DE19925308A1

DE19925308A1 - Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19925308A1
Application number: DE1999125308
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Scheibe
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-14

Abstract

Es wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff (Common-Rail-System) in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem eine in einem Injektorgehäuse längsverschieblich gelagerte Düsennadel zur Steuerung des Öffnens und Schließens mit einem Steuerraum (109) gekoppelt ist, welcher über ein Steuerventil (110) von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar ist. Das Steuerventil (110) verfügt über einen Zuflußkanal (133) zur Zuführung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zum Steuerraum (109) und über einen Abflußkanal (134), über den der Steuerraum (109) von dem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff entlastbar ist und der durch einen Schließkörper (113) des Steuerventils (110) wahlweise geöffnet und geschlossen wird. Erfindungsgemäß enthält das Steuerventil (110) ein zusätzliches Ventilelement (135), welches den Zuflußkanal (133) bei Freigabe des Abflußkanals (134) durch den Schließkörper (113) des Steuerventils (110) verschließt. Dieses zusätzliche Ventilelement (135) ist in dem Zuflußkanal (133) im Sinne eines Rückschlagventils angeordnet und wird beim Schließen des Steuerventils (110) durch dessen Schließkörper (113) über eine Betätigungseinrichtung (137) im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals (133) zwangsweise geöffnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Bekannte Kraftstoffinjektoren für Kraftstoffeinspritzsysteme, bei denen unter hohem Druck vorgehaltener Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird (Common-Rail-Einspritzsysteme), umfassen als wesentliche Bestandteile ein Injektorgehäuse, eine Düsennadel, die in einer in dem Injektorgehäuse ausgebildeten Führungsbohrung längsverschieblich gelagert ist und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses ausgebildeten Ventilsitz im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze aufweist. Zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzendem Kraftstoff ist ein Hochdruckkanal vorgesehen, im Bereich der Düsennadelspitze befindet sich ein von dem über den Hochdruckkanal zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagter Düsenvorraum. Mit der Düsennadel ist ein Steuerraum gekoppelt, der über eine Zuflußdrossel durch Zufluß von Kraftstoff von dem Hochdruckkanal im Sinne eines Schließens der Düsennadel von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar und über eine Abflußdrossel mittels eines Steuerventils im Sinne eines Öffnens der Düsennadel druckentlastbar ist. Das Steuerventil enthält einen Ventilkörper mit einem die Zuflußdrossel enthaltenden, zumindest einen Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal und dem Steuerraum bildenden Zuflußkanal und einen die Abflußdrossel enthaltenden, zumindest einen Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und einer Rückleitung bildenden Abflußkanal, sowie einen Schließkörper zum wahlweisen Öffnen und Verschließen des Abflußkanals. Weiterhin enthält das Steuerventil ein zusätzliches Ventilelement, welches den Abflußkanal verschließt, wenn der Abflußkanal vom Schließkörper des Steuerventils freigegeben wird.

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist beispielsweise aus der DE 195 16 565 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Kraftstoffinjektor ist das den Zuflußkanal bei Freigabe des Abflußkanals durch den Schließkörper des Steuerventils verschließende zusätzliche Ventilelement in Form eines scheibenförmigen federbelasteten Ventilkörpers vorgesehen, welcher an das Steuerventil angrenzend im Steuerraum des Kraftstoffinjektors angeordnet ist. Beim Öffnen des Steuerventils wird ein in einer dem Ventilkörper vorgelagerten Zwischenkammer vorhandenes Brennstoffvolumen verdrängt, so daß der Ventilkörper den Zuflußkanalquerschnitt des Steuerventils verschließt. Zur Vermeidung von unpräzisen Öffnungsbewegungen des Ventilkörpers beim Druckanstieg in der Zwischenkammer im Zuge des Schließens des Steuerventils ist in dem Ventilkörper ein einseitig durchgängiges Sperrventil vorgesehen.

Weiterhin sind aus der DE 195 40 155 A1 und einem Aufsatz von IMH in Engineering Partners 97/98 Kraftstoffinjektoren bekannt, bei denen der Schließkörper des Steuerventils so betätigbar ist, daß er wahlweise an einem ersten Sitz oder einen zweitem Sitz in Anlage gebracht wird, wobei der Schließkörper bei Anlage am ersten Sitz den Abflußkanal schließt und den Zuflußkanal mit dem Steuerraum verbindet und bei Anlage am zweiten Sitz den Zuflußkanal schließt und den Steuerraum mit dem Abflußkanal verbindet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kraftstoffinjektor zu schaffen, welcher einfach zu fertigen ist, und bei dem die Leckage- und Steuerabflußmenge möglichst gering ist.

Gemäß dem Anspruch 1 wird diese Aufgabe bei einem Kraftstoffinjektor der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß das zusätzliche Ventilelement in dem Zuflußkanal stromaufwärts eines mit dem zusätzlichen Ventilelement zusammenwirkenden Ventilsitzes im Sinne eines Rückschlagventils angeordnet ist, und daß eine mit dem Schließkörper des Steuerventils gekoppelte Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche das Ventilelement beim Schließen des Steuerventils im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals zwangsweise aus einem Ventilsitz angehoben wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Betätigungseinrichtung zum Anheben des zusätzlichen Ventilelements aus seinem Ventilsitz durch einen zwischen den Schließkörper des Steuerventils und das zusätzliche Ventilelement gekoppelten Ventilstößel gebildet ist, der zwischen einer ersten Lage, in der der Schließkörper des Steuerventils den Abschlußkanal verschließt und das zusätzliche Ventilelement aus seinem Ventilsitz abgehoben ist und den Zuflußkanal freigibt, und einer zweiten Lage, in der der Schließkörper des Steuerventils den Abflußkanal freigibt und das zusätzliche Ventilelement in seinem Ventilsitz anliegt und den Zuflußkanal verschließt, verlagerbar ist.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, daß der Ventilstößel durch ein lineares Element gebildet ist und in einer sich zwischen dem Schließkörper des Steuerventils und dem zusätzlichem Ventilelement erstreckenden Ventilführungsbohrung längsverschieblich geführt ist, wobei die Länge des Ventilstößels so bemessen ist, daß das zusätzliche Ventilelement bei geschlossenem Steuerventil im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals aus seinem Ventilsitz abgehoben ist.

Vorzugsweise ist dies dadurch weitergebildet, daß die Führungsbohrung des Ventilstößels einen Teil des die Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und der Rückleitung bildenden Abflußkanals darstellt, wobei der Ventilstößel nur einen Teil des Querschnitts der Ventilführungsbohrung einnimmt.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Ventilführungsbohrung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und daß der Ventilstößel einen vom Querschnitt der Ventilführungsbohrung umschriebenen nicht-kreisförmigen Querschnitt hat.

Vorteilhafterweise hat der Ventilstößel einen quadratischen oder dreieckigen Querschnitt oder eine kannelierte Oberfläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Teil sowohl der Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal und dem Steuerraum als auch der Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und der Rückleitung durch einen in den Steuerraum mündenden und sich an seinem vom Steuerraum entfernten Ende in den Abflußkanal und in den Zuflußkanal verzweigenden Steuerdruckkanal gebildet ist, wobei das zusätzliche Ventilelement in dem Zuflußkanal stromaufwärts der Verzweigungsstelle angeordnet ist.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, daß in dem Ventilkörper des Steuerventils eine in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors verlaufende zumindest einen Teil des Abflußkanals und einen Teil des Zuflußkanals bildende Bohrung ausgebildet ist, an deren einem Ende sich die Bohrung in der Rückleitung fortsetzt und eine mit dem Schließkörper des Steuerventils zusammenwirkende Dichtfläche ausgebildet ist, und an derem anderen Ende sich die Bohrung in dem Zuflußkanal fortsetzt und der mit dem zusätzlichen Ventilelement zusammenwirkende Ventilsitz ausgebildet ist, und die Verzweigung mit dem zum Steuerraum führenden Steuerdruckkanal dazwischen seitlich in diese Bohrung mündet.

Vorzugsweise ist die genannte Bohrung durch die den Ventilstößel führende Ventilführungsbohrung gebildet.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist es vorzugsweise vorgesehen, daß der Zuflußkanal stromaufwärts des zusätzlichen Ventilelements seitlich in die genannte Bohrung mündet.

Vorteilhafterweise ist das zusätzliche Ventilelement durch eine Ventilkugel gebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist an der Rückseite der Ventilkugel ein das maximale Maß des Abhebens der Ventilkugel von dem Ventilsitz definierender Hubbegrenzer vorgesehen.

Der Hubbegrenzer ist vorzugsweise durch einen die Ventilführungsbohrung stromaufwärts der Einmündung des Zuflußkanals abdichtenden Verschlußstopfen gebildet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Schließkörper des Steuerventils und der Ventilkörper des Steuerventils jeweils eine plane Dichtfläche aufweisen und daß der Ventilstößel mit seinem einen Ende an der planen Dichtfläche des Schließkörpers des Steuerventils anliegt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Schließkörper des Steuerventils stromabwärts eines in dem Abflußkanal ausgebildeten Ventilsitzes angeordnet und vorzugsweise durch eine Ventilkugel gebildet, und durch ein in dem Abflußkanal geführtes Stellelement zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung des Steuerventils verlagerbar ist, und daß der Ventilstößel mit seinem einen Ende an der dem Stellelement entgegengesetzten Seite an dem Schließkörper des Steuerventils anliegt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß zur Betätigung der Düsennadel eine im Injektorgehäuse längsverschieblich gelagerte zwischen Steuerraum und Düsennadel angeordnete Kolbenstange vorgesehen ist, die zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer der Düsennadel entgegengesetzten Seite von dem bei geschlossenem Steuerventil im Steuerraum herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

Gemäß einer alternativen, besonders vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Düsennadel unmittelbar an den Steuerraum angrenzend angeordnet ist und zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer Rückseite direkt von dem im Steuerraum herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 in der Querschnittsansicht einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, welche das Steuerventil desselben zeigt;

Fig. 3a) und 3b) in der Querschnittsansicht zwei nochmals vergrößerte Ausschnitte des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, welche das Steuerventil in der Schließstellung, Fig. 3a), bzw. in der Öffnungsstellung, Fig. 3b), zeigen;

Fig. 4 in der Querschnittsansicht einen Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 5 in der Querschnittsansicht einen Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in der Querschnittsansicht einen Kraftstoffinjektor, wie er der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor dient zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie es nach Art eines Common-Rail-Einspritzsystems der Fall ist. Der einzuspritzende Kraftstoff wird in einem ölelastischem Vorspeicher unter hohem Druck vorgehalten, wohin er aus einem Kraftstoffvorrat mittels einer Hochdruckpumpe gefördert wird (in der Figur nicht dargestellt). Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnete Kraftstoffinjektor umfaßt ein Injektorgehäuse 101, in welcher eine Düsennadel 103 mit ihrem Schaft 104 längsverschieblich gelagert ist. Die Düsennadel 103 hat eine Düsennadelspitze 105, welche mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses 101 ausgebildeten Ventilsitz 106 im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkt, welcher zwischen der Düsennadelspitze 105 und dem Ventilsitz 106 vorgesehen ist. Von einem Druckanschluß 129, an welchen der in dem ölelastischen Vorspeicher unter hohem Druck vorgehaltene Kraftstoff dem Kraftstoffinjektor 100 zugeführt wird, führt ein Hochdruckkanal 107 einerseits zu einem im Bereich der Düsennadelspitze 105 vorgesehenen Düsenvorraum 108, von wo der Kraftstoff bei geöffnetem Ventilöffnungsquerschnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, sowie zu einem Steuerventil 110, welches im Zusammenwirken mit einem über eine Kolbenstange 122 mit der Düsennadel 103 gekoppelten Steuerraum 109 der Steuerung und Einspritzzeit und -dauer dient.

Das Steuerventil 110, welches in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, enthält einen Ventilkörper 112, in welchem ein eine Zuflußdrossel 114 enthaltender Zuflußkanal 133 ausgebildet ist, welcher einen Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal 107 und dem Steuerraum 109 bildet. Weiterhin ist im Ventilkörper 112 des Steuerventils 110 ein eine Abflußdrossel 146 enthaltender Abflußkanal 134 ausgebildet, der einen Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum 109 und einer Rückleitung 125 bildet, über welche die beim Betrieb des Kraftstoffinjektors anfallende Steuermenge an einem an der Oberseite des Steuerventils 110 vorgesehenen Leckageraum 124 abgeführt wird. Weiterhin enthält das Steuerventil 110 einen mittels eines Solenoids 126 betätigten Schließkörper 113, mit welchem der Abflußkanal 134 wahlweise geöffnet und geschlossen wird. Der verbleibende Teil der oben genannten Strömungsverbindungen zwischen Hochdruckkanal 107 und Steuerraum 109 wie auch zwischen Steuerraum 109 und Rückleitung 125 ist durch einen in den Steuerraum 109 mündenden und sich an seinem vom Steuerraum 109 entfernten Ende in den Abflußkanal 134 und in den Zuflußkanal 133 verzweigenden Steuerdruckkanal 139 gebildet. Der Steuerraum 109 ist bei geschlossenem Steuerventil 110, bei dem der Schließkörper 113 des Steuerventils 110 abdichtend am Ventilkörper 112 des Steuerventils anliegt, durch Zufluß von Kraftstoff vom Hochdruckkanal 107 über den Zuflußkanal 133 und die Zuflußdrossel 114 sowie den Steuerdruckkanal 139 im Sinne eines Schließens der Düsennadel 103 von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar und bei geöffnetem Steuerventil 110, bei welchem der Schließkörper 113 des Steuerventils 110 vom Ventilkörper 112 desselben abgehoben ist, durch Abfluß von Kraftstoff aus dem Steuerraum 109 über den Steuerdruckkanal 139 und den die Abflußdrossel 146 enthaltenden Abflußkanal 134 im Sinne eines Öffnens der Düsennadel 103 druckentlastbar.

Die vorstehende Beschreibung betrifft die allgemeinen Merkmale des der Erfindung zugrundeliegenden Kraftstoffinjektors, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 zunächst die Merkmale des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in allgemeiner Form beschrieben, wie sie sich bei allen drei dargestellten Ausführungsbeispielen wiederfinden. In den Fig. 2 bis 5 sind gleiche oder einander in ihrer Funktion im wesentlichen entsprechende Bestandteile mit Bezugszeichen versehen, welche in den beiden letzten Ziffern miteinander übereinstimmen, während die erste Ziffer sich auf das jeweilige Ausführungsbeispiel bezieht.

Das Steuerventil 110; 210; 310 enthält ein zusätzliches Ventilelement 135; 235; 335, welches den Zuflußkanal 133; 233; 333 verschließt, wenn der Abflußkanal 134; 234; 334 vom Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 im Sinne einer Druckentlastung des Steuerraums 109; 209; 309 freigegeben wird. Dieses zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 ist in dem Zuflußkanal 133; 233; 333 (bezogen auf die vom Hochdruckkanal 107; 207; 307 zufließende Kraftstoffmenge) stromaufwärts eines mit dem zusätzlichen Ventilelement 135; 235; 335 zusammenwirkenden Ventilsitzes 136; 236; 336 im Sinne eines Rückschlagventils angeordnet, und es ist eine mit dem Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 gekoppelte Betätigungseinrichtung vorgesehen, durch welche das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 beim Schließen des Steuerventils 110; 210; 310 im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals 133; 233; 333 und damit der durch den Zuflußkanal 133; 233; 333 und den Steuerdruckkanal 139; 239; 339 gebildeten Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal 107; 207; 307 und dem Steuerraum 109; 209; 309 zwangsweise aus seinem Ventilsitz 136; 236; 336 angehoben wird.

Die genannte Betätigungseinrichtung zum Anheben des zusätzlichen Ventilelements 135; 235; 335 aus seinem Ventilsitz 136; 236; 336 ist durch einen Ventilstößel 137; 237; 337 gebildet, der zwischen den Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 und das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 gekoppelt ist. Der Ventilstößel 137; 237; 337 ist durch ein lineares Element gebildet und in einer sich zwischen dem Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 und dem zusätzlichen Ventilelements 135; 235; 335 erstreckenden Ventilführungsbohrung 138; 238; 338 längsverschieblich gelagert, wobei diese Führungsbohrung 138; 238; 338 gleichzeitig einen Bestandteil des Abflußkanals 134; 234; 334 darstellt. Der Ventilstößel 137; 237; 337 ist so ausgebildet, daß er nur einen Teil des Querschnitts der Ventilführungsbohrung 138; 238; 338 einnimmt, wobei die Ventilführungsbohrung 138; 238, 338 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und der Ventilstößel 137; 237; 337 einen vom Querschnitt der Ventilführungsbohrung 138; 238; 338 umschriebenen nicht-kreisförmigen Querschnitt, insbesondere einen quadratischen oder dreieckigen Querschnitt oder eine kannelierte Oberfläche aufweist.

Der Ventilstößel 137; 237; 337 ist zwischen einer ersten Lage, in der der Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 den Abflußkanal 134; 234; 334 verschließt und das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 aus seinem Ventilsitz 136; 236; 336 abgehoben ist und den Zuflußkanal 133; 233; 333 freigibt, und einer zweiten Lage, in der der Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 den Abflußkanal 134; 234; 334 freigibt und das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 in seinem Ventilsitz 136; 236; 336 anliegt und den Zuflußkanal 133; 233; 333 verschließt, verlagerbar. Die Länge des Ventilstößels 137; 237; 337 ist so bemessen, daß das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 bei geschlossenem Steuerventil 110; 210; 310 im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals 133; 233; 333 aus seinem Ventilsitz 136; 236; 336 abgehoben ist. Das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 ist in dem Zuflußkanal 133; 233; 333 bezogen auf die Strömungsrichtung des Kraftstoffs vom Hochdruckkanal 107; 207; 307 zum Steuerraum 109; 209; 309 stromaufwärts der Verzweigungsstelle 140; 240; 340 angeordnet, an welcher sich der Steuerdruckkanal 139; 239; 339 an seinem vom Steuerraum 109; 209; 309 entfernten Ende in den Abflußkanal 134; 234; 334 und in den Zuflußkanal 133; 233; 333 verzweigt.

Die durch die den Ventilstößel 137; 237; 337 führende Ventilführungsbohrung 138; 238; 338 gebildete Bohrung ist in dem Ventilkörper 112; 212; 312 des Steuerventils 110; 210; 310 in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors verlaufend ausgebildet und stellt gleichzeitig Bestandteile des Abflußkanals 134; 234; 334 und des Zuflußkanals 133; 233; 333 dar. An dem einen Ende, an dem die Bohrung 138; 238; 338 zum Leckageraum 124; 224; 324 und damit zu der Rückleitung 125; 225; 325 führt, ist eine mit dem Schließkörper 113; 213; 313 des Steuerventils 110; 210; 310 zusammenwirkende Dichtfläche 142; 242; 342 im Sinne eines Ventilsitzes ausgebildet. An ihrem anderen Ende, an welchem sich die Bohrung 138; 238; 338 in dem Zuflußkanal 133; 233; 333 fortsetzt, ist der mit dem zusätzlichen Ventilelement 135; 235; 335 zusammenwirkende Ventilsitz 136; 236; 336 ausgebildet. Dazwischen mündet die Verzweigung 140; 240; 340 mit dem zum Steuerraum 109; 209; 309 führenden Steuerdruckkanal 139; 239; 339 seitlich in die Bohrung 138; 238; 338. Bezogen auf die vom Hochdruckkanal 107; 207; 307 zufließende Kraftstoffmenge mündet der Zuflußkanal 133; 233; 333 stromaufwärts des zusätzlichen Ventilelements 135; 235; 335 seitlich in die Bohrung 138; 238; 338.

Bei den drei in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das zusätzliche Ventilelement 135; 235; 335 durch eine Ventilkugel gebildet. An der Rückseite der Ventilkugel 135; 235; 335, d. h. an der dem Ventilsitz 136; 236; 336 gegenüberliegenden Seite ist ein das maximale Maß des Abhebens der Ventilkugel 135; 235; 335 von dem Ventilsitz 136; 236; 336 definierender Hubbegrenzer 143; 243; 343 vorgesehen. Dieser ist durch einen die Ventilführungsbohrung 138; 238; 338 an der stromaufwärtigen Seite der Einmündung des Zuflußkanals 133; 233; 333 abdichtenden Verschlußstopfen 144; 244; 344 gebildet.

Fig. 3a) und b) zeigen im einzelnen die Positionen des Schließkörpers 113 des Steuerventils 110 sowie des zusätzlichen Ventilelements 135, d. h. der Ventilkugel bei geschlossenem Steuerventil (Fig. 3a)) und offenem Steuerventil (Fig. 3b)).

Wie Fig. 3a) zeigt, gibt die Ventilkugel 135 den Zuflußkanal 133 frei, wenn der Abflußkanal 134 des Steuerventils 110 vom Schließkörper 113 des Steuerventils 110 verschlossen wird. Wie ersichtlich, ist die Länge des Ventilstößels 137 so bemessen, daß die Ventilkugel 135 bei geschlossenem Steuerventil im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals 133 aus seinem Ventilsitz 136 abgehoben ist. Wie Fig. 3b) zeigt, ist der Zuflußkanal 133 durch die im Ventilsitz 136 anliegende Ventilkugel 135 verschlossen, wenn der Abflußkanal 134 vom Schließkörper 113 des Steuerventils 110 freigegeben ist.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel und bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel haben der Schließkörper 113; 213 des Steuerventils 110; 210 und der Ventilkörper 112; 212 des Steuerventils 110; 210 jeweils eine plane Dichtfläche 141; 241 bzw. 142; 242 und der Ventilstößel 137; 237 liegt mit seinem einen Ende an der planen Dichtfläche 141; 241 des Schließkörpers 113; 213 an.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel dagegen ist der Schließkörper 313 des Steuerventils 310 durch eine Ventilkugel gebildet, die bezogen auf die Strömungsrichtung in dem Abflußkanal 334 stromabwärts eines Ventilsitzes 336 angeordnet ist. Die Ventilkugel 313 ist durch ein mit dem Solenoid des Kraftstoffinjektors gekoppeltes Stellelement 345, welches in dem Abflußkanal 334 geführt ist, zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung des Steuerventils 310 verlagerbar, und der Ventilstößel 337 liegt mit seinem einen Ende an der dem Stellelement 345 entgegengesetzten Seite an der Ventilkugel 313 an.

Bei dem im einzelnen in den Fig. 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist zur Betätigung der Düsennadel 103 eine im Injektorgehäuse 101 längsverschieblich gelagerte Kolbenstange 122 vorgesehen, die zwischen dem Steuerraum 109 und der Düsennadel 103 angeordnet ist, wie eingangs anhand der Fig. 1 erläutert wurde. Diese Kolbenstange 122 wird zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer der Düsennadel 103 entgegengesetzten Seite von dem bei geschlossenem Steuerventil 110 im Steuerraum 109 herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt, wogegen der Ventilöffnungsquerschnitt geöffnet wird, indem die Düsennadel 103 über die Kolbenstange 122 durch Öffnen des Steuerventils 110 von dem im Steuerraum 109 herrschenden Kraftstoffdruck entlastet wird.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel und bei dem in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel dagegen ist die Düsennadel 203; 303 unmittelbar an den Steuerraum 209; 309 angrenzend angeordnet und wird zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer Rückseite direkt von dem im Steuerraum 209; 309 herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt bzw. zum Öffnen des Ventilöffnungsquerschnitts direkt von demselben entlastet, ohne daß eine Kolbenstange dazwischen geschaltet wäre.

Bezugszeichenliste

100

Kraftstoffinjektor

101

;

201

;

301

Injektorgehäuse

102

;

202

;

302

Führungsbohrung

103

;

203

;

303

Düsennadel

104

Düsennadelschaft

105

Düsennadelspitze

106

Ventilsitz

107

;

207

;

307

Hochdruckkanal

108

;

208

;

308

Düsenvorraum

109

;

209

;

309

Steuerraum

110

;

210

;

310

Steuerventil

111

;

211

;

311

Steuerraumbohrung

112

;

212

;

312

Ventilkörper des Steuerventils

113

;

213

;

313

Schließkörper des Steuerventils

114

;

214

;

314

Zuflußdrossel

115

Federraum

116

Rückstellfeder

122

Kolbenstange

124

;

224

;

324

Leckageraum

125

;

225

;

325

Rückleitung

126

;

226

;

326

Solenoid

129

Druckanschluß

132

;

232

;

332

Leckagekanal

133

;

233

;

333

Zuflußkanal

134

;

234

;

334

Abflußkanal

135

;

235

;

335

zusätzliches Ventilelement; Ventilkugel

136

;

236

;

336

Ventilsitz

137

;

237

;

337

Ventilstößel

138

;

238

;

338

Ventilführungsbohrung

139

;

239

;

339

Steuerdruckkanal

140

;

240

;

340

Verzweigungsstelle

141

;

241

;

341

Dichtfläche

142

;

242

;

342

Dichtfläche

143

;

243

;

343

Hubbegrenzer

144

;

244

;

344

Verschlußstopfen

345

Stellelement

146

;

246

;

346

Abflußdrossel

147

;

247

;

347

Verschlußstopfen

Claims

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (101; 201; 301), einer Düsennadel (103; 203; 303), die in einer in dem Injektorgehäuse (101; 201; 301) ausgebildeten Führungsbohrung (102; 202; 302) längsverschieblich gelagert ist und eine mit einem im vorderen Ende des Injektorgehäuses (101; 201; 301) ausgebildeten Ventilsitz (106; 206; 306) im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Ventilöffnungsquerschnitts zusammenwirkende Düsennadelspitze (105; 205; 305) aufweist, einem Hochdruckkanal (107; 207; 307) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem einzuspritzendem Kraftstoff, einem im Bereich der Düsennadelspitze (105; 205; 305) vorgesehenen, von dem über den Hochdruckkanal (107; 207; 307) zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff unter hohem Druck beaufschlagten Düsenvorraum (108; 208; 308), einem mit der Düsennadel (103; 203; 303) gekoppeltem Steuerraum (109; 209; 309), der über eine Zuflußdrossel (114; 214; 314) durch Zufluß von Kraftstoff vom Hochdruckkanal (107; 207; 307) im Sinne eines Schließens der Düsennadel (103; 203; 303) von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar und über eine Abflußdrossel (146; 246; 346) mittels eines Steuerventils (110; 210; 310) im Sinne eines Öffnens der Düsennadel (103; 203; 303) druckentlastbar ist, wobei das Steuerventil (110; 210; 310) einen Ventilkörper (112; 212; 312) mit einem die Zuflußdrossel (114; 214; 314) enthaltenden, zumindest einem Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal (107; 207; 307) und dem Steuerraum (109; 209; 309) bildenden Zuflußkanal (133; 233; 333) und einem die Abflußdrossel (146; 246; 346) enthaltenden, zumindest einen Teil einer Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum (109; 209; 309) und einer Rückleitung (125; 225; 325) bildenden Abflußkanal (134; 234; 334) sowie einen Schließkörper (113; 213; 313) zum wahlweisen Öffnen und Verschließen des Abflußkanals (134; 234; 334) enthält, und wobei das Steuerventil (110; 210; 310) ein zusätzliches Ventilelement (135; 235; 335) enthält, welches den Zuflußkanal (133; 233; 333) verschießt, wenn der Abflußkanal (134; 234; 334) vom Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) in dem Zuflußkanal (133; 233; 333) stromaufwärts eines mit dem zusätzlichen Ventilelement (135; 235; 335) zusammenwirkenden Ventilsitzes (136; 236; 336) im Sinne eines Rückschlagventils angeordnet ist, und daß eine mit dem Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) gekoppelte Betätigungseinrichtung (137; 237; 337) vorgesehen ist, durch welche das Ventilelement (135; 235; 335) beim Schließen des Steuerventils (110; 210; 310) im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals (133; 233; 333) zwangsweise aus seinem Ventilsitz (136; 236; 336) angehoben wird.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung zum Anheben des zusätzlichen Ventilelements (135; 235; 335) aus seinem Ventilsitz (136; 236; 336) durch einen zwischen den Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) und das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) gekoppelten Ventilstößel (137; 237; 337) gebildet ist, der zwischen einer ersten Lage, in der der Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) den Abflußkanal (134; 234; 334) verschließt und das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) aus seinem Ventilsitz (136; 236; 336) abgehoben ist und den Zuflußkanal (133; 233; 333) freigibt, und einer zweiten Lage, in der der Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) den Abflußkanal (134; 234; 334) freigibt und das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) in seinem Ventilsitz (136; 236; 336) anliegt und den Zuflußkanal (133; 233; 333) verschließt, verlagerbar ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (137; 237; 337) durch ein lineares Element gebildet ist, und in einer sich zwischen dem Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) und dem zusätzlichen Ventilelement (135; 235; 335) erstreckenden Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) längsverschieblich geführt ist, wobei die Länge des Ventilstößels (137; 237; 337) so bemessen ist, daß das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) bei geschlossenem Steuerventil (110; 210; 310) im Sinne einer Freigabe des Zuflußkanals (133; 233; 333) aus seinem Ventilsitz (136; 236; 336) abgehoben ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrung (138; 238; 338) des Ventilstößels (137; 237; 337) einen Teil des die Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum (109; 209; 309) und der Rückleitung (125; 225; 325) bildenden Abflußkanals (134; 234; 334) darstellt, wobei der Ventilstößel (137; 237; 337) nur einen Teil des Querschnitts der Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) einnimmt.

5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und daß der Ventilstößel (137; 237; 337) einen vom Querschnitt der Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) umschriebenen nicht-kreisförmigen Querschnitt hat.

6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (137; 237; 337) einen quadratischen oder dreieckigen Querschnitt oder eine kannelierte Oberfläche aufweist.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil sowohl der Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal (107; 207; 307) und dem Steuerraum (109; 209; 309) als auch der Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum (109; 209; 309) und der Rückleitung (125; 225; 325) durch einen in den Steuerraum (109; 209; 309) mündenden und sich an seinem vom Steuerraum (109; 209; 309) entfernten Ende in den Abflußkanal (134; 234; 334) und in den Zuflußkanal (133; 233; 333) verzweigenden Steuerdruckkanal (139; 239; 339) gebildet ist, wobei das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) in den Zuflußkanal (133; 233; 333) stromaufwärts der Verzweigungsstelle (140; 240; 340) angeordnet ist.

8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilkörper (112; 212; 312) des Steuerventils (110; 210; 310) eine in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors verlaufende, zumindest einen Teil des Abflußkanals (134; 234; 334) und einen Teil des Zuflußkanals (133; 233; 333) bildende Bohrung ausgebildet ist, an deren einem Ende sich die Bohrung in der Rückleitung (125; 225; 325) fortsetzt und eine mit dem Schließkörper (113; 213; 313) des Steuerventils (110; 210; 310) zusammenwirkende Dichtfläche (142; 242; 342) ausgebildet ist, und an deren anderem Ende sich die Bohrung in dem Zuflußkanal (133; 233; 333) fortsetzt und der mit dem zusätzlichen Ventilelement (135; 235; 335) zusammenwirkende Ventilsitz (136; 236; 336) ausgebildet ist und die Verzweigung mit dem zum Steuerraum (109; 209; 309) führenden Steuerdruckkanal (139; 239; 339) dazwischen seitlich in diese Bohrung mündet.

9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung durch die den Ventilstößel führende Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) gebildet ist.

10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußkanal (133; 233; 333) stromaufwärts des zusätzlichen Ventilelements (135; 235; 335) seitlich in die Bohrung (138; 238; 338) mündet.

11. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Ventilelement (135; 235; 335) durch eine Ventilkugel gebildet ist.

12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite der Ventilkugel (135; 235; 335) ein das maximale Maß des Abhebens der Ventilkugel (135; 235; 335) von dem Ventilsitz (136; 236; 336) definierender Hubbegrenzer (143; 243; 343) vorgesehen ist.

13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzer (143; 243; 343) durch einen die Ventilführungsbohrung (138; 238; 338) stromaufwärts der Einmündung des Zuflußkanals (133; 233; 333) abdichtenden Verschlußstopfen (144; 244; 344) gebildet ist.

14. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (113; 213) des Steuerventils (110; 210) und der Ventilkörper (112; 212) des Steuerventils (110; 210) jeweils eine plane Dichtfläche (141; 241 bzw. 142; 242) aufweisen, und daß der Ventilstößel (137; 237) mit seinem einen Ende an der planen Dichtfläche (141; 142) des Schließkörpers (113; 213) des Steuerventils (110; 210) anliegt.

15. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (313) des Steuerventils (310) stromabwärts eines in dem Abflußkanal (334) ausgebildeten Ventilsitzes (336) angeordnet und vorzugsweise durch eine Ventilkugel gebildet und durch ein in dem Abflußkanal (334) geführtes Stellelement (345) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung des Steuerventils (310) verlagerbar ist und daß der Ventilstößel (337) mit seinem einen Ende an der dem Stellelement (345) entgegengesetzten Seite an dem Schließkörper (313) des Steuerventils (310) anliegt.

16. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Düsennadel (103) eine im Injektorgehäuse (101) längsverschieblich gelagerte zwischen Steuerraum (109) und Düsennadel (103) angeordnete Kolbenstange (122) vorgesehen ist, die zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer der Düsennadel (103) entgegengesetzten Seite von dem bei geschlossenem Steuerventil (110) im Steuerraum (109) herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.

17. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (203; 303) unmittelbar an dem Steuerraum (209; 309) angrenzend angeordnet ist und zum Schließen des Ventilöffnungsquerschnitts an ihrer Rückseite direkt von dem im Steuerraum (209; 309) herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.