DE10154576C1

DE10154576C1 - Kraftstoffinjektor mit düsennaher Magnetventilanordnung

Info

Publication number: DE10154576C1
Application number: DE2001154576
Authority: DE
Inventors: Andreas Wengert; Karl Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-11-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff, mit einer Düsennadel (5), deren Betätigung im Injektorkörper (2) über einen druckentlastbaren Steuerraum (22) erfolgt, der über eine Zulaufdrossel (21) druckbeaufschlagbar und über eine mittels eines Magnetventils (9) schaltbare Ablaufdrossel (20) druckentlastbar ist. Das Magnetventil (9) ist in einem dem Düsenkörper (3) zuweisenden Bereich des Injektorkörpers (2) oberhalb des Steuerraums (22) angeordnet, dessen Volumen durch Einbauten (23, 24, 25; 37, 38; 42; 50, 57) minimiert ist.

Description

Technisches Gebiet

Bei Kraftstoffeinspritzsystemen für direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen kommen Einspritzsysteme mit Hochdruckspeicherräumen (Common Rail) zum Einsatz.

Über den Hochdruckspeicherraum werden die einzelnen, den Brennräumen der Verbren nungskraftmaschine zugeordneten Kraftstoffinjektoren weitestgehend druckpulsationsfrei mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden im wesentlichen modular aufgebaut, um bei deren Serienfertigung günstige Herstellkosten zu erreichen und Varianten mit nur geringem Änderungsaufwand herzustellen.

Stand der Technik

SAE 980 803, 1998 zeigt einen modular aufgebauten Kraftstoffinjektor, dessen einzelne Funktionsgruppen im wesentlichen hintereinanderliegend angeordnet sind. Im Injektorkör per sind eine Magnetspule, ein 2-Wege-Ventil sowie eine Adapterplatte aufgenommen. Das 2-Wege-Ventil ist druckausgeglichen und lässt sich mit geringen Strömen betreiben. Ferner ist das 2-Wege-Ventil massereduziert, so dass einerseits die mechanischen Bela stungen des Ventilsitzes reduziert und andererseits kurze Schaltzeiten realisiert werden können. Zwischen der Ablaufdrossel des Steuerraums und dem 2-Wege-Ventil ist eine By pass-Öffnung vorgesehen, die in den Zulauf zum Düsenraum im Injektorkörper mündet. Mit der Bypass-Öffnung lassen sich Absteuermengen aus dem Steuerraum teilweise in den Düsenzulauf ableiten, was jedoch zu einer starken Streuung der Einspritzmenge führen kann, die über den Düsenraumzulauf in den Düsenraum gelangt und damit zu einer Streu ung der Einspritzmenge führt.

EP 0 690 223 A2 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit einstellbarem Hubweg. Mit tels einer Düsennadel lassen sich die einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine jeweils zuweisenden Einspritzöffnungen des Injektors öffnen bzw. verschließen. Die Dü sennadel wird mittels einer koaxialen Stange betätigt, die ihrerseits elektromagnetisch be tätigbar ist. Die koaxiale Stange wirkt über ein zylindrisches Element auf die Düsennadel. Das zylindrische Element wird in einer engen Führung im Gehäuse des Injektors geführt. Das zylindrische Element gleicht in Querrichtung auftretende Kräfte aufgrund von Un gleichmäßigkeiten zwischen der Position der koaxialen Stange und der Düsennadel im In jektorkörper aus. Das zylindrische Element kann in mehreren Größenklassen gefertigt wer den, so dass sich je nach Einbaufall des Kraftstoffinjektors an der Verbrennungskraftma schine das passende, die Höchsteinspritzmenge verwirklichende zylindrische Element zwi schen der Düsennadel und der Druckstange einbauen lässt.

EP 0 740 068 A2 bezieht sich auf eine Einspritzvorrichtung. Gemäß dieser Lösung wird ein Steuerraum über ein Ventilelement entlastet, welches ein Ankerteil eines Magnetankers darstellt. Um eine kleine Absteuermenge aus dem Steuerraum darzustellen, ist in einer im Steuerraum aufgenommenen Platte oder in einem im Steuerraum aufgenommenen Körper ein Drosselelement angeordnet.

GB 2 341 893 A hat ein elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil zum Gegenstand, welches in zwei Betätigungsstufen geschaltet werden kann. Eine Düsennadel ist innerhalb einer Bohrung verschiebbar aufgenommen. Das obere Ende der Düsennadel ist einem Druck in einem Steuerraum ausgesetzt. Der Druck innerhalb des Steuerraumes kann über ein Ventil entlastet werden, um ein Einspritzvorgang auszulösen. Das Ventilglied ist über einen ersten elektromagnetischen Aktor betätigbar, der eine erste Komponente umfasst, die mit dem Ventilglied gekuppelt ist sowie eine zweite Komponente enthält, welche mittels eines zweiten elektromagnetischen Aktors betätigbar ist. Auf diese Weise kann eine zwei stufige Einspritzung realisiert werden, indem die Windungen der elektromagnetischen Aktoren entsprechend bestromt werden. Der Kraftstoff kann sowohl über Ersteinspritzöff nungen als auch über erste und zweite Einspritzöffnungen in den Brennraum eingespritzt werden.

DE 198 57 338 C1 hat eine Dosiervorrichtung zum Gegenstand. Die Dosiervorrichtung umfasst eine Düsennadel, welche eine Bohrung in eine gedrosselt druckbeaufschlagbare Arbeitskammer und in eine druckbeaufschlagbare Fluidkammer unterteilt. Mindestens eine Einspritzöffnung ist mittels der Düsennadel verschließbar bzw. freigebbar. Es ist ein in die Arbeitskammer mündender Ablauf vorgesehen, welcher mittels eines Dichtelementes ver schließbar ist. Eine obere, druckbelastete Fläche der Düsennadel ist größer als eine untere druckbelastete Fläche ausgelegt. Mittels eines Stellantriebes ist das Dichtelement ver schiebschiebbar, so dass ein Öffnen und Schließen des Ablaufes steuerbar ist, wodurch ein Hub der Düsennadel derart eingestellt werden kann, dass ein Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung gesteuert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, welcher ein schnelles Ansprechverhalten und somit kurze Schaltzeiten aufweist.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich ein Kraftstoffinjektor bereit stellen, der sich einerseits durch eine kostengünstige Herstellung auszeichnet und der ande rerseits geringe Steuervolumina zur Betätigung der Düsennadel benötigt und kurze, vom Steuervolumen zurückzulegende Wege aufweist. Durch die Anordnung einer Formfeder im Steuerraum kann das Steuerraumvolumen kleingehalten werden, wodurch sich kurze Schaltzeiten erzielen lassen. Eine weitere Möglichkeit, in vorteilhafter Weise kurze Schalt zeiten an einem Kraftstoffinjektor zu realisieren, liegt in Anordnung eines Füllstückes in nerhalb der Formfeder, das zusätzlichen Hohlraum belegt und das Steuervolumen gering hält. Zur weiteren Reduktion des Steuervolumens innerhalb des Steuerraums kann eine Ausgestaltung der Formfeder aus profiliertem Material, zum Beispiel mit vierkantförmi gem Querschnitt beitragen.

Gemäß der vorgeschlagenen Lösung wird zur Druckentlastung des Steuerraums ein Ma gnetventil eingesetzt, zwischen dessen Druckstange und dem Schließkörper ein Übertra gungselement angeordnet werden kann. Mittels des Übertragungselementes kann der Ma gnetventilhubweg sehr kleingehalten werden, so dass das Aufbringen größerer Magnet kräfte möglich ist, um definierte und reproduzierbare Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Düsennadel im Injektorkörper zu realisieren. Durch Entfall der Bypass-Öffnung kann die vorgegebene Einspritzmenge durch Vermeidung zusätzlicher Toleranzen mit einer we sentlich weniger ausgeprägten Streuung bereitgestellt werden. Ferner stellt sich eine deut lich geringere Leckagemenge bei einem solcherart beschaffenen Kraftstoffinjektor ein. Ne ben der geringen, im Steuerraum aufgenommenen Steuermenge von Kraftstoff, die im Steuerraum des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektors aufgenommen ist und die zur Realisierung kürzester Schaltzeiten am erfindungsgemäß konfigurierten Kraftstoffinjektor führt, kann durch Beaufschlagung der Gesamtnadelfläche der Düsennadel ein schnelleres Schließen der Düsennadel beim Schließen der Ablaufdrossel im Injektorkörper erzielt wer den.

Je nachdem, ob der erfindungsgemäß konfigurierte Kraftstoffinjektor mit einer Zwischen platte mit darin integrierter Ablaufdrossel oder aus Kostengründen und Gründen der einfa cheren Herstellbarkeit ohne diese ausgestattet ist, können die Ablaufdrossel sowie der Ventilsitz des die Ablaufdrossel verschließenden und mittels eines Magnetventils betätig baren Schließkörpers in dem der Brennraumseite abgewandten Bereich des Düsenkörpers ausgebildet sein. Der die Ablaufdrossel verschließende bzw. freigebende Ventilkörper ist in den verschiedenen Ausführungsvarianten des der Erfindung zugrundeliegenden Gedan kens als kugelförmiger Schließkörper ausgebildet. In den einzelnen Ausführungsvarianten wird der kugelförmige Schließkörper durch eine kurze Druckstange, verbunden mit einem Übertragungselement betätigt. Das Übertragungselement kann über die Ankerfläche des Magnetventils betätigt werden und dazu einseitig an einem Drehpunkt innerhalb des In jektorkörpers sich abstützend, angelenkt werden. Neben der Ausführungsvariante, einen Schließkörper einer Ablaufdrossel mittels eines Übertragungselements und einer dadurch betätigten Druckstange anzusteuern, kann das Magnetventil auch derart im Inneren des Injektorkörpers angeordnet sein, dass dessen Ankerfläche unmittelbar auf die die Ablauf drosselöffnung freigebende bzw. verschließende Schließelement einwirkt.

Die den Injektorkörper und sowohl diesen als auch den Düsenkörper durchsetzende Dü sennadel/Stößel-Anordnung kann gemäß der oben erwähnten Ausführungsvarianten auch mittels eines Druckstückes angesteuert werden, welches im Steuerraum des Injektorkörpers von einer Formfeder umschlossen und einen Füllkörper umschließend angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen wird einerseits das Steuerraumvolumen innerhalb des Injektor körpers kleingehalten, so dass sich bei Betätigung von Zulaufdrossel bzw. Ablaufdrossele lement kürzeste Schaltzeiten zum Druckaufbau bzw. zur Druckentlastung und damit kürze ste Ansprechzeiten der Düsennadel/Stößel-Anordnungen auf Druckänderungen im Steuer raum einstellen.

Im Teillastbereich, innerhalb dessen die im Injektorkörper bzw. vom Düsenkörper um schlossene Düsennadel/Stößel-Anordnung ballistische Kurven beschreibt, gelangt die Dü sennadel nicht bis zu ihrem Anschlag. Die damit verbundenen Mengenstreuungen können mittels eines Zwischenanschlages auslegungsabhängig ausgeschaltet werden. Durch das Vorsehen eines Zwischenanschlages ist die Düsennadel/Stößel-Anordnung gemäß der vor geschlagenen Erfindung im Teillastbereich stabilisiert. Durch den Zwischenanschlag lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass bei Öffnung der Ablaufdrossel am Steuerraum die Düsennadel in eine Vorhubstellung übergeht. Ein weiteres Abströmen von Steuervolu men aus dem Steuerraum erfolgt durch eine im Zwischenanschlag vorgesehene Bypass- Öffnung. Bei längerer Ansteuerung des Magnetventils ist sichergestellt, dass der Ge samthub der Düsennadel durchfahren wird. Um ein schnelles Schließen der Düsennadel zu ermöglichen, ist ein die Düsennadel/Stößel-Anordnung unmittelbar beaufschlagender Druckbolzen von zwei Federelementen umgeben, die eine Schließgeschwindigkeitserhö hung beim Einfahren der Düsennadel/Stößel-Anordnung in die die Einspritzöffnungen ver schließende Position unterstützt. Der die Düsennadel/Stößel-Anordnung beaufschlagende Druckbolzen wird von zwei Federelementen umschlossen, die beim Schließen der Düsen nadel/Stößel-Anordnung in ihren hier nicht dargestellten Sitz im Bereich der Einspritzöff nungen die Schließbewegung, d. h. die vertikale Abwärtsbewegung der Düsennadel/Stößel- Anordnung im Injektorkörper unterstützen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit dem Magnetventil zugeordneten Übertragungselement,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Steuerraumbereiches des Injektors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Übertragungselements gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante eines Übertragungselements,

Fig. 5 ein erfindungsgemäß vom Steuerraum umschlossenes, kugelförmiges Betätigungselement der Düsennadel,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante der Darstellung gemäß Fig. 1, jedoch ohne Zwi schenplatte,

Fig. 7 einen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung des die Ablaufdrossel des Steuervolumens verschließenden bzw. freigebenden Schließkörpers,

Fig. 8 eine Darstellung des Steuerraumbereiches gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 einen Kraftstoffinjektor mit die Düsennadel in einer Zwischenstellung stabilisierendem Zwischenanschlag im Steuerraum.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors mit einem dem Ma gnetventil zugeordneten Übertragungselement.

Der Kraftstoffinjektor 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 umfasst einen Injektorkörper 2 und einen Düsenkörper 3, die über eine Düsenspannmutter 4 miteinander verschraubt sind. Der Düsenkörper 3 ist im wesentlichen von einer Düsennadel 5 durchsetzt, mit welcher Einspritzöffnungen 6 am brennraumseitigen Ende des Injektors freigegeben oder ver schlossen werden können. Der Injektorkörper 2 ist von einem Kraftstoffzulauf 7 durchzo gen, in welchem ein Filterelement 8 eingelassen ist. Am dem den Einspritzöffnungen 6 abgewandten Ende des Kraftstoffinjektors 1 ist am Injektorkörper 2 ein Anschlussgewinde vorgesehen, mit welchem die Kraftstoffzuleitung vom Hochdrucksammelraum oder einer anders gearteten Hochdruckquelle an den Kraftstoffinjektor 1 angeschlossen werden kann.

An dem dem Düsenkörper 3 zuweisenden Ende des Injektorkörpers 2 ist in diesen ein Ma gnetventil 9 integriert. Das Magnetventil 9 umfasst eine Ankerplatte 10, welche über ein optional vorgesehenes Übertragungselement auf eine Druckstange 18 einwirkt. Mittels der Druckstange 18 ist ein eine Ablaufdrossel verschließender Schließkörper betätigbar. Der im Injektorkörper 2 im wesentlichen parallel zur Symmetrielinie verlaufende Kraftstoffzu lauf 7 mündet unter Zwischenschaltung einer Zwischenscheibe 14 in einen im Düsenkörper 3 vorgesehenen Düsenzulauf 11, über welchen der im Düsenkörper 3 vorgesehene Düsen raum 12 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Vom Düsenraum 12 strömt der Kraftstoff durch den zwischen Düsenkörperwandung und Mantelfläche der Dü sennadel 5 gebildeten Ringspalt in Richtung auf die Einspritzöffnugen 6. Die Düsennadel 5 ist in dem Bereich, der vom Düsenraum 12 im Düsenkörper 3 umschlossen ist, mit einer Druckschulter 13 versehen. In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 ist zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Düsenkörper 3 eine Zwischenscheibe 14 angeordnet. In dieser Zwischenscheibe 14 sind die Ablaufdrossel sowie der Sitz für den Schließkörper ausgebil det, welcher von der durch die Ankerplatte 10 des Magnetventils 9 betätigten Druckstange 18 in seine Schließ- bzw. in seine Freigabeposition stellbar ist. Die Druckstange 18 ist in einer Bohrung innerhalb des Injektorkörpers 2 geführt, über welche das abgesteuerte Steu ervolumen in eine Leckölleitung 15 des Injektorkörpers 2 einströmt und von dort zum Bei spiel in den Kraftstofftank zurückströmen kann. Mit Bezugszeichen 16 sind die Ansteuer leitungen für das im Düsenkörper 2 aufgenommene Magnetventil 9 bezeichnet.

Über ein vom Kraftstoffzulauf 7 abzweigendes Drosselelement 21 wird ein Steuerraum 22 an dem Düsenkörper 3 zuweisenden Ende des Injektorkörpers 2 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Im Steuerraum 22 ist eine Formfeder 23 aufgenommen sowie ein Füllstück 25, um das im Steuerraum 22 bevorratete Steuervolumen zu minimie ren. Ferner befindet sich, im wesentlichen von der Zwischenscheibe 14 umschlossen, eine Einstellscheibe 24 zwischen der Formfeder 23 im Steuerraum 22 und dem diesen zuwei senden stirnseitigen Ende der Düsennadel 5.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Steuerraumbereiches des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 1.

Der Düsenkörper 3 und der Injektorkörper 2 sind über eine Düsenspannmutter 4 miteinan der verschraubt. Das Innengewinde der Düsenspannmutter 4 und das Außengewinde am Injektorkörper 2 stehen an der Schraubverbindung 27 in Eingriff miteinander. Aus der in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab wiedergegebenen Darstellung geht hervor, dass der Na delhub 29 der Düsennadel 5 durch die Auslegung der Einstellscheibe 24 zwischen Stirn seite der Düsennadel 5 und der im Steuerraum 22 aufgenommenen Formfeder 23 resultiert. Der im düsenkörperseitigen Bereich des Injektorkörpers 2 angeordnete Steuerraum 22 wird über den Kraftstoffzulauf 7 von einer Zulaufdrossel 21 mit Steuervolumen beaufschlagt, während eine Druckentlastung des Steuerraums 22 über eine in der Zwischenscheibe 14 vorgesehene, schaltbare Ablaufdrossel 20 erfolgt. Dazu ist in der Zwischenscheibe 14 ein Kanal 28 ausgebildet, über welchen das abzusteuernde Steuervolumen in Richtung der Ablaufdrossel 20 strömt, deren Öffnung in der Zwischenscheibe 14 von einem kugelförmig ausgebildeten Schließkörper 19 verschlossen wird. Der kugelförmig ausgebildete Schließ körper 19 seinerseits ist in einer Bohrung 26 im Injektorkörper 2 aufgenommen und über eine vom in Fig. 1 dargestellten Magnetventil 9 betätigbare Druckstange 18 in seinen Sitz in der Zwischenscheibe 14 stellbar oder bei Unterbrechung der Bestromung des Magnet ventils 9 aus diesem Sitz stellbar.

Die im Inneren des Steuerraums 22 aufgenommene Formfeder 23 ist vorzugsweise aus einem 4-Kant-Draht gewickelt, so dass durch diese Formgebung und den Einsatz eines die Formfeder 23 innen durchsetzenden Füllkörpers 25 das Steuervolumen innerhalb des Steu erraums 22 des Injektorkörpers 2 minimierbar ist. Über die seitlich in den Steuerraum 22 mündende, vom Kraftstoffzulauf 7 abzweigende Zulaufdrossel 21 wird stets die gesamte Fläche der Einstellscheibe 24, die in einem vergrößerten Durchmesser D, im Vergleich zum Düsennadeldurchmesser d, ausgebildet ist mit Hochdruck beaufschlagt, so dass sich ein schnelles Schließen der Düsennadel 5 einstellt.

Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist eine vergrößerte Wiedergabe des Übertragungselements im Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 zu entnehmen.

Das im Injektorkörper 2 aufgenommene Magnetventil 9 umfasst eine Ankerplatte 10, wel che in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 auf ein die Druckstange 18 betätigendes Übertragungselement 17 einwirkt. Dazu ist das als Hebel ausgebildete Übertragungsele ment 17 an einem Widerlager 30 in einem Anlenkpunkt 34 einer Ausnehmung 35 im Inne ren des Injektorkörpers 2 aufgenommen. Das sich vom Anlenkpunkt 34 vom Widerlager 30 zum magnetventilseitigen Ende der Druckstange 18 erstreckende Übertragungselement 17 weist eine leichte Krümmung auf und umfasst einen nasenförmigen Vorsprung 31, der durch die Ankerplatte 10 des Magnetventils 9 beaufschlagt wird. Am druckstangenseitigen Ende des Übertragungselements 17 steht dieses über ein Druckstück 32 mit dem in der Bohrung 26 geführten Druckstangenelement 18 in Kontakt. Durch das in der Ausführungs variante gemäß Fig. 3 wippenförmig gestaltete Übertragungselement 17 kann der Ma gnetventilhub zur Betätigung des Übertragungselements 17 sehr kleingehalten werden, so dass sich hohe Magnetkräfte erzeugen lassen, die mittels des Übertragungselements 17 an die Druckstange 18 in der Bohrung 26 des Injektorkörpers 2 übertragbar sind.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante eines Übertragungselements gemäß der Darstellung in Fig. 3.

Im Unterschied zur Ausführungsweise des Übertragungselements 17 gemäß Fig. 3 ist das Übertragungselement 17 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 4 kürzer. Das in Fig. 4 dargestellte Übertragungselement 17 stützt sich ebenfalls an einem Ende einer anders ge stalteten Ausnehmung 36 im Inneren des Injektorkörpers 2 ab und weist einen nasenförmi gen Vorsprung 31 auf, der im Bereich der Symmetrielinie 33 des Magnetventils 9 die An kerplatte 10 des Magnetventils 9 berührt. Das Druckstück 32, welches das dem Magnet ventil 9 zuweisende Ende der Druckstange 18 beaufschlagt, liegt auf ca. der halben Länge des Übertragungselements 17, welches in der Ausnehmung 36 im Injektorkörper 2 am Anlenkpunkt 34 verdrehbar aufgenommen ist. Mittels dieser Ausführungsvariante stellen sich im Vergleich zur Ausführungsvariante des Übertragungselements gemäß Fig. 3 noch kleinere, auf die Druckstange 18 übertragbare Hübe ein, da das Druckstück 32 in Bezug auf den Anlenkpunkt 34 auf halber Länge des Übertragungselements 17 liegt, während bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante des Übertragungselements 17 das Druckstück 32 in Bezug auf den Anlenkpunkt 34 am anderen Ende des Übertragungselements 17 liegt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors, in welchem ein vom Steu erraum umschlossenes, kugelförmiges Element dargestellt ist.

Auch gemäß dieser Ausführungsvariante sind der Injektorkörper 2 und der Düsenkörper 3 über eine Düsenspannmutter 4 an einer Schraubverbindung 27 miteinander verbunden, wobei zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Düsenkörper 3 eine Zwischenscheibe 14 aufgenommen ist. Die Zwischenscheibe 14 enthält analog zur Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 die Ablaufdrossel 20, welche über einen mit Bezugszeichen 28 bezeichneten Kanal mit dem Steuerraum 22 im Injektorkörper 2 in Verbindung steht. Der Sitz des Schließele mentes 19 ist ebenfalls in der Zwischenscheibe 14 ausgeführt, wobei das Schließelement 19 durch eine Druckstange 18 über das in Fig. 5 nicht wiedergegebene Magnetventil 9 betätigbar ist.

Der Steuerraum 22 im düsenkörperseitigen Bereich des Injektorkörpers 2 umfasst eine Formfeder 23, die ein in den Steuerraum 22 eingelassenes Füllstück 25 umschließt. Der Steuerraum 22 wird über eine vom Kraftstoffzulauf 7 abzweigende Zulaufdrossel 21 mit Steuervolumen beaufschlagt. Zur Steuerraumvolumenminimierung ist im Steuerraum 22 eine Füllkugel 37 eingebracht, die sich an Formkörpern 38 abstützt. Die Formkörper 38 können beispielsweise an einer den Nadelhub 29 definierenden Einstellscheibe 24 aufge nommen sein. Die Einstellscheibe 24 ist in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 zwi schen der Stirnseite der Düsennadel 5 und der Füllkugel 37 aufgenommen. Durch die An ordnung der Füllkugel 37 im Inneren des Steuerraums 22 ist das in diesem bevorratbare Steuerraumvolumen minimiert. Weitere Maßnahmen hinsichtlich der Minimierung des Steuerraumvolumens sind durch die Anordnung des Füllkörpers 25 sowie in der Ausbil dung der Formfeder 23 aus 4-Kant-Material zu erblicken.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Fig. 1, jedoch ohne Zwischenscheibe.

Gemäß der in Fig. 6 dargestellten, kostengünstigen Ausführungsvariante eines Kraftstof finjektors umschließt die Düsenspannmutter 4 den Injektorkörper 2 und den Düsenkörper 3, die entlang einer Fuge direkt miteinander in Verbindung stehen. Der Injektorkörper 2 und der Düsenkörper 3 sind über die Verschraubung 27 der Düsenspannmutter 4 mit dem Injektorkörper 2 miteinander abdichtend fixiert. Der im Injektorkörper 2 ausgebildete Kraftstoffzulauf 7 mündet in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 unmittelbar in den Düsenzulauf 11, der einen in Fig. 6 nicht dargestellten Düsenraum 12, der die Düsennadel 5 umschließt, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt.

Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß den Fig. 2 und 5 ist die den Steuer raum 22 entlastende Ablaufdrossel 20 im Düsenkörper 3 ausgebildet. Dazu befindet sich im Düsenkörper 3 an dessen dem Injektorkörper 2 gegenüberliegender Stirnseite ein Kanal, der schräg verlaufend ausgebildet ist, von dem die Ablaufdrossel 20 abzweigt, die durch einen Schließkörper 19 freigeb- oder verschließbar ist, der von einer Druckstange 18 betä tigbar ist. Analog zu den Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 2 und 5 ist die Druck stange 18 in einer Bohrung 26 im Injektorkörper 2 geführt, die in einen in Fig. 1 ange deuteten Leckölablauf 15 übergeht, durch welchen das abgesteuerte Steuerraumvolumen in das Kraftstoffreservoir der Einspritzanlage zurückströmen kann. Analog zu den Ausfüh rungsvarianten gemäß der Fig. 2 und 5 wird der Steuerraum 22 über eine vom Kraft stoffzulauf 7 abzweigende Zulaufdrossel 21 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Im Steuerraum 22 sind ein Füllkörper 25 sowie eine diesen umschließende Formfeder 23 aufgenommen. Die Formfeder 23 ist aus einem 4-Kant-Material gewickelt, wobei die Wicklungen eng aneinanderliegend ausgebildet sind, so dass das im Steuerraum 22 bevorratbare Steuerraumvolumen weiter minimiert wird. Der Nadelhub 29 der Düsen nadel 5 wird durch die Auslegung der Einstellscheibe 24 definiert, die zwischen der dem Steuerraum 22 zuweisenden Stirnseite der Düsennadel 5 und dem dieser Stirnseite der Dü sennadel 5 zuweisenden Ende der Formfeder 23 aufgenommen ist.

Fig. 7 zeigt einen Kraftstoffinjektor mit direkter Steuerung der Ablaufdrossel durch ein Magnetventil.

Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst im wesentlichen den Injektorkörper 2 und den Düsenkör per 3, die an einer Verschraubung 27 über eine Düsenspannmutter 4 miteinander verbun den sind. Der den Injektorkörper 2 durchziehende Kraftstoffzulauf 7, in welchem ein Fil terelement 8 eingelassen ist, beaufschlagt den Düsenzulauf 11 zum Düsenraum 12, welcher die Düsennadel 5 im Bereich einer Druckschulter 13 umgibt.

Im Unterschied zu der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsvariante eines Kraftstof finjektors fehlt bei dieser Ausführungsvariante die Zwischenscheibe 14 zwischen den Stirnseiten des Injektorkörpers 2 und der dieser Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des Düsenkörpers 3. Zur Zentrierung sind die die Trennfuge bildenden Stirnseiten von In jektorkörper 2 und Düsenkörper 3 mittels eines Zentrierstiftes 40 miteinander verstiftet.

Oberhalb des Steuerraums 22 befindet sich das Magnetventil 9, dessen Ankerplatte 10 den Schließkörper 19 der Ablaufdrossel 20 unmittelbar beaufschlagt. Durch diese Anordnung können bei heute in Serie gefertigten Injektoren eingesetzte, den ganzen Düsenkörper 3 im wesentlichen durchziehende Druckstangen eingespart werden, so dass eine in Fig. 7 dar gestellte Düsennadel 5 zum Einsatz kommen kann, die im Vergleich zu den bisher gefer tigten langen, den Injektorkörper vollständig durchsetzenden Düsennadeln kürzer ist sowie den Einsatz einer Druckstange überflüssig machen.

Der Steuerraum 22, der durch die mittels des Magnetventils 9 schaltbare Ablaufdrossel 20 druckentlastbar ist, wird über eine vom Kraftstoffzulauf 7 abzweigende Zulaufdrossel 21 mit Steuervolumen beaufschlagt. Zur Minimierung des im Steuerraum 22 bevorratbaren Steuervolumens ist in diesen ein Druckstück 42 eingelassen, welches von einer Formfeder 23 umschlossen ist. Die Formfeder 23, die in dieser Ausführungsvariante des Kraftstoffin jektors zum Einsatz kommt, entspricht im wesentlichen der Formfeder, die bereits in den Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 2, 5 und 6 Verwendung fand.

Fig. 8 zeigt eine Darstellung des Steuerraumbereiches eines Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 7.

Die über eine Verschraubung 27 über eine Düsenspannmutter 4 miteinander in Verbindung stehenden Komponenten des Kraftstoffinjektors, d. h. der Injektorkörper 2 und der Düsen körper 3, werden über den Zentrierstift 40 zueinander zentriert. Im Unterschied zu den in Fig. 2, 5 und 6 bereits beschriebenen Ausführungsvarianten ist im Injektorkörper 2 die Bohrung 26, die Druckstange 18, das Übertragungselement gemäß den Ausführungsvari anten in Fig. 3 und 4 sowie die Zwischenscheibe 14 zwischen Injektorkörper 2 und Düsenkörper 3 entfallen.

Im Steuerraum 22 gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 8 ist ein Druckstück 42 ein gelassen. Das Druckstück umfasst einen integrierten Füllkörper, der zu den Füllkörpern 25 gemäß den Fig. 2, 5 und 6 korrespondiert, jedoch mit dem Druckstück 42 einstückig ausgebildet ist. Das Druckstück 42 ist von der Formfeder 23 umschlossen, die analog zu den Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 2, 5 und 6 aus einem 4-Kant-Material gefer tigt ist und deren Windungen eng aneinander liegen. Das Druckstück 24 umfasst eine erste gerundete Fläche 43 sowie eine der Stirnseite der Düsennadel 5 gegenüberliegende zweite gerundete Fläche 44. Die den Steuerraum 22 druckentlastende Ablaufdrossel 20 ist an der Decke des Steuerraums 22 ausgebildet und umfasst einen Ventilsitz für den kugelförmig konfigurierten Schließkörper 19, der der Ankerplatte 10 des Magnetventils 9 unmittelbar gegenüberliegt.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors mit die Düsennadel in einer Zwischenstellung stabilisierendem Zwischenanschlag im Steuerraum.

Auch gemäß dieser Ausführungsvariante sind der Injektorkörper 2 sowie der an diesen angrenzende Düsenkörper 3 mittels einer Düsenspannmutter 4 an einer Verschraubung 27 miteinander verbunden. Die Zwischenscheibe 14 zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Düsenkörper 3 ist gemäß dieser Ausführungsvariante entfallen, so dass analog zur Dar stellung gemäß Fig. 6 die den Steuerraum 22 druckentlastende Ablaufdrossel 20 an der Stirnseite des Düsenkörpers 3 ausgebildet ist, welche der Stirnseite des Injektorkörpers 2 gegenüberliegt. Die Ablaufdrossel 20 steht mit dem Steuerraum 22 an der Stirnseite des Injektorkörpers 2 über einen schräg im Düsenkörper 3 verlaufenden Kanal in Verbindung. Der Injektorkörper 2 umfasst die Bohrung 26, welche von der über das hier nicht darge stellte Magnetventil 9 betätigbaren Druckstange 18 durchsetzt ist, die den Schließkörper 19 zwischen einer die Ablaufdrossel 20 freigebenden bzw. diese verschließende Position hin und her bewegt. Im Inneren des Injektorkörpers 2 befindet sich ein Druckbolzen 50. An diesem Druckbolzen 50 ist ein Ring ausgebildet, der den Anschlag eines ersten Injektor körper 2 aufgenommenen Federelementes 52 bildet. Das erste Federelement 52 - durchaus vergleichbar zur Formfeder 23 gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten - stützt sich mit einem Ende am erwähnten Ring 51 des Druckbolzens 50 ab und liegt mit ihrem gegenüberliegenden Ende an einer das erste Federelement 52 umschließenden Wandung des Injektorkörpers 2 an. Unterhalb des Anschlagrings 51 des Druckbolzens 50 ist im In jektorkörper 2 ein Stützring 54 aufgenommen. An diesem Stützring 54 stützt sich ein zweites Federelement 53 - welches ebenfalls gemäß der in den Ausführungsvarianten 2, 5 und 6 eingesetzten Formfeder 23 beschaffen sein kann - ab und beaufschlagt einen, den Druckbolzen 50 im Bereich des Steuerraums 22 umgebenden Anschlagring 57. Der Druck bolzen 50 ist an seinem der Stirnseite der Düsennadel 5 gegenüberliegenden Ende mit einer Rundung versehen. Während das erste Federelement 52 ausschließlich auf den Druckbol zen 50 einwirkt, übt das zweite Federelement 53 seine Vorspannung lediglich auf den An schlagring 57 aus. Im Anschlagring ist eine Anschlagfläche 60 ausgebildet, die einen Vor hub 56 der Düsennadel 5 entgegen der Wirkung des Druckbolzens 50 ermöglicht. Ferner umfasst der Anschlagring 57 eine Öffnung 58, über welche der Steuerraum 22 im Injektor körper 2 mit der das hier nicht dargestellte Magnetventil 9 schaltbaren Ablaufdrossel 20 in Verbindung steht. Mit dieser Ausführungsvariante lässt sich eine Stabilisierung der Düsen nadel im Teillastbereich realisieren, so dass bei Nichterreichen des Anschlags zu große Mengenstreuungen bei der Einspritzung vermieden werden können. Mittels des als Zwi schenanschlag dienenden Anschlagrings 57, durch dessen Anschlagfläche 60 ein Hubbe reich zwischen 0,05 bis 0,15 mm je nach Auslegung realisiert werden kann, kann die Dü sennadel innerhalb des Vorhubs 56 stabilisiert werden. Wird die Ablaufdrossel 20 durch Ansteuerung des Magnetventils 9 geöffnet, nimmt die Düsennadel 5 ihre Vorhubstellung ein, d. h. ihre Stirnseite liegt an der Anschlagfläche 60 im unteren Bereich des Anschlag rings 57 an entgegen der Federwirkung des ersten Federelementes 52, die dieses über den Ring 51 auf den Druckbolzen 50 ausübt. Um ein weiteres Abströmen an Steuervolumen aus dem Steuerraum 22 zu ermöglichen, ist der Anschlagring 57 mit einer Bypass-Öffnung 58 versehen, so dass weiteres Steuervolumen über den schräg im Düsenkörper 3 verlaufen den Kanal und die Ablaufdrossel 20 in die Bohrung 26 zum Lecköl 15 hin abströmen kann. Bei längerer Ansteuerung des Magnetventils strömt über den im Anschlagring 57 vorgese henen Bypass 58 ein größeres Steuerraumvolumen ab, so dass die bereits um ihren Vorhub 56 an die Anschlagfläche 60 des Anschlagrings 57 gefahrene Düsennadel 5 den Anschlag ring 57 entsprechend seines Gesamthubes 55 an die am Steuerraum 22 ausgebildete Ring fläche des Injektorkörpers 2 anstellt.

Wird durch Ansteuerung des Magnetventils 9 der Schließkörper 19 in seinen Sitz gestellt und die Ablaufdrossel 20 somit geschlossen, wird ein schnelles Schließen der Düsennadel 5 dadurch erreicht, dass zunächst sowohl das erste Federelement 52 als auch das zweite Federelement 53 gemeinsamen wirken, so dass sich ein schneller Nadelschließbeginn durch eine schnellere Druckanstiegsgeschwindigkeit im Steuerraum 22 durch über die Zu laufdrossel 21 einschießendes Steuervolumen einstellt. Mit der erfindungsgemäß vorge schlagenen Lösung kann ein 2-Wege-Ventil zur Ansteuerung der Ablaufdrossel eingespart werden, wobei bei Einsatz des Magnetventils 9 insbesondere durch das in den Fig. 3 und 4 in unterschiedlichen Ausführungsvarianten auslegbare Übertragungselement kleinste Hubwege und damit erhebliche Stellkräfte erzeugbar sind. Über die Zulaufdrossel 21 wird stets die gesamte Fläche mit Durchmesser D der Einstellscheibe 24 beaufschlagt, so dass sich ein schnelleres Schließen der Düsennadel 5 beim Schließen der Ablaufdrossel 20 ein stellt. Durch das geringe, im Steuerraum 22 bevorratbare Steuerraumvolumen - bedingt durch Füllkörper 25, Auslegung der Formfeder 23, Konfiguration der Einstellscheibe 24, Vorsehen einer Füllkugel 37 oder Einsatz eines Druckstückes 42 - lassen sich die Steuer raumvolumina gering halten, so dass sich in vorteilhafter Weise der erfindungsgemäßen Lösung kürzeste Schaltzeiten an einem Kraftstoffinjektor realisieren lassen, wodurch klein ste Einspritzmengen in Anpassung an den Verbrennungsfortschritt im Brennraum der Brennkraftmaschine in diesen einspritzbar sind.

Bezugszeichenliste

1

Kraftstoffinjektor

2

Injektorkörper

3

Düsenkörper

4

Düsenspannmutter

5

Düsennadel

6

Einspritzöffnungen

7

Kraftstoffzulauf

8

Filterelement

9

Magnetventil

10

Ankerplatte

11

Düsenzulauf

12

Düsenraum

13

Druckschulter

14

Zwischenscheibe

15

Leckölablauf

16

Anschlußleitung

17

Übertragungselement

18

Druckstange

19

Schließkörper

20

Ablaufdrossel

21

Zulaufdrossel

22

Steuerraum

23

Formfeder

24

Einstellscheibe

25

Füllkörper

26

Bohrung

27

Verschraubung

28

Kanal

29

Nadelhub

30

Widerlage

31

nasenförmiger Vorsprung

32

Druckstück

33

Symmetrielinie

34

Anlenkpunkt

35

Ausnehmung

36

weitere Ausnehmungsform

37

Füllkugel

38

Formkörper

40

Zentrierstift

41

Ventilsitz

42

Druckstück

43

erste gerundete Fläche

44

zweite gerundete Fläche

50

Druckbolzen

51

Bolzenring

52

erstes Federelement

53

zweites Federelement

54

Stützscheibe

55

Gesamthubweg

56

Vorhubweg

57

Anschlagring

58

Bypass-Öffnung

59

Bohrung

60

Anschlagfläche

Claims

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbren nungskraftmaschine mit einer Düsennadel (5), deren Betätigung im Injektorkörper (2) über einen druckentlastbaren Steuerraum (22) erfolgt, der über eine Zulaufdrossel (21) druckbeaufschlagbar und über eine mittels eines Magnetventils (9) schaltbare Ablauf drossel (20) druckentlastbar ist, wobei das Magnetventil (9) in einem einem Düsenkör per (3) zuweisenden Bereich des Injektorkörpers (2) oberhalb des Steuerraums (22) angeordnet ist, dessen Volumen durch Einbauten (23, 24, 25; 37, 38; 42; 50, 57) mi nimiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (20) im Düsenkörper (3) ausgebildet ist und unterhalb des Steuerraumes (22) im Kraftstoffinjektor liegt.

2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (9) einen Schließkörper (19) betätigt, der von einer Bohrung (26) des Injektorkörpers (2) umschlossen und in einem Sitz oberhalb der Ablaufdrossel (20) aufgenommen ist.

3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (19) mittels einer die Bohrung (26) durchsetzenden Druckstange (18) betätigbar ist.

4. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbren nungskraftmaschine mit einer Düsennadel (5), deren Betätigung im Injektorkörper (2) über einen druckentlastbaren Steuerraum (22) erfolgt, der über eine Zulaufdrossel (21) druckbeaufschlagbar und über eine mittels eines Magnetventiles (9) schaltbare Ab laufdrossel (20) druckentlastbar ist, wobei das Magnetventil (9) in einem einem Düsen körper (3) zuweisenden Bereich des Injektorkörpers (2) oberhalb des Steuerraumes (22) angeordnet ist, dessen Volumen durch Einbauten (23, 24, 25; 37, 38; 42; 50, 57) minimiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Druckstange (18) und einer Ankerplatte (10) des Magnetventiles (9) ein eine Hebelbewegung ausführendes Über tragungselement (17) aufgenommen ist, welches sich mit einem Ende in einer Ausnehmung (35, 36) des Injektorkörpers (2) abstützt, und das Übertragungsele ment (17) ein Druckstück (32) umfasst, welches einem Ende der Druckstange (18) ge genüberliegt und einen nasenförmigen Vorsprung (31) umfasst, welcher der Anker platte (10) des Magnetventiles (9) gegenüberliegt.

5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerraum (22) ein Füllstück (25) aufgenommen ist und eine Formfeder (23) in diesen eingelas sen ist, deren Windungen aus Mehr-Kant-Material gewickelt sind.

6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Injektorkörper (2) ein Druckbolzen (50) eingelassen ist, der im Bereich des Steuerraums (22) von ei nem Anschlagring (57) umschlossen ist.

7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbolzen (50) an einer Ringfläche (51) von einem ersten Federelement (52) und der Anschlag ring (57) von einem zweiten Federelement (53) vorgespannt ist.

8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagring (57) eine einen Vorhub (56) der Düsennadel (5) ermöglichende Anschlagfläche (60) umfasst uni eine eine Verbindung des Steuerraums (22) zur Ablaufdrossel (20) erstel lende Öffnung (58) umfasst.

9. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbren nungskraftmaschine mit einer Düsennadel (5), deren Betätigung im Injektorkörper (2) über einen druckentlastbaren Steuerraum (22) erfolgt, der über eine Zulaufdrossel (21) druckbeaufschlagbar und über eine mittels eines Magnetventiles (9) schaltbare Ab laufdrossel (20) druckentlastbar ist, wobei das Magnetventil 9 in einem einem Düsen körper (3) zuweisenden Bereich des Injektorkörpers (2) oberhalb des Steurraumes (22) angeordnet ist, dessen Volumen durch Einbauten (23, 24, 25; 37, 38; 42; 50, 57) mi nimiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerraum (22) eine Füllkugel (37) zwi schen einer Formfeder (23) und der Düsennadel (5) angeordnet ist, von einem Formkörper (38) an einer Einstellscheibe (24) gehalten ist und den Steuerraum (22) größtenteils ausfüllt.