 umschlossen wird.
  • In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist am Ventilkolben 39 einstückig ein Anker 57 des Magnetaktors ausgebildet. Auf der der ringförmigen Sitzfläche 41 abgewandten Seite liegt dem Anker 57 eine Spule 59 des Magnetaktors gegenüber. Die Spule 59 ist zur Verstärkung der Magnetkraft in einem Magnetkern 61 aufgenommen. Der Magnetkern 61 umschließt einen Federraum 63, in dem ein Federelement 65 aufgenommen ist. Das Federelement 65 stützt sich mit einer Seite gegen eine Stirnfläche 67 am Ventilkolben 39 und mit der anderen Seite am Injektorgehäuse 9 ab. Hierbei umschließt das Federelement 65 den Stift 51. Das Federelement 65 ist vorzugsweise eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder.
  • Der Steuerkolben 21 ist von einem Ringraum 69 umschlossen. Im Ringraum 69 ist ein zweites Federelement 71 aufgenommen, welches den Steuerkolben 21 umschließt. Das zweite Federelement 71 ist vorzugsweise eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder. Das zweite Federelement 71 stützt sich mit einer Seite am Führungselement 29 und mit der anderen Seite an einem Ring 73 am Steuerkolben 21 ab. Der Ringraum 69 ist über einen Kanal 75 mit dem Kraftstoffrücklauf 37 verbunden.
  • Um den Einspritzvorgang zu starten wird die Spule 59 des Magnetaktors bestromt. Hierdurch wird der Anker 57, der mit dem Ventilkolben 39 verbunden ist, von der Spule 59 angezogen. Die ringförmige Sitzfläche 41 hebt sich aus dem Sitz 43 und gibt die Verbindung vom Steuerraum 25 in den Kraftstoffrücklauf 37 frei. Der Druck im Steuerraum 25 sinkt. Auf eine Druckstufe 77 am Einspritzventilglied 7, die in den Düsenraum 13 ragt, wirkt unter Systemdruck stehender Kraftstoff. Aufgrund der Druckkraft auf die Druckstufe 77 werden das Einspritzventilglied 7 und der Steuerkolben 21 in Richtung des Steuerraums 25 bewegt. Das Einspritzventilglied hebt sich so aus seinem Sitz 79 und gibt so die mindestens eine Einspritzöffnung frei.
  • Um den Einspritzvorgang zu beenden wird die Bestromung der Spule 59 des Magnetaktors beendet. Der Aktor 57 wird nicht weiter durch die Spule 59 angezogen. Mit Hilfe des Federelements 65 wird der Ventilkolben 39 mit der ringförmigen Sitzfläche 41 in seinen Sitz 43 gestellt. Dabei bildet sich an der ringförmigen Sitzfläche 41 ein Druckpolster aus, welches die Bewegung des Ventilkolbens 39 dämpft. Weiterhin wird die Bewegung des Ventilkolbens 39 durch die Dämpfungsfläche 45 gedämpft, an der sich ebenfalls ein Druckpolster ausbildet. Die Bewegung des Ventilkolbens 39 wird so kurz vor dem Schließen des Steuerventils 5 verlangsamt. Ein Aufschlagen der ringförmigen Sitzfläche 41 auf den Sitz 43, welches zu einem Rückschlagen des Ventilkolbens 39 führen könnte, wird so vermieden. Über das Drosselelement 33 strömt Kraftstoff in den Steuerraum 25. Der Druck im Steuerraum 25 steigt an. Hierdurch wird der Steuerkolben 21 in Richtung des Einspritzventilglieds 7 bewegt. Das Einspritzventilglied 7 wird somit in seinen Sitz 79 gestellt und verschließt die mindestens eine Einspritzöffnung 11.
  • In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Injektor 1 ist der Steuerkolben 21 von einem Druckraum 81 umschlossen. Über Freiflächen 83 am Einspritzventilglied 7 ist der Druckraum 81 mit dem Düsenraum 13 verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform sind der Steuerkolben 21 und das Einspritzventilglied 7 einstückig ausgebildet. Der Steuerkolben 21 ist von einer Dichthülse 85 umschlossen. Die Dichthülse 85 grenzt den Steuerraum 25 gegen den Druckraum 81 ab. Hierzu ist die Dichthülse 85 mit einer Beißkante 87 gegen ein Ventilstück 89 gestellt, wobei das Ventilstück 89 den Steuerraum 25 auf der dem Steuerkolben 21 gegenüberliegenden Seite begrenzt. Der Steuerraum 25 ist über das Drosselelement 33 mit dem Druckraum 81 verbunden. Das Drosselelement 33 ist dabei in der Dichthülse 85 ausgebildet.
  • Über das zweite Drosselelement 35 ist der Steuerraum 25 mit einem Ventilraum 91 verbunden, der den Ventilkolben 39 umschließt. Bei geöffnetem Steuerventil 5 ist der Steuerraum 91 mit dem Kraftstoffrücklauf 37 verbunden. Auch bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist am Steuerkolben 39 die Dämpfungsfläche 45 ausgebildet. Zur Unterstützung der Schließbewegung des Ventilkolbens 39 ist am Ventilkolben 39 eine Schulter 93 ausgebildet. Bei kreisförmigem Querschnitt wird die Schulter 93 dadurch gebildet, dass der Außendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 41 größer ist als der Außendurchmesser eines Führungsabschnitts 95, mit dem der Ventilkolben 39 in einer Führung 97 geführt ist. Damit der Ventilkolben 39 nahezu druckausgeglichen ist, beträgt auch bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform die Querschnittsfläche der Schulter 93 ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der ringförmigen Sitzfläche 41. Bei kreisförmigem Querschnitt des Ventilkolbens 39 ist hierzu der Durchmesser des Führungsabschnitts 97 kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 41. Gleichzeitig ist der Durchmesser des Führungsabschnitts 195 vorzugsweise größer oder gleich dem Innendurchmesser der ringförmigen Sitzfläche 41.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist der Anker 57 in einem Ankerraum 99 aufgenommen, um die Schaltdynamik des Steuerventils 5 unabhängig von den Rücklaufbedingungen aus dem Ventilraum 91 zu machen. Hierzu ist der Ankerraum 99 vom Rücklauf aus dem Ventilraum 91 entkoppelt. Dies erfolgt dadurch, dass der Ankerraum 99 nicht mit dem Ventilraum 91 sondern über einen Kanal 101 direkt mit dem Kraftstoffrücklauf 37 verbunden ist.
  • Die Funktionsweise des in Figur 2 dargestellten Kraftstoffinjektors entspricht der Funktionsweise des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors.

Claims (5)

  1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (9), in dem ein Steuerventil (5) zur Ansteuerung eines Einspritzventilgliedes (7), das mindestens eine Einspritzöffnung (11) freigibt oder verschließt, aufgenommen ist, wobei das Steuerventil (5) einen Ventilkolben (39) umfasst, durch welchen eine Verbindung aus einem Steuerraum (25) in einen Kraftstoffrücklauf (37) freigebbar oder verschließbar ist, wobei der Ventilkolben (39) eine ringförmige Sitzfläche (41) umfasst, die in einen Sitz (43) stellbar ist und wobei das Steuerventil (5) so ausgebildet ist, dass es druckausgeglichen ist und am Ventilkolben (39) eine Schulter (55; 93) ausgebildet ist, die auf der Hochdruckseite des Ventilkolbens (39) derart angeordnet ist, dass die vom Kraftstoff auf die Schulter (55; 93) ausgeübte Druckkraft die Schließbewegung des Ventilkolbens (39) unterstützt, wobei im Ventilkolben (39) eine Durchführung (49) ausgebildet ist, in der die Schulter (55; 93) des Ventilkolbens angeordnet ist und in der ein Stift (51) aufgenommen ist, der sich mit seiner dem Sitz (43) abgewandten Seite am Injektorgehäuse (9) abstützt und der im Ventilkolben (39) hochdruckdicht geführt ist, wobei die Querschnittsfläche der Durchführung (49) kleiner ist als als die Querschnittsfläche, die vom Außenumfang der Sitzfläche (41) des Ventilkolbens (39) umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (41) am Ventilkolben (39) von einer Dämpfungsfläche (45) umschlossen ist, wobei die Dämpfungsfläche (45) und die Sitzfläche (41) eine Stufe (47) ausbilden, so dass die Dämpfungsfläche (45) bei geschlossenem Steuerventil (5) nicht auf dem Sitz (43) aufliegt.
  2. Injektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (5) magnetbetätigt ist.
  3. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckbereich am Steuerventil (5) über mindestenes ein Drosselelement (33) mit einer Kraftstoffzuleitung (17), über die unter Systemdruck stehender Kraftstoff von einem Hochdruckspeicher (19) zum Injektor (1) strömt, verbunden ist.
  4. Injektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (43), in den die ringförmige Sitzfläche (41) stellbar ist, ein Flachsitz ist.
  5. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Schulter (55) ungefähr 50 % der Querschnittsfläche der ringförmigen Sitzfläche (41) beträgt.
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