DE10131640A1

DE10131640A1 - Kraftstoffinjektor mit Einspritzverlaufsformung durch schaltbare Drosselelemente

Info

Publication number: DE10131640A1
Application number: DE10131640A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-16
Also published as: US20060086818A1; EP1404961A1; WO2003004856A1; JP2004521262A; EP1404961B1; DE50206087D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Im Injektorkörper (2) ist ein Mehrwegeventil (18) aufgenommen, welches einen von einem Ventilraum umschlossenen Ventilkörper (20) umfasst. Bei Betätigung des Mehrwegeventils (18) im Injektorkörper (2) wird ein Steuerraum (3) mit Druck beaufschlagt oder druckentlastet, wobei der Steuerraum (3) über mindestens ein Zulaufdrosselelement (15) druckbeaufschlagt wird und über mindestens ein Ablaufdrosselelement (16) druckentlastbar ist. Dem Ventilraum (19) des Mehrwegeventils (18) ist ein weiteres Ablaufdrosselelement (25) ablaufseitig nachgeschaltet, wobei der Ventilraum (19) und der Steuerraum (3) über einen Hauptstromkanal (8) und einen Nebenstromkanal (11) miteinander in Verbindung stehen.

Description

Technisches Gebiet

Kraftstoffeinspritzsysteme an direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen werden zunehmend als Speichereinspritzsysteme ausgeführt. Über eine Hochdruckpumpe oder einen Hochdruckspeicherraum wird den einzelnen Kraftstoffinjektoren in Einspritzsequenz unter extrem hohem Druck stehender Kraftstoff zugeleitet, wobei die Kraftstoffzufuhr nahezu druckschwankungsfrei auf einem extrem hohen Druckniveau erfolgt. Neben der Zufuhr von Kraftstoff auf einem hohen nahezu konstantem Druckniveau ist hinsichtlich der Partikelemission der Einspritzbeginn sowie das Ende der Einspritzung abhängig vom Fortschritt der Verbrennung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung.

Stand der Technik

Aus DE 199 10 589 A1 ist ein Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, welches ein Servoventil umfaßt, das hydraulisch der Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel für den Einspritzvorgang steuert. Das Einspritzventil umfaßt einen Ventilkörper und ein darin beweglich angeordnetes Ventilelement, welches in Schließposition auf einen Ventilsitz drückt. Abhängig von dem in einem Steuerraum herrschenden Druck wird die Verbindung zwischen einem Einlaßkanal und einer Einspritzdüse unterbrochen, wobei der Druck im Steuerraum von einem Aktor gesteuert wird. Das Ventilelement weist einen Kanal mit einer Drossel, der zu einer Nut im Ventilelement führt auf, wobei die Nut einen kolbenförmigen Absatz umfaßt, der im wesentlichen abdichtend an der Wand einer Bohrung im Ventilkörper anliegt, wenn das Servoventil geschlossen ist. Die Bohrung erweitert sich in einem Abstand von der Oberkante der Nut bezogen auf die Stellung des Ventilelementes bei geschlossenem Servoventil derart radial, das sich bei offenem Servoventil eine direkte Verbindung zwischen Ventilsitz und Nut ergibt, von der Kanäle zur Einspritzdüse führen. Mit dieser Lösung läßt sich in der Anfangsphase der Einspritzung eine gedrosselte Verbindung zu der Einspritzdüse des Einspritzsystemes herstellen. Im weiteren Verlauf des Einspritzvorgangs wird dann, wenn sich das Servoventil weiter öffnet unter Umgehung der während der Anfangsphase der Einspritzung wirksamen Drossel eine direkte entdrosselte Verbindung zu der Einspritzdüse aufgebaut, so dass beim Übergang von der Anfangs- zur Hauptphase des Einspritzvorganges eine ungehinderte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann.

EP 0 994 248 A2 betrifft ein Kraftstoffinjektor mit Einspritzverlaufsformung durch auf piezoelektrischem Wege erfolgenden Düsennadelhub im Injektorkörper. Zur Vermeidung von unerwünschten Abgasemissionen sind zumindest drei verschiedene den Betriebsbereich einer Verbrennungskraftmaschine abdeckende Einspritzraten wünschenswert. Diese Einspritzraten lassen sich durch einen rampenförmigen Anstieg, eine Bootphase sowie eine annähernd trapezförmig verlaufende Phase charakterisieren. Bei der aus EP 0 994 248 A2 bekannten Lösung umfaßt ein Kraftstoffinjektor einen Injektorkörper, der eine Einspritzöffnung enthält. Eine Düsennadel ist innerhalb des Injektorkörpers bewegbar angeordnet und zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließposition bewegbar. Im Injektorkörper ist ferner ein Piezoaktor angeordnet, der zwischen einer eingeschalteten und einer ausgeschalteten Position bewegbar ist. Mittels eines Kopplungselementes sind die Düsennadel und der Piezoaktor miteinander derart verkoppelt, dass die Bewegung des Piezoaktors innerhalb des Injektorkörpers in eine größere Hubbewegung der Düsennadel übersetzt wird. Die Düsennadel ist zwischen ihrer Öffnungsstellung bzw. ihrer Schließposition in einer Vielzahl von Hubstellungen anhaltbar, was eine Beeinflussung der Einspritzmenge entsprechend der Halteposition der Düsennadel im Injektorkörper zuläßt. Mit dieser Lösung läßt sich die Einspritzung entsprechender Einspritzraten in den Brennraum und damit eine Formung des Einspritzverlaufes erzielen.

Darstellung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, die Fähigkeit zur Einspritzverlaufsformung durch ein Zu- bzw. ein Abschalten von Ablaufdrosselelementen bzw. Zulaufdrosselelementen in Kombination mit einem Mehrwegeventil z. B. eines 3/3-Wege-Ventiles in einem Kraftstoffinjektor darzustellen.

In einer ersten generellen Ausführungsvariante ist ein erstes Ablaufdrosselelement stets dem Ablauf des Ventilraumes des Mehrwegeventiles nachgeschaltet. Gemäß dieser Variante, bei der der Ventilraum des Mehrwegeventils über einen Hauptstromkanal und einen parallel der zu verlaufenden Nebenstromkanal mit dem die Düsennadel betätigenden Steuerraum in Verbindung stehen, kann ein weiteres Ablaufdrosselelement sowohl im Nebenstromkanal als auch im Hauptstromkanal untergebracht werden. Das Zulaufdrosselelement jedoch kann sowohl in den Ventilraum des Mehrwegeventils mündend angeordnet sein als auch direkt im Steuerraum münden oder in einen der den Ventilraum mit dem Steuerraum verbindenden Kanäle z. B. dem Hauptstromkanal mündend ausgebildet sein.

Die Befüllung des die Düsennadel betätigenden Steuerraum mit einem Steuervolumen erfolgt stets mittels der Zulaufdrossel, die an verschiedenen Stellen im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors angeordnet sein kann. Wird das weitere Ablaufdrosselelement in einem kleineren Drosselquerschnitt, verglichen zu dem den Ventilraum des Mehrwegeventiles nachgeschalteten ersten Ablaufdrosselelementes ausgeführt, lassen sich diese beiden Ablaufdrosselelemente zur Einspritzverlaufsformung sowohl in Reihe als auch parallel zueinander schalten. Eine besonders gute Formung des Einspritzverlaufes läßt sich bei in Reihe geschaltetem ersten Ablaufdrosselelement mit dem weiteren Ablaufdrosselelement realisieren.

Neben der Reihen- bzw. Parallelschaltung von Ablaufdrosselelementen ist es gemäß einer weiteren generellen Ausführungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens auch möglich, eine Einspritzverlaufsformung an einem Kraftstoffinjektor, der mit zwei Zulaufdrosselelementen und zwei Ablaufdrosselelementen ausgestattet ist, durch geeignete Schaltungskombination der Drosselelemente miteinander zu realisieren. Auch gemäß dieser generellen Ausführungsvariante bleibt eine der Ablaufdrosselelemente im Ventilraum des Mehrwegeventils stets nachgeschaltet. Bei dem Mehrwegeventil kann es sich wie vorstehend bereits erwähnt, um ein 3/3-Wege-Ventil handeln, wobei eine Einspritzverlaufsformung insbesondere durch die Kombination des weiteren Ablaufdrosselelementes, entweder aufgenommen gemäß einer Untervariante im Hauptstrom oder einer anderen Untervariante im Nebenstromkanal, erfolgt. Gemäß der skizzierten generellen Ausführungsvariante mündet ein erstes Zulaufdrosselelement stets direkt im Steuerraum, welcher die Düsennadel/Stößelbewegung im Injektorkörper steuert. Das weitere Zulaufdrosselelement dieser Lösungsvariante ist so angeordnet, dass es beim Öffnen als Bypass zum ersten Ablaufdrosselelement geschaltet ist. Damit kann eine Befüllung des Steuerraumes über zwei parallel schaltbare Zulaufdrosselelemente erfolgen, was eine schnelle Nadelschließgeschwindigkeit ermöglicht. Die Einspritzverlaufsformung wird dadurch unterstützt, dass zwei Ablaufdrosselelemente in Reihenschaltung oder einzeln wirkend schaltbar sind. Mit dieser generellen Ausführungsvariante ist ein besonders schnelles Schließen der Düsennadel im Injektorkörper erzielbar.

Ein Kraftstoffinjektor, der gemäß der beiden dargestellten skizzierten generellen Ausführungsvarianten hergestellt wird, zeichnet sich durch eine besonders günstige und einfache Herstellbarkeit aus.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante mit einer einem Steuerraum nachgeschalteten Ablaufdrossel, einer weiteren Ablaufdrossel im Nebenstromkanal und einer Zulaufdrossel im Ventilraum,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem im Hauptstromkanal aufgenommenen ersten Ablaufdrosselelement und in den Steuerraum mündender Zulaufdrossel,
Fig. 3 eine Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 mit in den Ventilraum mündender Zulaufdrossel,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante mit einer in den Hauptstromkanal mündenden Zulaufdrossel,
Fig. 5 ein Steuerraum, der über eine in diese mündende Zulaufdrossel mit Steuervolumen beaufschlagt wird und dem eine Ablaufdrossel nachgeschaltet ist, mit in den Ventilraum mündender weiterer Zulaufdrossel,
Fig. 6 eine Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 mit in den Nebenstromkanal mündenden weiteren Zulaufdrosselelement,
Fig. 7 eine Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 mit in den Hauptstromkanal aufgenommenen weiteren Ablaufdrosselelement und oberhalb von diesem mündender weiterer Zulaufdrossel und
Fig. 8 eine Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Fig. 7 mit in den Ventilraum des Mehrwegeventiles mündenden weiterem Zulaufdrosselelement.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante mit einem einem Steuerraum nachgeschalteten Ablaufdrosselelement, einem weiteren Ablaufdrosselelement im Nebenstromkanal und einer im Ventilraum eines Mehrwegeventiles mündenden Zulaufdrossel.
Ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfaßt einen Injektorkörper 2, in welchem ein Steuerraum 3 ausgebildet ist. Der Steuerraum 3 wird einerseits von einer Steuerraumdecke 4 des Injektorkörpers 2 und andererseits von einer Stirnfläche 6 einer Düsennadel-/Stößelanordnung 5 begrenzt. Ferner ist der Steuerraum 3 von einer Steuerraumwand 7 des Injektorkörpers 2 begrenzt. Der Steuerraum 3 steht über einen ersten Strömungskanal, dem Hauptstromkanal 8 über eine steuerraumseitige Mündung 9 und eine ventilraumseitige Mündung 10 mit einem Ventilraum 19 eines Mehrwegeventiles 18 in Verbindung. Das Mehrwegeventil 18 wird vorzugsweise als ein 3/3-Wege-Ventil ausgebildet. Ferner steht der Steuerraum 3 über einen zweiten Strömungskanal 11, dem Nebenstromkanal mit dem Ventilraum 19 des Mehrwegeventils in Verbindung. Die steuerraumseitige Mündung des Stromkanals 11 ist mit Bezugszeichen 12 gekennzeichnet, während die ventilraumseitige Mündung des Nebenstromkanales 11 mit Bezugszeichen 13 identifiziert ist. Sowohl der Hauptstromkanal 8 als auch der Nebenstromkanal 11 zwischen Steuerraum 3 und Ventilraum 19 sind in beide Fließrichtungen 29 bzw. 30 von Kraftstoff durchströmbar.
Der Ventilraum 19, in welchem ein in der Darstellung gemäß Fig. 1 kugelförmig konfigurierter Schließkörper 20 aufgenommen ist, steht über ein erstes Zulaufdrosselelement 15 mit einem ersten hochdruckseitigen Zulauf 14 in Verbindung. Im Nebenstromkanal 11 ist ein Ablaufdrosselelement 16 angeordnet, welches eine Querschnittsfläche 17 (A₂) aufweist.
Oberhalb des kugelförmig konfigurierten Schließkörpers 20 des Mehrwegeventils 18 ist ein auf den Schließkörper 20 einwirkendes Übertragungselement 21 dargestellt, welches über einen hier nicht näher dargestellten Aktor - sei es ein Piezoaktor oder ein Magnetventil - betätigbar ist. Zwischen der Mantelfläche des Übertragungselementes 21 und der Wandung des Injektorkörpers 2 ist ein Ringspalt 22 ausgebildet, von welchem ein Abzweig 23 in Richtung eines Ablaufes 24 verläuft. Im Ablauf 24, dem Abzweig 23 nachgeordnet, ist ein weiteres Ablaufdrosselelement 25 ausgebildet, welches in einer Querschnittsfläche A₁ ausgeführt ist. Der Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 ist mittels des Übertragungselementes 21 zwischen einem ersten Sitz 27 und einem weiteren, dem zweiten Sitz 28 hin- und herschaltbar. Zur Erzielung einer Einspritzverlaufsformung ist das erste Ablaufdrosselelement 16, welches in der Darstellung gemäß Fig. 1 im Nebenstromkanal 11 aufgenommen ist, mit einer Querschnittsfläche A₁ versehen, welche kleiner bemessen ist als die Querschnittsfläche 26 A₂ des weiteren Ablaufdrosselelementes.
Bei in den zweiten Ventilsitz 28 gestellten Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 wirken das im Nebenstromkanal 11 aufgenommene erste Ablaufdrosselelement 16 in Ablaufrichtung 30 des Steuervolumens aus dem Steuerraum 3 gesehen und das über den Ventilraum 19 mit abzusteuerndem Steuervolumen beaufschlagte weitere Ablaufdrosselelement 25 im Ablauf 24 in Reihe. Bei in Reihe geschalteten Ablaufdrosselelementen 16 bzw. 25 läßt sich eine sehr gute Einspritzverlaufsformung, entsprechend der Dimensionierung der Drosselquerschnitte A₁ 17 bzw. A₂ 26 konfigurierte Durchflußflächen erzielen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante mit einem im Hauptstromkanal aufgenommenen ersten Ablaufdrosselelement und einem in den Steuerraum unmittelbar mündender Zulaufdrosselelement dargestellt.
Auch gemäß dieser Ausführungsvariante stehen der Ventilraum 19 des Mehrwegeventils 18 sowie der Steuerraum 3 im Injektorkörper 2 über zwei parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle, d. h. den Hauptstromkanal 8 und den Nebenstromkanal 11 in Verbindung. Der Ventilkörper 20 des Mehrwegeventils 18 ist mittels eines Übertragungselementes 21 zwischen einem ersten Ventilsitz 27 und einem zweiten Ventilsitz 28 oberhalb des Hauptstromkanales 8 bewegbar. Vom Ringspalt 22, der das Übertragungselement 21 zur Ansteuerung des Ventilkörpers 20 betätigt, zweigt ein Ablauf 24 an der Abzweigstelle 23 ab, in welchen das weitere Ablaufdrosselelement 25 mit Querschnittsfläche A₂, Bezugszeichen 26, integriert ist. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Steuerraum 3 unmittelbar durch eine permanent wirkende Zulaufdrossel 14 von einem ersten hochdruckseitigem Zulauf 14 mit Kraftstoff versorgt. Ferner ist das erste Ablaufdrosselelement 16 im Gegensatz zur Darstellung gemäß Fig. 1 in den Hauptstromkanal 8 integriert.
Bei dieser Ausführungsvariante wirken das erste Ablaufdrosselelement 16, aufgenommen im Hauptstromkanal 8 sowie das weitere Ablaufdrosselelement 25, aufgenommen im Ablauf 24 parallel zueinander. Auch gemäß dieser Ausführungsvariante liegt die Querschnittsfläche 17 A₁ des ersten Ablaufdrosselelementes 16 unterhalb der Querschnittsfläche 26 A₂ des weiteren Ablaufdrosselelementes.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 jedoch mit in den Ventilraum mündender, permanent wirkender Zulaufdrossel.
Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 lediglich dadurch, dass das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement 15 des ersten hochdruckseitigen Zulaufes 14 nicht unmittelbar in den Steuerraum 3 mündet sondern seitlich in den den Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 umgebenden Ventilraum 19 im Injektorkörper 2. Der Hauptstromkanal 8 wird demnach sowohl - in Bezug auf den Steuerraum 3 gesehen - in Zulaufrichtung 29 als auch in Ablaufrichtung 30 vom Steuervolumen durchströmt. Die steuerraumseitigen Mündungen des Hauptstromkanales 8 sowie des Nebenstromkanales 11 sind analog zur Darstellung gemäß den Fig. 2 und 3 mit den Bezugszeichen 9 und 12 identifiziert, während die ventilraumseitigen Mündungen 10 bzw. 13 von Hauptstromkanal 8 und Nebenstromkanal 11 analog zu den vorhergehenden Figuren mit den Bezugszeichen 10 bzw. 13 gekennzeichnet sind.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante mit einem in dem Hauptstromkanal zwischen Ventilraum und Steuerraum mündenden permanent wirkenden Zulaufdrosselelement.
Gemäß dieser Ausführungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens ist das erste Ablaufdrosselelement 16 mit seiner Querschnittsfläche 17 (A₁) unmittelbar hinter der steuerraumseitigen Mündung 9 in der Steuerraumdecke 4 angeordnet. Im Unterschied zu den Darstellungen gemäß der Fig. 1 und 2 befindet sich das permanent wirkende Zulaufdrosselelement 15 in einer zweiten weiteren Zulaufposition, die mit Bezugszeichen 41 bekennzeichnet ist. Das im Hauptstromkanal 8 aufgenommene erste Ablaufdrosselelement 16 wird - in bezug auf den Steuerraum 3 - in Zulaufrichtung 29 bzw. in Ablaufrichtung 30 durchströmt, wobei das permanent wirkende Zulaufdrosselelement 15 in erster Linie als ein Leckagenmengenbegrenzer zu sehen ist, da die eigentliche Zulaufdrosselfunktion vom rückwärts - in Zulaufrichtung 29 - durchströmten ersten Ablaufdrosselelement 17 übernommen wird. Auch in dieser Ausführungsvariante ist einem Ringspalt 22 oberhalb des Ventilraumes 19 des Mehrwegeventiles 18 ein Abzweig 23 zugeordnet, welcher in einen Ablauf 24 übergeht, in welchem ein weiteres Ablaufdrosselelement 25 integriert ist. Die Querschnittsfläche 26 A₂ des weiteren Ablaufdrosselelementes 25 ist größer bemessen als die Querschnittsfläche A₁ 17 des ersten Ablaufdrosselelementes 16, welches in dieser Ausführungsvariante im Hauptstromkanal 8 aufgenommen ist und in beide Richtungen 29 bzw. 30 vom Steuervolumen durchströmt werden kann.
Den in Fig. 1 bis 4 wiedergegebenen Ausführungsvarianten ist gemeinsam, das bei Stellung des Ventilkörpers 20 des Mehrwegeventils 18 an seinen ersten Sitz 27 im Injektorkörper 2 der Steuerraum 3 durch den im hochdruckseitigen Zulauf 14 anstehenden hohen Druck befüllt wird und die Düsennadel-/Stößelanordnung 5 in ihre Schließposition gehalten wird. Die Befüllung des Steuerraumes erfolgt durch das erste Zulaufdrosselelement 15, welches gemäß der hier dargestellten Ausführungsvarianten an verschiedenen Stellen angeordnet ist. Eine sehr gute Einspritzverlaufsformung läßt sich insbesondere mit den Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 1 und 4 erzielen, bei welchen die als erste Ablaufdrosselelemente 16 sowie das weitere Ablaufdrosselelement 25 in Reihe geschaltet sind.
Fig. 5 zeigt eine weitere generelle Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors, mit einem Steuerraum, der über eine in diesen mündende permanent wirkende Zulaufdrossel beaufschlagt ist, wobei dem Ventilraum eine Ablaufdrossel nachgeschaltet ist und in den Ventilraum ein erstes Zulaufdrosselelement 15 mündet.
Auch bei den nachfolgend beschriebenen Fig. 5, 6, 7 und 8 ist dem Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles 18 jeweils ein weiteres Ablaufdrosselelement 25 mit einer Querschnittsfläche 26 A₂ nachgeschaltet, welches im Ablauf 24, der vom Ringspalt 22 abzweigt, aufgenommen ist.
Ferner wird der in den Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsvarianten der im Injektorkörper 2 des Injektors 1 ausgebildete Steuerraum 3 unmittelbar über ein permanent wirkendes erstes Zulaufdrosselelement 15 befüllt, welches seinerseits von einem ersten hochdruckseitigen Zulauf 14 beaufschlagt wird. Eine weitere Gemeinsamkeit besteht darin, das in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsvarianten des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens der Steuerraum 3 sowie der Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles 18 über zwei Strömungskanäle, d. h. den Hauptstromkanal 8 sowie den Nebenstromkanal 11 miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist der Hauptstromkanal 8 durch den in den nachstehenden Ausführungsvarianten kugelförmig ausgebildeten Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 bei dessen Einfahren in den zweiten Ventilsitz 28 verschließbar bzw. bei Betätigung des Übertragungselementes 21 durch einen nicht dargestellten Aktor auch wieder freigebbar.
Gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 5 ist in den Stromkanal 11 zwischen Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles 18 und Steuerraum 3 ein erstes Ablaufdrosselelement 16 aufgenommen. Der Nebenstromkanal 11 ist in bezug auf den Steuerraum 3 sowohl in Zulaufrichtung 29 als auch in Ablaufrichtung 30 vom Strömungsvolumen durchströmbar. Analog zu den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsvarianten ist das steuerseitige Ende des Hauptstromkanals mit Bezugszeichen 9 und dessen ventilraumseitige Mündung mit Bezugszeichen 10 bezeichnet, während das steuerraumseitige Ende des Nebenstromkanales 11 mit Bezugszeichen 12 und dessen ventilraumseitiges Ende mit Bezugszeichen 13 identifiziert ist. Im in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet ein weiteres Zulaufdrosselelement 51, welches mit einem weiteren hochdruckseitigen Zulauf 50 in Verbindung steht, in den Ventilraum. Wird gemäß dieser Ausführungsvariante der Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 in seinen ersten Sitz 27 gestellt, erfolgt eine schnelle Erfüllung des Steuerraumes über die parallel wirkenden Zulaufdrosselelemente 15 und 51, wobei in dieser Schaltungsvariante der Steuerraum über den Nebenstromkanal 11, den Hauptstromkanal 8 und das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement 15 beaufschlagt wird. Das im Nebenstromkanal 11 aufgenommene erste Ablaufdrosselelement wird bei in den ersten Ventilsitz 27 gestellten Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 in rückwärtige Richtung durchströmt, ein schnelles Schließen der Düsennadel-/Nadelanordnung 5 erfolgt demnach dadurch, dass der die Stirnseite 6 der Düsennadel-/Stößelanordnung beaufschlagende Steuerraum 3 zusätzlich über ein weiteres Zulaufdrosselelement 51, welches in diesem Falle im Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles 18 mündet, befüllt wird und sich demzufolge ein schnellerer Druckautbau in Steuerraum 3 einstellt. Das weitere Zulaufdrosselelement 51 wirkt in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 als Bypass zum im Nebenstromkanal 11 aufgenommenen ersten Ablaufdrosselelement 16 und bei in den ersten Ventilsitz 27 gefahrenen Ventilkörper 20 wird eine Parallelschaltung zweier Zulaufdrosselelemente 15 bzw. 51 herbeigeführt.
Gemäß dieser Ausführungsvariante ist die Fähigkeit zur Einspritzverlaufsformung dadurch gegeben, dass bei in den zweiten Ventilsitz 28 gestelltem Ventilkörper 20 - entsprechend angesteuert durch den das Übertragungselemente 21 betätigenden Aktor - eine Druckentlastung des Steuerraumes 3 über die in Reihe geschalteten Ablaufdrosselelemente, d. h. das im Nebenstromkanal 11 aufgenommene erste Ablaufdrosselelemente 16 und das zu diesem in Reihe schaltbare weitere Ablaufdrosselelement 25 in den dem Ventilraum 19 nachgeordneten Ablauf 24 erfolgt. Die Einspritzverlaufsformung kann durch die Auslegung der Drosselquerschnitte 17 bzw. 26 des ersten Ablaufdrosselelementes 16 im Nebenstromkanal 11 und des weiteren Ablaufdrosselelementes 25 in Ablauf 24 charakterisiert und eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Fig. 5 mit in den Nebenstromkanal mündenden weiteren Zulaufdrosselelement.
Auch gemäß dieser Ausführungsvariante wird der Steuerraum 3 im Injektorkörper 2 über ein permanent wirkendes erstes Zulaufdrosselelement 15 unmittelbar über einen ersten hochdruckseitigen Zulauf 14 befüllt. Analog zur Ausgestaltung des Hauptstromkanals 8 und des Nebenstromkanals 11 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 5 ist bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante ein erstes Ablaufdrosselelement 16 im Nebenstromkanal 11 aufgenommen. Dem Ventilraum des Mehrwegeventils ist ein Ablauf 24 nachgeordnet, der ein weiteres Ablaufdrosselelement 25, ausgelegt in Querschnitt 26 A₂umfasst. Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 mündet das weitere Zulaufdrosselelement 51 eines weiteres hochdruckseitigen Zulaufes 50 nun nicht im Ventilraum 19, sondern im Nebenstromkanal 11 in einem ersten Abstand 54 in bezug auf das im Nebenstromkanal 11 angeordnete erste Ablaufdrosselelement 16. Der Abstand 54 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 6 ist so bemessen, dass im Bereich der Mündungsstelle des weiteren Zulaufdrosselelementes 51 und dem Ende des ersten Ablaufdrosselelementes 16 im Nebenstromkanal 11 die Strömung sich wieder laminar ausbilden kann.
Wird der Ventilkörper 20 im Ventilraum 19 in seinen ersten Sitz 27 gestellt, erfolgt eine Parallelschaltung des ersten hochdruckseitigen Zulaufes 14 und des weiteren hochdruckseitigen Zulaufes 50 und die darin aufgenommenen Zulaufdrosselelemente 15 bzw. 51, so dass auch gemäß dieser Ausführungsvariante der Steuerraum 3 parallel über zwei Zuläufe beaufschlagt und damit ein schneller Druckaufbau realisierbar ist, der zu einem schnellen Nadelschließen führt. Auch hier ist der weitere hochdruckseitige Zulauf 50 als Bypass zum ersten Ablaufdrosselelemente 16, welches dem Steuerraum 3 nachgeordnet ist, ausgelegt.
Bei in den zweiten Ventilsitz 28 gestelltem Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles erfolgt eine Druckentlastung des Steuerraumes 3 über die in Reihe geschalteten Ablaufdrosselelemente 16 im Nebenstromkanal 11 und das weitere Ablaufdrosselelement 25 im Ventilraum 19 nachgeordneten Ablauf 24.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 7 ist eine Abwandlung der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 mit in den Hauptstrom aufgenommenen weiteren Ablaufdrosselelement und oberhalb von diesem im Hauptstromkanal mündenden weiteren Zulaufdrosselelement dargestellt.
Auch gemäß dieser Variante wird der Steuerraum 3 stets unmittelbar durch ein permanent wirkendes erstes Zulaufdrosselelement 15 über einen ersten hochdruckseitigen Zulauf 14 mit Steuervolumen beaufschlagt. Dem Steuerraum 19 ist ein Ablauf 24 nachgeschaltet, in dem ein weiteres Ablaufdrosselelement 25 aufgenommen ist, das in einem Querschnitt 26 A₂ ausgebildet ist. Im Unterschied zur in Fig. 5 dargestellten Ausführungsvariante ist das dem Steuerraum nachgeschaltete erste Ablaufdrosselelement 16 nicht im Nebenstromkanal 11, sondern im Hauptstromkanal 8 aufgenommen, welcher durch den Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 im Ventilraum 19 geöffnet bzw. verschlossen werden kann.
Gemäß dieser Ausführungsvariante, bei der das weitere Zulaufdrosselelement 51 des weiteren hochdruckseitigen Zulaufes 50 in einem zweiten Abstand 55 oberhalb des ersten Ablaufdrosselelementes 16 im Hauptstromkanal 8 mündet, erfolgt eine Befüllung des Steuerraumes 3 bei in den den Hauptstromkanal 8 verschließenden Ventilkörper 20 über die parallel wirkenden Zulaufdrosselelemente 1 S bzw. 51 und die diese beaufschlagenden hochdruckseitigen Zuläufe 14 bzw. 50. Eine Druckentlastung des Steuerraumes 3 erfolgt gemäß der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante des Injektors bei in den zweiten Ventilsitz gestellten Ventilkörper 20 über das im Ablauf 24 aufgenommene weitere Ablaufdrosselelement. Das im Hauptstromkanal 8 aufgenommene erste Ablaufdrosselelement 16 ist, da der Hauptstromkanal 8 bei Druckentlastung des Steuerraumes 3 verschlossen ist, nicht wirksam, so dass die Druckentlastung des Steuerraumes 3 über den Nebenstromkanal, 11 den Ventilraum 19 und das weitere Ablaufdrosselelement 25 des Ablaufes 24 erfolgt.
In der Darstellung gemäß Fig. 8 ist eine leichte Abwandlung der Ausführungsvariante gemäß Fig. 7 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 7 mündet der weitere hochdruckseitige Zulauf 50 und das in diesen integrierte weitere Zulaufdrosselelement 51 nicht unmittelbar in den Hauptstromkanal 8, sondern in den Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 7 ist im Hauptstromkanal 8 das erste Ablaufdrosselelement 16, ausgelegt in einem ersten Querschnitt A₁ 17, enthalten. Dem Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles ist der Ablauf 24 nachgeschaltet, der das weitere Ablaufdrosselement 25, ausgelegt im Querschnitt A₂ umfasst. Ist der Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles in seinen ersten Ventilsitz 27 gestellt, so erfolgt eine Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 3 einerseits über das permanent diesen befüllende erste Zulaufdrosselelement 15 über den ersten hochdruckseitigen Zulauf 14 und über das in den Ventilraum 19 mündende weitere Zulaufdrosselelement 51 eines weiteres hochdruckseitigen Zulaufes 50. Der Steuerraum wird somit über den Nebenstromkanal 11 und den Hauptstromkanal 8 befällt, wobei das im Hauptstromkanal 8 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 8 aufgenommene erste Ablaufdrosselelement 16 als eigentliche Zulaufdrossel fungiert.
Wird hingegen der Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles im Ventilraum 19 an seinen zweiten Sitz 28 gestellt, ist der Hauptstromkanal 8 verschlossen und eine Druckentlastung des Steuerraumes 3 erfolgt über den Nebenstromkanal 11 in die dem Ventilraum 19 des Mehrwegeventiles 18 nachgeschalteten Ablauf 24, aufgenommen ist.
In den dargestellten Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 5, 6, 7 und 8 wird die Einspritzverlaufformungsfähigkeit des Injektors 1 dadurch erreicht, dass gemäß der Ausführungsvarianten der Fig. 5 und 6 bei Druckentlastung des Steuerraumes 3 das erste Ablaufdrosselelement 16 des Nebenstromkanales 11 und das weitere Ablaufdrosselelement 25 des Ablaufes 24, welches dem Steuerraum 19 nachgeschaltet ist, in Reihe wirken und gemäß der Auslegung der Drosselquerschnitte A₁ 17 und A₂ 26 eine Einspritzverlaufsformung erzielbar ist, während bei den in Fig. 7 und 8 ausgebildeten Ausführungsvarianten die Druckentlastung des Steuerraumes 3 bei in den zweiten Ventilsitz 28 gestellten Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 über den Nebenstromkanal 11, den Ventilraum 19 in das in diesen Fällen einzeln wirkende weitere Ablaufdrosselelement 25 im Ablauf 24 erfolgt.
Gemäß der Ausführungsvarianten in den Fig. 5 bis 8 erfolgt bei in den zweiten Ventilsitz 28 gestellten Ventilkörper 20 des Mehrwegeventiles 18 eine Befüllung des Steuerraumes 3 parallel über das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement 15 und den ersten hochdruckseitigen Zulauf 18 sowie das weitere Zulaufdrosselelement 51 und den weiteren hochdruckseitigen Zulauf 50, welcher in den Ausführungsvarianten 5, 6, 7 und 8 an verschiedenen Stellen, d. h. dem Ventilraum 19, dem Nebenstromkanal 11, Hauptstromkanal 8 münden kann. Bezugszeichenliste 1 Injektor
2 Injektorkörper
3 Steuerraum
4 Steuerraumdecke
5 Düsennadel/-stößel
6 Stirnfläche
7 Steuerraumwand
8 erster Strömungskanal (Hauptstrom)
9 steuerraumseitige Mündung (Hauptstromkanal)
10 ventilraumseitige Mündung (Hauptstromkanal)
11 zweiter Strömungskanal (Nebenstrom)
12 steuerraumseitige Mündung (Nebenstromkanal)
13 ventilraumseitige Mündung (Nebenstromkanal)
14 erster hochdruckseitiger Zulauf
15 erstes Zulaufdrosselelement
16 erstes Ablaufdrosselelement
17 Querschnittsfläche A₁
18 Mehrwegeventil 3/3
19 Ventilraum
20 Ventilkörper
21 Übertragungselement
22 Ringspalt
23 Abzweig Ablauf
24 Ablauf
25 weiteres Ablaufdrosselelement
26 Querschnitt A₂ Ablaufdrosselelement
27 erster Ventilsitz
28 zweiter Ventilsitz
29 Zulaufrichtung Steuerraum 3
30 Ablaufrichtung Steuerraum 3
40 erste weitere Zulaufposition
41 zweite weitere Zulaufposition
50 weiterer hochdruckseitiger Zulauf
51 weiteres Zulaufdrosselelement
52 Position weiterer Zulauf
53 weitere Position zweiter Zulauf
54 erster Abstand
55 zweiter Abstand

Claims

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, in welchem ein Mehrwegeventil (18) aufgenommen ist, welches einen in einem Ventilraum (19) aufgenommenen Ventilkörper (20) umfasst und bei Betätigung des Mehrwegeventiles (18) ein im Injektorkörper (2) angeordneter Steuerraum (3) druckentlastbar oder druckbeaufschlagbar ist, wobei der Steuerraum (3) über mindestens ein Zulaufdrosselelement (15) druckbeaufschlagbar und über mindestens ein Ablaufdrosselelement (16) druckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilraum (19) des Mehrwegeventiles (18) ein weiteres Ablaufdrosselelement (25) nachgeschaltet ist, wobei der Ventilraum (19) und der Steuerraum (3) über einen Hauptstromkanal (8) und einen Nebenstromkanal (11) miteinander in Verbindung stehen.

2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstromkanal (8) durch den Ventilkörper (20) des Mehrwegeventiles (18) an einem zweiten Ventilsitz (28) verschließbar ist.

3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ablaufdrosselelement (16) im Nebenstromkanal (11) angeordnet ist.

4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ablaufdrosselelement (6) im Hauptstromkanal (8) angeordnet ist.

5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ablaufdrosselelement (16) einen kleineren Querschnitt (17) aufweist als der Querschnitt (26) des dem Ventilraum (19) nachgeschalteten weiteren Ablaufdrosselelementes (25).

6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement (15) im Hauptstromkanal (8) oberhalb des ersten Ablaufdrosselelementes (16) mündet.

7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement (15) im Ventilraum (19) des Mehrwegeventiles (18) mündet.

8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement (15) unmittelbar im Steuerraum (3) mündet.

9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Zulaufdrosselelement (51) unmittelbar im Steuerraum (3) mündet.

10. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende Zulaufdrosselelement (15) oberhalb des ersten Ablaufdrosselelementes (16) mündet und der Steuerraum (3) über ein weiteres Zulaufdrosselelement (51) beaufschlagbar ist.

11. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende erste Zulaufdrosselelement (15) in einem ersten Abstand (54) vom ersten Ablaufdrosselelement (16) im Nebenstromkanal (11) mündet.

12. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (3) über ein weiteres Zulaufdrosselelement (51) beaufschlagbar ist.

13. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende Drosselelement (15) am Hauptstromkanal (8) in einem zweiten Abstand (5) vom ersten Ablaufdrosselelement (16) mündend angeordnet ist.

14. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent wirkende Zulaufdrosselelement (15) mit dem Ventilraum (19) des Mehrwegeventiles (18) und das weitere Zulaufdrosselelement (51) mit dem Steuerraum (3) unmittelbar in Fluidverbindung stehen.