WO2010015437A1

WO2010015437A1 - Kraftstoff-injektor

Info

Publication number: WO2010015437A1
Application number: PCT/EP2009/056922
Authority: WO
Inventors: Ralf Nussbaumer; Ingo Bleich; Andreas Fath; Bjoern Scholemann; Holger Rapp; Wolfgang Stoecklein; Matthias Schnell; Nadja Eisenmenger
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-02-11
Also published as: DE102008040956A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11), das mittels eines Steuerventils (26) ansteuerbar ist, welches ein mittels eines Aktuators (27) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbares, in der Schließstellung in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, druckausgeglichenes, Steuerventilelement (25) mit einer Dichtlinie (34) aufweist, die in der Schließstellung des Steuerventilelementes (25) mit einem an einem Ventilstück (12) angeordneten Steuerventilsitz (28) dichtend zusammenwirkt, und die in der Öffnungsstellung von dem Steuerventilsitz (28) abgehoben ist und damit den Kraftstofffluss aus einem Hochdruckbereich (37) in einen Niederdruckbereich des Injektors (1) freigibt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventilelement (25) einen die Dichtlinie (34) in radialer Richtung zum Hochdruckbereich (37) hin überragenden, Stützbereich (40) aufweist. Alternativ ist eine dem Ventilstück (12) zugewandte die Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und/oder eine der Stirnfläche (41) zugewandte Fläche (42) des Ventilstücks (12) gekrümmt ausgeformt, oder ein Hochdruckfreilassungswinkel (Y) zwischen der Stirnfläche (41) und der Fläche (42) vorgesehen.

Description

Beschreibung

Titel

Kraftstoff-Injektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Inj ektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in ei- nen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 1 612 403 Al ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor mit einem in axialer Richtung druck- ausgeglichenen Steuerventil (Servo-Ventil) zum Sperren und Öffnen eines Kraftstoff-Ablaufkanals aus einer Steuerkammer bekannt. Mittels des Steuerventils kann der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer beeinflusst werden, wobei die Steuerkammer dauerhaft über eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Durch Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb der Steuerkammer wird ein Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement in seiner Öffnungsstellung den Kraftstoff- fluss in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Das Steuerventil umfasst ein in axialer Richtung mittels eines elektromagnetischen Aktuators verstellbares, hülsen- förmiges Steuerventilelement, das mit seinem Innenumfang an einem, einstückig mit einem Ventilstück ausgebildeten, Füh- rungsbolzen geführt ist. Das hülsenförmige Steuerventilelement begrenzt mit seinem Innenumfang eine an einem durchmesserreduzierten Abschnitt des Führungsbolzens ausgebildete Ventilkammer des Steuerventils lediglich radial außen, sodass in axialer Richtung keine öffnenden oder schließenden Kräfte von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer auf das Steuerventilelement wirken. An der Stirnseite des Steuerventilelementes ist eine Dichtlinie ausgebildet, die mit einem am Ventilstück angeordneten Steuerventilsitz dichtend zusammenwirkt. Der Durchmesser der Dichtlinie entspricht dabei dem Führungsdurchmesser des Steuerventilelementes, wobei der Führungsdurchmesser dem Außendurchmesser des Führungsbolzens zuzüg- lieh eines minimalen Spiels entspricht. Aufgrund seiner axialen Druckausgeglichenheit ist das bekannte Steuerventil zum Schalten sehr großer Drücke geeignet. Nachteilig bei dem bekannten Injektor ist jedoch die hohe Belastung auf der linienförmigen Dichtkante beim Schließen des Steuerven- tils, die zu einem nicht unerheblichen Verschleiß an der Dichtlinie führen kann. Auch kommt es durch im Kraftstoff vorhandene Partikel an der Dichtlinie zu nicht unerheblichen Verschleißerscheinungen. Stellenweise treten dabei sehr starke, die Dichtigkeit negativ beeinflussende Defor- mationen an der Dichtlinie auf.

Aus der zum Anmeldezeitpunkt vorliegender Anmeldung noch nicht offengelegten Patentanmeldung DE 10 2008 005 532.8 (Anmeldetag 22.01.2008) ist ein gegenüber dem zuvor be- schriebenen Injektor verbesserter Injektor bekannt, bei dem die Gefahr einer Beschädigung der Dichtlinie reduziert ist. Hierzu weist das Steuerventilelement einen die Dichtlinie in radialer Richtung zum Hochdruckbereich hin überragenden Stützbereich auf, der den Einschlagimpuls, mit dem das Steuerventilelement auf den ihm zugeordneten Steuerventilsitz einschlägt, gleichmäßiger im Steuerventilelement verteilt, was geringere Bauteilverspannungen zur Folge hat, mit der positiven Konsequenz, dass Verschleißerscheinungen der Dichtlinie über die Lebensdauer des Injektors minimiert werden. Gleichzeitig können in dem zwischen der Stirnseite des Stützbereichs und dem Ventilstück gebildeten Spalt Kraftstoffpartikel vor Erreichen der Dichtlinie aufgehalten und bei einer Schließbewegung des Steuerventils zwischen der Stirnfläche des Stützbereichs und dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück zertrümmert werden.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kraftstoff-Inj ektor mit einem zumindest näherungsweise in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil vorzu- schlagen, bei dem der Dichtlinienverschleiß des Steuerventilelementes reduziert ist.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird mit einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Realisierung einer Art injektorinterner Partikelfilter das Steuerventilelement quer zu seiner Längserstreckung in den Hochdruckbe- reich zu verbreitern, also einen in Richtung in den Hochdruckbereich hineinragenden, die Dichtlinie radial überragenden Stützbereich vorzusehen, wobei zwischen der (unteren) dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück zu- gewandten Stirnseite des Steuerventilelementes und dem Ventilstück ein sich in den Hochdruckbereich, also entgegen der KraftstoffStrömungsrichtung öffnender, d.h. breiter werdender, Ringspalt gebildet ist, in dem im Kraftstoff vorgesehene Partikel vor Erreichen der am Steuerventilelement gebildeten Dichtlinie (Dichtkante) hängen bleiben und bei einer Schließbewegung des Steuerventilelementes, also bei einer axialen Verstellbewegung des Steuerventilelementes in Richtung Ventilstück, außerhalb des Sitzbereichs zerkleinert werden, sodass kleine Partikel durch den Sitzbereich hindurch strömen können ohne den Sitz zu schädigen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die dem Ventilstück zugewandte, den vorgenannten Spalt (oben) begrenzende Stirnfläche des Stützbereichs und/oder eine Stirnfläche des Ventil- Stücks gekrümmt, also einen Radius aufweisend, ausgebildet sind/ist, wodurch der Stützbereich bzw. das Ventilstück eine erhöhte Robustheit erhalten. Zudem wirkt sich eine gekrümmte Ausbildung des Stützbereichs im Bereich seiner Stirnfläche bzw. eine gekrümmte Ausbildung der der Stirn- seite zugewandten Fläche des Ventilstücks positiv auf das Strömungsverhalten des Kraftstoffs aus dem Hochdruckbereich in Richtung Niederdruckbereich aus.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Stirnfläche des Stützbereichs und/oder die der Stirnfläche des Stützbereichs zugewandte Fläche des Ventilstücks konvex, also ballig gekrümmt sind.

Ebenso ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Stirnfläche des Steuerventilelementes und/oder die der Stirnfläche zugewandten Fläche (Flächenabschnitt des Ventilstücks) konkav gekrümmt sind/ist. Alternativ zu der zuvor beschriebenen Maßnahme, die Stirnfläche des Stützbereichs und/oder eine der Stirnseite zugewandte Fläche (Flächenabschnitt) des Ventilstücks gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt auszuformen, ist ein Kraftstoff-Injektor realisierbar, bei der der zwischen der Stirnseite des Steuerventilelementes und dem Ventilstück im Hochdruckbereich ausgebildete Spalt unmittelbar benachbart zu dem Steuerventilsitz bzw. der Dichtkante einen Öffnungswinkel, d.h. einen Hochdruckfreilassungswinkel, aufweist, der aus einem Wertebereich zwischen etwa 65° und etwa 90°, vorzugsweise zwischen etwa 70° und etwa 85°, besonders bevorzugt zwischen etwa 75° und etwa 85° gewählt ist. Die Realisierung eines derartig großen Hochdruckfreilassungswinkels eignet sich insbesondere zur Zerstörung be- sonders großer Partikel. Bei einer zuvor beschriebenen Ausführungsform kann der Spalt beidseitig von nicht gekrümmten, d.h. ebenen, Flächenabschnitten begrenzt sein, oder an zumindest einer Seite von einer gekrümmten Fläche (Stirnfläche des Stützbereichs oder der Stirnfläche zugewandte Fläche des Ventilstücks) . Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Spalt von zwei gekrümmten Flächen begrenzt ist, wobei in diesem Fall der Hochdruckfreilassungswinkel zwischen zwei im Kontaktbereich an den gekrümmten Flächen anliegenden Tangenten aufgespannt ist.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der zwischen der Stirnfläche des Stützbereichs und der Fläche des Ventilstücks gebildete Spalt derart dimensioniert ist, dass Kraftstoffpartikel, die ohne das Vorsehen eines erfin- dungsgemäßen Spaltes zwischen der Dichtlinie des Steuerventilelementes und dem Steuerventilsitz hängen bleiben würden, nun vor Erreichen der Dichtlinie innerhalb des Spaltes abgefangen werden und beim Schließen des Steuerventilele- mentes zumindest ein Stück weit außerhalb des Dichtbereichs zertrümmert werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Stützbereich derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass dieser die Druckausgeglichenheit des Steuerventilelementes in seiner Schließstellung nicht oder zumindest nicht wesentlich negativ beeinflusst. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Stützbe- reich derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass sich die auf ihn in einander entgegengesetzte Richtungen wirkenden Druckkräfte, zumindest näherungsweise vollständig, vorzugsweise vollständig, aufheben. Dies wird mit einem Stützbereich erreicht, bei dem die Wirk- bzw. Projektionsflächen zum Erzeugen von in einander entgegengesetzte Richtungen wirkenden Druckkräften gleich groß sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der innere oder der äußere Durchmesser (abhängig von der Bauform) des Steuerventilelementes im Bereich der Dichtlinien dem Durchmes- ser des Steuerventilelementes oberhalb des Stützbereichs entspricht .

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Injektors, bei der der Durchmesser der Dichtlinie, die sich durch nicht zu vermeidende Verschleißerscheinungen über die Lebensdauer des Injektors (etwas) verbreitert, und dem Führungsdurchmesser (Innendurchmesser oder Außendurchmesser des Steuerventils - abhängig von der Bauform des Steuerventilelementes) entspricht. Ein vollkommen druckausgegliche- nes Steuerventil wird erhalten, wenn der innere Durchmesser der Dichtlinie exakt dem inneren Führungsdurchmesser bzw. der äußere Durchmesser der Dichtlinie exakt dem äußeren Führungsdurchmesser des Steuerventilelementes entspricht. Ein druckausgeglichenes Steuerventil kann sowohl mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement (Ventilhülse) als auch mit einem kolbenförmigen (nicht durchgehend hohlen) Steuerventilelement realisiert werden. Für den Fall des Vorsehens eines als Ventilhülse ausgebildeten Steuerventilelementes ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der innerhalb des Steuerventilelementes ein Druckstift aufgenommen ist. Dabei ist der Druckstift bevorzugt als von dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück separates Bauteil ausgebil- det, welches eine radial innerhalb des Steuerventilelementes ausgebildete Ventilkammer in axialer Richtung abdichtet. Bevorzugt ist das hülsenförmige Steuerventilelement dabei mit seinem Innenumfang am Außenumfang des Druckstiftes geführt, welcher sich bevorzugt an einem Injektorbau- teil in axialer Richtung, vorzugsweise an einem Injektordeckel oder einer Elektromagnetanordnung (Haltekörper) , abstützt. Zusätzlich oder alternativ zu der Ausbildung des Druckstiftes als innere Führung kann eine Außenführung für das hülsenförmige Steuerventilelement vorgesehen werden. Unabhängig davon, ob eine innere und/oder äußere Führung für die Ventilhülse vorgesehen wird, entspricht der Durchmesser der Dichtlinie bevorzugt zumindest näherungsweise dem Außendurchmesser des Druckstiftes zuzüglich eines minimalen Spiels. Bei einer Ausführungsform des Steuerventil- elementes als Ventilhülse ragt der Stützbereich bevorzugt in die innerhalb des hülsenförmigen Steuerventilelementes ausgebildete, vorzugsweise unmittelbar mit der Steuerkammer verbundene Ventilkammer hinein und befindet sich in axialer Richtung betrachtet zwischen der Dichtlinie und dem Druck- stift.

Bei einem Injektor mit einem als Kolben ausgebildeten Steuerventilelement befindet sich der Stützbereich im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform bevorzugt am Außenumfang und zwar in axialer Richtung betrachtet zwischen der Dichtlinie des Steuerventilelementes und einem Füh^¬ rungsbauteil, wobei der (äußere) Durchmesser der Dichtlinie bevorzugt dem Führungsdurchmesser des kolbenförmigen Steuerventilelementes entspricht. Bei einer derartigen Ausfüh^¬ rungsform ragt der Stützbereich nicht wie bei einem hülsen- förmigen Steuerventilelement nach innen, sondern radial nach außen in den Hochdruckbereich hinein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines als Common-

Rail-Inj ektor ausgebildeten Injektors mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement, welches einen nach radial innen weisenden Stützbereich für die

Dichtlinie aufweist,

Fig. 2 eine unvollständige Darstellung einer Ausfüh- rungsform eines Injektors, bei der das Steuerven^¬ tilelement als massiver Kolben ausgebildet ist, der am Außenumfang, axial benachbart zur Dichtli^¬ nie, einen umlaufenden Stützbereich trägt,

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines Steuerventil^¬ elementes dessen Stützbereich eine konvex ge^¬ krümmte Stirnfläche aufweist, Fig. 4 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventils mit einer konkav gekrümmten Stirnfläche, und

Fig. 5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventilelementes mit einem großen Hochdruckfreilassungswinkel .

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff- Hochdruckspeicher 4 (Rail) . In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungs- leitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Druckraum 6. Mittels einer Rücklaufleitung 8 ist ein Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen.

Innerhalb eines Düsenkörpers 13 ist ein Einspritzventilelement 11 angeordnet. Das Einspritzventilelement 11 ist zum einen längsverschieblich in einem unteren, hülsenförmigen Abschnitt eines Ventilstücks 12 und zum anderen mit Axialabstand dazu in einer Bohrung im Düsenkörper 13 geführt. Dabei sind am Außenumfang des Einspritzventilelementes 11 im Bereich seiner Führung innerhalb des Düsenkörpers 13 Axialkanäle 14 (Anschliffe) ausgebildet, über die der Druckraum 6 mit einem Düsenraum 7 verbunden ist. Der Düsenkörper 13 ist über eine nicht dargestellte Überwurfmutter mit einem Injektorkörper 10 verschraubt.

Das Einspritzventilelement 11 weist an seiner Spitze 15 eine Schließfläche 16 auf, mit der das Einspritzventilelement 11 in dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 13 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 17 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 11 an seinem Einspritzventilelementsitz 17 anliegt, d.h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsen- lochanordnung 18 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 17 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 über die Axialkanäle 14 in den Düsenraum 7 an dem Einspritzventilelement 11 vorbei zur Düsenlochanord- nung 18 innerhalb des Düsenkörpers 13 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum (nicht gezeigt) gespritzt werden.

Von einer oberen Stirnseite 19 des Einspritzventilelementes 11, welches anstelle der gezeigten einteiligen Ausbildung auch mehrteilig ausgebildet werden kann, und dem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt des Ven- tilstückes 12 wird eine Steuerkammer 20 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstücks 12 verlaufende Zulaufdrossel 21 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Die Steuerkammer 20 ist über einen, in dem oberen plattenförmi- gen Abschnitt des Ventilstücks 12 angeordneten Ablaufkanal 22 mit Ablaufdrossel 23 mit einer Ventilkammer 24 verbunden, die radial außen von einem hülsenförmigen Steuerven- tilelement 25 eines Steuerventils 26 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus der Ventilkammer 24 (Hochdruckbereich 37) kann Kraftstoff in den Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 strömen, wenn das von einem elektromagnetischen Aktuator 27 betätigbare Steuerventilelement 25 von seinem als Flachsitz ausgebildeten und an dem plattenförmigen Abschnitt des Ventilstücks 12 angeordneten Steuerventilsitz 28 abgehoben, d.h. das Steuerventil 26 geöffnet ist. Der Steuerventilsitzwinkel beträgt bei dem gezeigten Flachsitz 180°. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 21 und der Ablauf- drossel 23 sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 26 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 20 über die Ventilkammer 24 in den Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 und von dort aus über die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 re- sultiert.

Das Steuerventil 26 ist als im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet. Das Steuerventilelement 25 ist mit seinem in der Zeich- nungsebene oberen Abschnitt einstückig mit einer Ankerplatte 29 ausgebildet, die mit einer Elektromagnetanordnung 30 des elektromagnetischen Aktuators 27 in an sich bekannter Weise zusammenwirkt. Radial innerhalb des hülsenförmigen Steuerventilelementes 25 ist ein Druckstift 31 angeordnet, der als von dem Ventilstück 12 separates Bauteil ausgebildet ist, und der die Ventilkammer 24 in axialer Richtung nach oben abdichtet. Die auf ihn wirkenden Druckkräfte stützt der Druckstift 31 an einem mit dem Injektorkörper 10 verschraubten Injektordeckel 32 ab. Hierzu durchsetzt der Druckstift 31 eine zentrale Durchgangsöffnung 33 innerhalb der Elektromagnetanordnung 30. Eine kreisringförmige, Ii- nienförmige Dichtlinie 34 (Dichtkante) des Steuerventilele- mentes 25, die in geschlossenem Zustand des Steuerventils 26 mit dem Steuerventilsitz 28 dichtend zusammenwirkt, befindet sich auf einem inneren Führungsdurchmesser D_lF, mit dem das Steuerventilelement 25 am Druckstift 31 geführt ist. Zusätzlich ist das Steuerventilelement 25 an seinem Außenumfang mittels einer Führungsplatte 35 geführt, die von dem Steuerventilelement 25 durchsetzt ist und die sich axial zwischen der Ankerplatte 29 und dem Ventilstück 12 mit seinem Steuerventilsitz 28 befindet. Innerhalb der Durchgangsöffnung 33 befindet sich neben dem in diesem Aus- führungsbeispiel einteilig ausgebildeten, bei Bedarf mehrteilig ausbildbaren, Druckstift 31 eine Steuerschließfeder 36, die sich in axialer Richtung zum einen am Injektordeckel 32 und zum anderen an der Einheit, bestehend aus Steuerventilelement 25 und Ankerplatte 29, abstützt.

Wird die Elektromagnetanordnung 30 des elektromagnetischen Aktuators 27 bestromt, hebt das hülsenförmige Steuerventilelement 25 von seinem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28 ab, wodurch die Ventilkammer 24, also der Hochdruckbereich 37 des Injektors 1, mit dem Niederdruckbereich 9 hydraulisch verbunden wird, wodurch wiederum der Druck innerhalb der hydraulisch über die Ablaufdrosseln 23 mit der Ventilkammer 24 verbundenen Steuerkammer 20 rapide abfällt und sich das Einspritzventilelement 11 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben in die Steuerkammer 20 hineinbewegt, wodurch in der Folge Kraftstoff aus dem Düsenraum 7 in den Brennraum strömen kann. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 30 des elektromagnetischen Aktuators 27 unterbrochen. Die Steuerschließfeder 36 bewegt in der Folge das hülsenförmige Steuerventilelement 25 zurück auf seinen Steuerventilsitz 28 an der in der Zeichnungsebene oberen Seite des Ventilstücks 12. Durch den durch die Zulaufdrossel 21 nachströmenden Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 20 rapide an, wodurch das Einspritzventilelement 11, unterstützt durch die Federkraft einer Schließfeder 38, die sich an einem Umfangsbund 39 des Einspritzventilelementes 11 sowie am hülsenförmigen, unteren Abschnitt des Ventilstücks 12 abstützt, in Richtung des Einspritzventilelementsitzes 17 bewegt wird, wodurch wiederum der Kraftstofffluss aus der Düsenlochanordnung 18 in den Brennraum unterbrochen wird.

Wie erwähnt, befindet sich die zumindest näherungsweise Ii- nienförmige Dichtkante (Dichtlinie 34) auf dem inneren Führungsdurchmesser D_lF . Anders ausgedrückt entspricht der Durchmesser D_D der Dichtlinie 34 dem inneren Führungsdurchmesser D_lF des Steuerventilelementes 25. In radialer Richtung nach innen wird die Dichtlinie 34 überragt von einem ringförmigen, von der Dichtlinie 34 ausgehenden, Stützbereich 40, der vollständig innerhalb des Hochdruckbereichs 37, genauer innerhalb der Ventilkammer 24, angeordnet ist. Da die wirksame Druckangriffsfläche (axiale Projektionsfläche) des Stützbereichs 40 für Druckkräfte in eine erste Axialrichtung und die Druckangriffsfläche des Stützbereichs 40 für Druckkräfte in eine zweite, der ersten Axialrichtung entgegengesetzte Axialrichtung, gleich groß sind, wird die axiale Druckausgeglichenheit des Steuerventilelementes 25 durch den ringförmigen Stützbereich 40 nicht negativ beein- flusst. Wie aus Fig. 1 unschwer zu erkennen ist, befindet sich der Stützbereich 40 in axialer Richtung betrachtet zwischen der in der Zeichnungsebene unteren, freien Stirnseite des Druckstiftes 31 und dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28. Aufgrund des Vorsehens des Stütz- bereichs 40 bildet die Dichtlinie 34 nicht die radial innerste Grenze des Steuerventilelementes 25.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist eine in der Zeichnungsebene untere, dem Ventilstück 12 zugewandte ringförmige Stirnflä- che 41 konvex gekrümmt (gewölbt) . Anders ausgedrückt erstreckt sich die Stirnfläche 41 ausgehend von der Dichtlinie 34 auf einer gekrümmten Bahn in radialer Richtung nach innen und gleichzeitig in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben. Eine der Stirnfläche 41 gegenüberlie- gende Fläche 42 (Flächenabschnitt, Ringfläche) des Ventilstückes 12 radial innerhalb des Steuerventilsitzes 28 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eben ausgeformt. Von der Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 und der ebenen Fläche 42 wird ein ringförmiger Spalt 43 begrenzt, der sich in radialer Richtung nach innen, also in den Hochdruckbereich 37 hinein, vergrößert. Der Spalt 43 ist so dimensioniert, dass in diesem im Kraftstoff vorgesehene und durch den Ablaufkanal 22 in die Ventilkammer 24 gespülte Partikel innerhalb des Spaltes 43 mit Radialabstand zur Dichtlinie 34 hängen bleiben und bei einer Schließbewegung des Steuerventilelementes 25 mit Radialabstand zum eigentlichen Dichtbereich zertrümmert werden.

Bei dem in Fig. 2 ausschnittsweise dargestellten Injektor 1 ist das Steuerventilelement 25 als Vollmaterialkolben ausgebildet, also als Steuerventilelement 25 ohne axialen Durchgangskanal. An dem Steuerventil 26 ist eine Ankerplatte 29 festgelegt, die analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der Elektromagnetanordnung 30 zusammenwirkt .

Das Steuerventilelement 25 ist mit seinem Außenumfang in einem Führungsbauteil 44 geführt, welches von dem Steuerventilelement 25 durchsetzt wird. Dabei weist das Steuerventilelement 25 in seinem Führungsbereich einen Außendurchmesser D_aF auf, der dem Durchmesser der stirnseitigen, kreisringförmigen Dichtlinie 34 entspricht. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich die zum Hochdruckbereich 37 des Injektors 1 gehörende Ventilkammer 24 nicht radial innerhalb des Steuerventilelementes 25, sondern begrenzt dieses im geschlossenen Zustand des Steuerventils 26 radial außen. Folglich führt der Ab- laufkanal 22 mit seiner Ablaufdrossel 23 in die radial außerhalb des Steuerventilelementes 25 angeordnete Ventilkammer 24, wobei der Ablaufkanal 22 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schrägkanal innerhalb des plattenförmigen Abschnittes des Ventilstücks 12 ausgebildet ist.

Bei geöffnetem Steuerventil 26, also bei von dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28 abgehobenem Steuerventilelement 25, strömt Kraftstoff aus der Ventilkammer 24 radial nach innen in einen Niederdruckkanal 45 innerhalb des Ventilsstücks 12, wobei der Niederdruckkanal 45 zum Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 gehört. Der Niederdruckkanal 45 mündet in einen radial außen angeordneten ringförmigen Niederdruckraum 46, der über einen Radialkanal 47 mit einer Ankerkammer 48 hydraulisch verbunden ist. Über die Ankerkammer 48 kann Kraftstoff zur Rücklaufleitung 8 (Injektorrücklauf) und über diesen zum Vorratsbehälter 3 strömen . Wesentlich bei dem in Fig. 2 gezeigten Injektor 1 ist, dass der Stützbereich 40, der die Dichtlinie 34 in radialer Richtung überragt und in der Ventilkammer 24 und damit im Hochdruckbereich 37 des Injektors 1 angeordnet ist, am Au- ßenumfang des Steuerventilelementes 25 platziert ist. Dabei überragt der Stützbereich 40 den Außendurchmesser D_aF im Führungsbereich des Steuerventilelementes 25 und damit auch, wie erwähnt, die Dichtlinie 34 in radialer Richtung. Der Steuerventilsitzwinkel beträgt in dem gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel 180°.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist die im Hochdruckbereich 27, genauer in der Ventilkammer 24, gelegene Fläche 42 eben, wohingegen die der Fläche 42 zugewandte Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 konkav gekrümmt ist, wodurch sich ein Spalt 43 analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, jedoch mit gegensätzlicher Orientierung in Bezug auf die Injektorgeometrie ergibt.

Im Folgenden werden anhand der Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Ausführungsvarianten der Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 sowie der Fläche 42 beschrieben. Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 3 bis 5 wird eine Injektorbauform, wie diese in Fig. 1 gezeigt ist mit innen- liegender Ventilkammer 24 zugrundegelegt, wobei selbstverständlich, bei gespiegelter Betrachtungsweise auch eine analoge Ausführungsform mit außen angeordneter Ventilkammer 24 realisierbar ist.

In Fig. 3 ist ein (unterer) Ausschnitt des hülsenförmigen Steuerventilelementes 25 gezeigt, welches an seiner dem Ventilstück 12 zugewandten Stirnseite die Dichtlinie 34 aufweist, die mit dem leicht konischen Steuerventilsitz 28 zusammenwirkt. Zu erkennen ist, dass sowohl die ringförmige, der Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 zugewandte Fläche 42, als auch die Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 selbst konkav gewölbt sind. Die Stirnfläche 41 und die Flä- che 42 spannen den mit dem Bezugszeichen 43 gekennzeichneten Spalt auf, innerhalb dessen Partikel 49 vor Erreichen der Dichtlinie 34 hängen bleiben und durch eine Schließbewegung oder mehrere aufeinander folgende Schließbewegungen des Steuerventilelementes 25 zerstört werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 im Wesentlichen nur dadurch, dass die Stirnfläche 41 des in den Hochdruckbereich 37 ragenden Stützbereichs 40 nicht konvex sondern konkav gewölbt ist. Der zwischen der Stirnfläche 41 und der Fläche 42 des Ventilstücks 12 aufgespannte Spalt 43 weist dabei einen Hochdruckfreilassungswinkel γ zwischen der Fläche 42 und einer an der Grenze zwischen Dichtlinie 34 und der Stirnfläche 41 anliegenden Tangente 50 von etwa 75° auf.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 entspricht aufgrund seiner gestuften Ausformung der Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 des Steuerventilelementes 25 im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 4. Es wurde lediglich auf eine konvexe Krümmung der Stirnfläche 41 verzichtet. Somit wird der Hochdruckfreilassungswinkel γ von etwas über 75° aufgespannt zwischen der Fläche 42 des Ventilstücks 12 und einem ringförmigen, unmittelbar an die Dichtlinie 34 angrenzenden Flächenabschnitt 51 der Stirnfläche 41. Die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele sind fertigungstechnisch von Vorteil und eignen sich besonders gut zur Zerstörung von vergleichsweise großen Partikeln.

Radial außen schließt an den Flächenabschnitt 51 ein weiterer Flächenabschnitt 52 der gestuften Stirnfläche 41 an, der unter einem Winkel von etwa 120° zum Flächenabschnitt 51 verläuft und näherungsweise parallel zur Fläche 42.

Claims

Ansprüche

1. Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11), das mittels eines Steuerventils (26) ansteuerbar ist, welches ein mittels eines Aktuators (27) zwischen einer Schließstellung und ei- ner Öffnungsstellung verstellbares, in der Schließstellung in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, druckausgeglichenes, Steuerventilelement (25) mit einer Dichtlinie (34) aufweist, die in der Schließstellung des Steuerventilelementes (25) mit einem an einem Ventilstück (12) angeordneten Steuerventilsitz (28) dichtend zusammenwirkt, und die in der Öffnungsstellung von dem Steuerventilsitz (28) abgehoben ist und damit den Kraftstofffluss aus einem Hochdruckbereich (37) in einen Niederdruckbereich (9) des Injek- tors (1) freigibt,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Steuerventilelement (25) einen, die Dichtli- nie (34) in radialer Richtung zum Hochdruckbereich (37) hin überragenden, Stützbereich (40) aufweist, und dass eine dem Ventilstück (12) zugewandte die Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und/oder eine der Stirnfläche (41) zugewandte Fläche (42) des Ventil- Stücks (12) gekrümmt ausgeformt sind/ist.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und/oder die Fläche (42) des Ventilstücks (12) konvex gekrümmt sind/ist.

3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und/oder die Fläche (42) des Ventilstücks (12) konkav gekrümmt sind/ist.

4. Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11), das mittels eines Steuerventils (26) ansteuerbar ist, welches ein mittels eines Aktuators (27) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbares, in der Schließstellung in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, druckausgeglichenes, Steuerventilelement (25) mit einer Dichtlinie (34) aufweist, die in der Schließstellung des Steuerventilelementes (25) mit einem an einem Ventilstück (12) angeordneten Steuerven- tilsitz (28) dichtend zusammenwirkt, und die in der Öffnungsstellung von dem Steuerventilsitz (28) abgehoben ist und damit den Kraftstofffluss aus einem Hochdruckbereich (37) in einen Niederdruckbereich (9) des Injektors (1) freigibt,

dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (25) einen die Dichtlinie (34) in radialer Richtung zum Hochdruckbereich (37) hin überragenden, Stützbereich (40) aufweist, und dass ein Hochdruckfreilassungswinkel (γ) zwischen einer dem Ventilstück (12) zugewandten, im Hochdruckbereich (37) an die Dichtlinie (34) angrenzenden Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und einer der Stirnfläche (41) zugewandten Fläche (42) des Ventilstücks (12) aus einem Wertebereich zwischen etwa 65° und etwa 90°, vor- zugsweise zwischen etwa 70° und etwa 85°, besonders bevorzugt zwischen etwa 75° und etwa 85° gewählt ist.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in Richtung des Hochdruckbereichs (37) öffnender, von der Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und von der Fläche (42) des Ventilstücks (12) begrenzter Spalt (43) derart dimensioniert ist, dass in diesem im Kraftstoff vorhandene Partikel (49) vor Er- reichen der Dichtlinie (34) hängen bleiben und beim Schließen des Steuerventilelementes (25) zwischen der Stirnfläche (41) des Stützbereichs (40) und der Fläche (42) des Ventilstücks (12) zerdrückt werden.

6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützbereich (40) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass auf diesen bei geschlossenem Steuerventil (26) keine resultierenden axialen Druck- kräfte wirken.

7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D_D) der Dichtlinie (34), zumindest näherungsweise, vorzugsweise exakt, einem Führungsdurchmesser (D_lF) des Steuerventilelementes (25) entspricht .

8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckfreilassungswinkel (γ) größer ist als ein Niederdruckfreilassungswinkel.

9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (25) als Hülse ausgebildet ist.

10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse ein von dem den Steuerventilsitz (28) aufweisenden Ventilstück (12) separater, ein- oder mehrteiliger, Druckstift (31) aufgenommen ist, und dass der Stützbereich (40) am Innenumfang der Hülse axial zwischen dem Druckstift (31) und dem Steuerventilsitz (28) angeordnet ist.

11. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (25) als Kolben ausgebildet ist.

12. Injektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützbereich (40) am Außenumfang des Kolbens axial zwischen einem Führungsbauteil (44) für den Kolben und dem Steuerventilsitz (28) angeordnet ist.