DE102007005382A1

DE102007005382A1 - Injector i.e. common rail injector, for injecting fuel e.g. diesel, into combustion chamber of internal-combustion engine, has control valve for varying control pressure, and fuel tank connected with nozzle chamber via throttle channel

Info

Publication number: DE102007005382A1
Application number: DE200710005382
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-07

Abstract

The injector (5) has a valve element (17) effectively connected with a control chamber with variable control pressure. The control chamber is adjustable between an opening position freeing a fuel flow from a nozzle chamber (16) and a closing position. A control valve (33) is provided for varying the control pressure, and connects the control chamber hydraulically with a low-pressure area (9) and a fuel tank (36). A diameter stage (40) of the valve element is attached with the fuel tank that is connected with the nozzle chamber via a throttle channel (43).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an injector according to the preamble of claim 1.

Die DE 102 07 227 A1 beschreibt einen Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen. Der bekannte Injektor weist ein zweiteiliges, aus einer Steuerstange und einer Düsennadel bestehendes Ventilelement auf. Die Steuerstange begrenzt mit einer stirnseitigen Steuerfläche eine Steuerkammer, deren Steuerdruck mithilfe eines Steuerventils variierbar ist. Mittels des Steuerventils kann hierzu ein Kraftstoff-Abflussweg (Ablaufdrossel) aus der Steuerkammer mit einem Niederdruck- bzw. Rücklaufbereich des Injektors für Kraftstoff verbunden werden. Bei geöffnetem Steuerventil sinkt der Steuerdruck in der Steuerkammer, so dass das Ventilelement von seiner in einem Düsenraum befindlichen Sitzfläche abgehoben wird und so den Kraftstoff-Fluss aus dem Düsenraum durch eine Düsenlochanordnung hindurch in den Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Die Steuerstange und die Düsennadel sind nicht fest miteinander verbunden, sondern liegen in einem als Kopplerraum ausgebildeten Kraftstoffraum, der dauerhaft mit einem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist, aneinander an. Innerhalb des Kraftstoffraums ist das Ventilelement mit einer Durchmesserstufe versehen, welche bei dem bekannten Injektor dadurch realisiert ist, dass der Führungsdurchmesser der Steuerstange größer ist als der Führungsdurchmesser der Düsennadel. Hierdurch wirkt wegen des dauerhaften Anschlusses des Kraftstoffraums an den Niederdruckbereich eine geringere Druckkraft in Öffnungsrichtung auf die Steuerstange als in Schließrichtung, so dass bei geschlossenem Steuerventil dauerhaft eine Schließkraft über die Steuerstange auf die Düsennadel aufgebracht wird. Diese hydraulische Schließkraft ermöglicht ein schnelles Schließen des Ventilelements. Die zusätzlich vorhandene Schließfeder dient unter anderem dazu, um bei abgestelltem Fahrzeug die Düsenlochanordnung durch die Düsennadel zu schließen. Nachteilig bei dem bekannten Injektor ist, dass aufgrund der großen Druckdifferenz von etwa 1800 bis etwa 2000 bar zwischen dem den Kraftstoffraum (Niederdruckraum) umgebenden Druckraum und dem Kraftstoffraum ständig Kraftstoff über die Führungsspalte in letzteren einströmt und von dort aus dem Kraftstoffrücklauf als Leckagemenge zugeleitet wird. Eine der Leckagemenge entsprechende Kraftstoffmenge muss von einer Hochdruckpumpe ständig zusätzlich gefördert werden, wodurch die hierauf entfallende Pumpenleistung nicht zur Erzeugung höherer Einspritzdrücke genutzt werden kann.The DE 102 07 227 A1 describes a common rail injector for injecting fuel into combustion chambers of internal combustion engines. The known injector has a two-part, consisting of a control rod and a nozzle needle valve element. The control rod defines with a frontal control surface a control chamber whose control pressure is variable by means of a control valve. By means of the control valve for this purpose, a fuel outflow path (outlet throttle) can be connected from the control chamber to a low-pressure or return region of the injector for fuel. When the control valve is open, the control pressure in the control chamber decreases, so that the valve element is lifted off its seating surface located in a nozzle chamber and thus releases the fuel flow from the nozzle chamber through a nozzle hole arrangement into the combustion chamber of an internal combustion engine. The control rod and the nozzle needle are not firmly connected to each other, but lie in a trained as a coupler space fuel chamber which is permanently connected to a low pressure region of the injector, to each other. Within the fuel chamber, the valve element is provided with a diameter step, which is realized in the known injector in that the guide diameter of the control rod is greater than the guide diameter of the nozzle needle. As a result, because of the permanent connection of the fuel chamber to the low-pressure region, a lower pressure force in the opening direction acts on the control rod than in the closing direction, so that a closing force is permanently applied to the nozzle needle via the control rod when the control valve is closed. This hydraulic closing force allows a quick closing of the valve element. The additionally existing closing spring serves inter alia to close the nozzle hole arrangement through the nozzle needle when the vehicle is parked. A disadvantage of the known injector that due to the large pressure difference of about 1800 to about 2000 bar between the fuel space (low pressure space) surrounding the pressure chamber and the fuel chamber constantly fuel flows through the guide gaps in the latter and is fed from there from the fuel return as a leakage amount. An amount of fuel corresponding to the amount of leakage must constantly be additionally conveyed by a high-pressure pump, as a result of which the pump power attributable to this can not be used to generate higher injection pressures.

Neben den zuvor beschriebenen Injektoren mit dauerhafter Niederdruckstufe werden Injektoren eingesetzt, bei denen kein als Niederdruckstufe ausgebildeter Kraftstoffraum vorgesehen ist. Der Vorteil einer derartigen „leckagefreien„ Konstruktion besteht darin, dass kein Kraftstoff-Leckagefluss in dem Niederdruckbereich des Injektors auftritt. Als Leckagemenge fließt nur die Steuermenge aus der Steuerkammer in den Niederdruckbereich bzw. das Rücklaufsystem des Injektors ab, was dazu führt, dass ein größerer Leistungsanteil der Hochdruckpumpe zur Erzeugung höherer Einspritzdrücke genutzt werden kann. Nachteilig bei derartigen Injektoren ist jedoch, dass durch das Fehlen eines als Niederdruckstufe ausgebildeten Kraftstoffraums mit zugeordneter Durchmesserstufe des Ventilelements nur geringe Düsennadelschließkräfte zur Verfügung stehen, da, wenn das Ventilelement zweiteilig ausgeführt wird, die Steuerstange im Wesentlichen druckausgeglichen ist.Next the previously described injectors with permanent low-pressure stage Injectors are used, where none as a low pressure stage trained fuel space is provided. The advantage of such a "leak-free" construction is that no fuel leakage flow in the low pressure area of the injector occurs. As leakage amount flows only the Control amount from the control chamber in the low pressure range or the return system of the injector, resulting in that a larger power share of the high pressure pump used to generate higher injection pressures can be. The disadvantage of such injectors, however, is that by the absence of a designed as a low-pressure stage fuel space with associated diameter stage of the valve element only small nozzle needle closing forces are available, as when the valve element in two parts is executed, the control rod is substantially pressure balanced is.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen leckagefreien Injektor vorzuschlagen, mit dem hohe hydraulische Schließkräfte auf das Ventilelement realisierbar sind.Of the The invention is therefore based on the object, a leak-free To propose injector, with the high hydraulic closing forces can be realized on the valve element.

Technische LösungTechnical solution

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.These The object is achieved with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are in the dependent claims specified. In addition, fall within the scope of the invention, all combinations at least two of the in the description, the claims and / or features disclosed in the figures.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Kraftstoffraum, dem eine Durchmesserstufe des Ventilelementes zugeordnet ist, nicht mit dem Rücklaufbereich des Injektors zu verbinden, sondern über einen Drosselkanal an den Düsenraum anzuschließen. Hierdurch treten keine Leckageverluste aus dem Kraftstoffraum in Richtung des Injektorrücklaufs auf. Der Injektor ist leckagefrei. Die zur Erzeugung einer Schließkraft notwendige Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffraum und der Steuerkammer wird über den Anschluss des Kraftstoffraums an den Düsenraum realisiert, in welchem der Kraftstoffdruck, zumindest bei geöffnetem Ventilelement, geringer ist als der Steuerdruck in den Steuerraum des Injektors bei geschlossenem Steuerventil. Unter einem Düsenraum im Sinne der Erfindung wird dabei ein Raum innerhalb des Injektors verstanden, der im Bereich des freien Ventilelement-Endes angeordnet ist, und in dem der Ventilelementsitz und die Düsenlochanordnung angeordnet sind, oder ein Raum, der in unmittelbarer hydraulischer Verbindung mit einem den Ventilelementsitz und die Düsenlochanordnung aufweisenden Raum steht. Die Anbindung des Kraftstoffraumes an den Düsenraum über einen Drosselkanal bewirkt, dass der Kraftstoffraum aus dem Düsenraum bei einer Öffnungsbewegung des Ventilelements nur langsam nachbefüllt wird, so dass durch die von der Öffnungsbewegung des Ventilelementes verursachte Volumenvergrößerung des Kraftstoffraumes eine hydraulische Schließkraft auf das Ventilelement bewirkende Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffraum und dem Steuerraum erzeugt wird, welche den Injektor bei geschlossenem Steuerventil in Richtung des Ventilsitzes beschleunigt. Diese Wirkung wird zusätzlich dadurch unterstützt, dass der Druck im Düsenraum unmittelbar nach dem Abheben des Ventilelementes von seinem Ventilsitz absinkt. Die Erfindung stellt also einen Injektor bereit, bei dem einerseits Leckageverluste mit Vorteil vermieden werden und bei dem andererseits eine ausreichend große hydraulische Schließkraft auf das Ventilelement wirkt, die ein schnelles Schließen des Ventilelementes sichergestellt.The invention is based on the idea that the fuel chamber, which is associated with a diameter step of the valve element, not to be connected to the return region of the injector, but to connect via a throttle channel to the nozzle chamber. As a result, there are no leakage losses from the fuel chamber in the direction of the injector return. The injector is leak-free. The necessary for generating a closing force pressure difference between the fuel chamber and the control chamber is realized via the connection of the fuel chamber to the nozzle chamber, in which the fuel pressure, at least when the valve element is open, is less than the control pressure in the control chamber of the injector with the control valve closed. A nozzle chamber according to the invention is understood to mean a space inside the injector, which is arranged in the region of the free valve element end, and in which the valve element seat and the nozzle hole arrangement are arranged, or a space which is in direct hydraulic communication with a Valve member seat and the nozzle hole arrangement having space. The connection of the fuel chamber to the nozzle chamber via a throttle channel causes the fuel chamber from the nozzle chamber is slowly refilled during an opening movement of the valve element, so that caused by the opening of the valve element increase in volume of the fuel chamber, a hydraulic closing force on the valve element causing pressure difference between the fuel chamber and the control chamber is generated, which accelerates the injector with the control valve closed in the direction of the valve seat. This effect is additionally supported by the fact that the pressure in the nozzle chamber drops immediately after lifting the valve element from its valve seat. The invention thus provides an injector in which on the one hand leakage losses are advantageously avoided and in which on the other hand a sufficiently large hydraulic closing force acts on the valve element, which ensures rapid closing of the valve element.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Drosselkanal, insbesondere in Bezug auf das Kraftstoffraumvolumen und/oder die Schaltzeit des Ventilelementes derart ausgelegt ist, dass der im Kraftstoffraum vorherrschende Druck bei Beginn der Schließbewegung des Ventilelementes (noch) niedriger ist als der Steuerdruck im Steuerraum zu diesem Zeitpunkt. Hierdurch wird das Ventilelement maximal in Richtung des Ventilsitzes beschleunigt, so dass auch eine auf der Volumenverringerung basierende Druckerhöhung im Kraftstoffraum während der Schließbewegung des Ventilelementes die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements nicht (wesentlich) verringert. Aufgrund der beschriebenen Auslegung des Drosselkanals (geringer Durchflussquerschnitt) wirkt der Kraftstoffraum als eine Art dynamische Niederdruckstufe ohne Verbindung zum Injektorrücklauf und damit ohne Leckageverluste.In Development of the invention is provided with advantage that the Throttling channel, in particular with respect to the fuel chamber volume and / or the switching time of the valve element is designed such that the pressure prevailing in the fuel chamber at the beginning of the closing movement of the valve element (still) is lower than the control pressure in the control room at this time. As a result, the valve element is maximally in Direction of the valve seat accelerates, so that also one on the Volume reduction based pressure increase in the fuel chamber during the closing movement of the valve element, the closing speed of the valve element is not (substantially) reduced. Due to the described design of the throttle channel (low flow area) affects the fuel chamber as a kind of dynamic low-pressure stage without connection to the injector return and thus without leakage losses.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird der mindestens eine Drosselkanal nicht oder nicht nur von einem Ventilelement-Führungsspalt gebildet, sondern von einer Drosselbohrung. Diese Ausführungsform ermöglicht eine exakte Dimensionierung des Drosselkanals mit minimalen Toleranzen im Hinblick auf das Druckanstiegsverhalten des Kraftstoffraums bei einer Ventilelement-Öffnungsbewegung.According to one advantageous embodiment of the invention is the at least a throttle channel not or not only of a valve element guide gap formed, but from a throttle bore. This embodiment allows exact dimensioning of the throttle channel with minimal tolerances in terms of pressure rise behavior the fuel space at a valve element opening movement.

Sobald das Ventilelement öffnet, strömt Kraftstoff durch die Düsenlochanordnung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wodurch der Druck innerhalb des Düsenraums absinkt, wodurch wiederum die Druckanstiegsgeschwindigkeit in dem über den mindestens einen Drosselkanal mit dem Düsenraum verbundenen Kraftstoffraum minimiert wird. Um diesen Effekt zu verstärken, ist in Weiterbildung der Erfindung eine Zulaufdrossel vorgesehen, über die der Düsenraum entweder unmittelbar aus einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher oder einem mit im Wesentlichen unter Raildruck stehenden kraftstoffgefüllten Druckraum des Injektors mit Kraftstoff versorgt wird.As soon as the valve element opens, fuel flows through the nozzle hole arrangement in the combustion chamber of an internal combustion engine, whereby the pressure within the nozzle chamber decreases, which in turn the pressure rise rate in the over the at least a throttle channel connected to the nozzle chamber fuel space is minimized. To reinforce this effect is in Development of the invention, an inlet throttle provided over the nozzle space either directly from a high-pressure fuel storage or a fuel-filled one substantially under rail pressure Pressure chamber of the injector is supplied with fuel.

Die mindestens eine Zulaufdrossel, über die der Düsenraum mit Kraftstoff versorgt wird, ist mit Vorteil als, insbesondere ausschließlich auf den dynamischen Druck wirkende Drossel ausgebildet, deren Einflüsse auf den statischen Kraftstoffdruck im Düsenraum minimal sind.The at least one inlet throttle over which the nozzle space being fueled is with advantage as, in particular only on the dynamic pressure acting throttle formed, whose influences on the static fuel pressure in the nozzle space are minimal.

Bevorzugt ist eine Konstruktion des Injektors, bei der der Düsenraum nicht unmittelbar an den Kraftstoff-Hochdruckspeicher angeschlossen ist, sondern bei der der Kraftstoff-Hochdruckspeicher über einen Versorgungskanal in einen Druckraum mündet, welcher wiederum über die Zulaufdrossel mit dem Düsenraum verbunden ist. Der Druckraum wirkt dabei selbst als kleiner Hochdruckspeicher und übt eine Dämpfungsfunktion in Bezug auf Druckschwankungen aus.Prefers is a construction of the injector in which the nozzle space not directly connected to the high-pressure fuel storage but at which the high-pressure fuel tank over a supply channel opens into a pressure chamber, which again via the inlet throttle with the nozzle chamber connected is. The pressure chamber itself acts as a small high-pressure accumulator and performs a damping function with respect to pressure fluctuations out.

Fertigungstechnisch von Vorteil ist es, den Kraftstoffraum radial außen mit einer Hülse zu begrenzen, die bevorzugt mit einer radialen Innenfläche am Ventilelement anliegt.manufacturing technology It is advantageous to use the fuel space radially outside to limit a sleeve, which preferably with a radial Inner surface rests against the valve element.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es weiter vorteilhaft, das Ventilelement mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig auszubilden, wobei die beiden Ventilelementteile (Steuerstange und Düsennadel) in einem Kopplerraum miteinander gekoppelt sind. Neben fertigungstechnischen Gründen sprechen für eine mehrteilige Ausbildung des Ventilelementes die unterschiedlichen Anforderungen an das Ventilelement im Bereich der Steuerkammer sowie im Bereich des Ventilsitzes. Bevorzugt ist die das freie Ende des Ventilelementes bildende Düsennadel aus einem härteren Werkstoff ausgebildet, als die darüber angeordnete Steuerstange, um den Verschleiß durch Anschlagen am Ventilsitz zu minimieren.Out For technical reasons, it is also advantageous the valve element in several parts, preferably in two parts, the two valve element parts (control rod and nozzle needle) are coupled together in a coupler space. In addition to production engineering Reasons speak for a multi-part education the valve element, the different requirements for the valve element in the area of the control chamber and in the area of the valve seat. Prefers is the nozzle needle forming the free end of the valve element made of a harder material than the one above arranged control rod to prevent wear by striking to minimize at the valve seat.

Die Ventilelementteile sind bevorzugt in einem Kopplerraum hydraulisch miteinander gekoppelt, wobei der Kopplerraum bevorzugt radial innerhalb des Düsenraumes angeordnet ist und von einer federkraftbeaufschlagten zweiten Hülse in radialer Richtung begrenzt wird.The Valve element parts are preferably hydraulically in a coupler space coupled to each other, wherein the coupler space preferably radially inside the nozzle chamber is arranged and by a spring-loaded second sleeve is limited in the radial direction.

Bevorzugt stützen sich die den Kraftstoffraum begrenzende Hülse und die den Kopplerraum begrenzende Hülse in axialer Richtung an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Zwischenplatte des Injektors ab, wobei die Zwischenplatte eine definierte Lage einnimmt.Prefers The sleeve limiting the fuel chamber and the coupler space limiting sleeve in the axial direction on two opposite sides of an intermediate plate of the injector, wherein the intermediate plate a defined position occupies.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments as well as from the drawings. These show in:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Injektor und 1 a schematic representation of an internal combustion engine with a common rail injector and

2 eine schematisierte, geschnittene Teilansicht eines Injektors. 2 a schematic, sectional partial view of an injector.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit dem gleichen Bezugszeigen gekennzeichnet.In The figures are the same components and components with the same Function marked with the same reference.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 zum Antrieb eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruck fördereinrichtung 2 fördert Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 sind mehrere Injektoren 5 über jeweils eine Versorgungsleitung 6 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 7 einspritzen. Die Injektoren 5 sind jeweils über eine Rückflussleitung 8 an den Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 angeschlossen, wobei die Rückflussleitung mit einem Niederdruckbereich der Injektoren 5 verbunden ist, so dass über die Rückflussleitung 8 eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von den Injektoren 5 zu dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 abfließen kann.In 1 is an internal combustion engine 1 to drive a motor vehicle, not shown. A high pressure conveyor device 2 Promotes fuel from a fuel storage tank 3 in a high-pressure fuel storage 4 (Rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored. To the high-pressure fuel storage 4 are several injectors 5 via one supply line each 6 connected, the fuel directly into them associated combustion chambers 7 inject. The injectors 5 are each via a return line 8th to the fuel storage tank 3 connected, with the return line to a low pressure area of the injectors 5 connected so that via the return line 8th a later to be explained control amount of fuel from the injectors 5 to the fuel reservoir 3 can drain away.

In 2 ist bei einem Injektor 5 schematisch die Rückflussleitung 8 gezeigt, die einen Niederdruckbereich 9 des Injektors 5 mit dem in 1 gezeigten Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 verbindet. Weiterhin ist die Versorgungsleitung 6 gezeigt, die zum einen einen Druckraum 10 sowie einen oberen Ringdruckraum 11 des Injektors 5 mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 hydraulisch verbindet.In 2 is at an injector 5 schematically the return line 8th shown a low pressure area 9 of the injector 5 with the in 1 shown fuel storage tank 3 combines. Furthermore, the supply line 6 shown, on the one hand a pressure chamber 10 as well as an upper ring pressure space 11 of the injector 5 with the high-pressure fuel storage 4 connects hydraulically.

Der Injektor 5 weist einen Injektorkörper 12, einen Düsenkörper 13 und eine zwischen Injektorkörper 12 und Düsenkörper 13 eingespannte Zwischenplatte 14 auf. Eine Düsenspannmutter 15, die von dem Düsenkörper 13 in axialer Richtung durchsetzt wird, ist mit dem Injektorkörper 12 verschraubbar und verspannt somit den Düsenkörper 13 und die Zwischenplatte 14 gegen den Injektorkörper 12. Radial innerhalb des Druckraums 10 sowie radial innerhalb eines zweiteiligen Düsenraums 16 ist ein zweiteiliges Ventilele ment 17 angeordnet, das in axialer Richtung längsverschieblich geführt ist. Das Ventilelement 17 besteht aus einer endseitigen Düsennadel 18 und einer axial benachbarten Steuerstange 19. An einer Nadelspitze 20 weist die Düsennadel 18 eine Schließfläche 21 auf, mit welcher sie in dichter Anlage an einen innerhalb des von dem Düsenkörper 13 begrenzten Düsenraum 16 angeordneten Ventilsitz 22 bringbar ist.The injector 5 has an injector body 12 , a nozzle body 13 and one between injector body 12 and nozzle body 13 clamped intermediate plate 14 on. A nozzle retaining nut 15 coming from the nozzle body 13 is penetrated in the axial direction, is with the injector body 12 screwed and thus clamped the nozzle body 13 and the intermediate plate 14 against the injector body 12 , Radial inside the pressure chamber 10 and radially within a two-part nozzle space 16 is a two-part Ventilele ment 17 arranged, which is guided longitudinally displaceable in the axial direction. The valve element 17 consists of an end nozzle needle 18 and an axially adjacent control rod 19 , At a needlepoint 20 has the nozzle needle 18 a closing area 21 on, with which they are in close contact with an inside of the nozzle body 13 limited nozzle space 16 arranged valve seat 22 can be brought.

Wenn die Düsennadel 18 am Ventilsitz 22 anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 23 gesperrt. Ist sie dagegen vom Ventilsitz 22 angehoben, kann Kraftstoff aus dem unteren Teil 16a des Düsenraums 16 an dem Ventilsitz 22 vorbei zur Düsenlochanordnung 23 strömen und dort in den in 1 schematisch dargestellten Brennraum gespritzt werden. Der untere Teil 16a des Düsenraums 16 ist drosselfrei über Axialkanäle 24 mit dem oberen Teil 16b des Düsenraums verbunden. Die Axialkanäle 24 sind zwischen einem Düsennadelabschnitt mit polygoner Querschnittskontur und dem Düsenkörper 13 gebildet. Der Düsenraum 16 wiederum wird über eine in die Zwischenplatte 14 eingebrachte Zulaufdrossel 25 mit Kraftstoff aus dem Druckraum 16 ersorgt.If the nozzle needle 18 at the valve seat 22 is applied, that is, is in a closed position, the fuel outlet from a nozzle hole arrangement 23 blocked. Is she, however, from the valve seat 22 lifted, can fuel from the lower part 16a of the nozzle space 16 at the valve seat 22 over to the nozzle hole arrangement 23 flow and there in the in 1 are schematically sprayed combustion chamber. The lower part 16a of the nozzle space 16 is throttle-free via axial channels 24 with the upper part 16b connected to the nozzle space. The axial channels 24 are between a nozzle needle portion with polygonal cross-sectional contour and the nozzle body 13 educated. The nozzle room 16 turn over one into the intermediate plate 14 introduced inlet throttle 25 with fuel from the pressure chamber 16 He cares.

Die Steuerstange 19 und damit die Düsennadel 18 sind mittels einer Vorspannfeder 26, die innerhalb des Druckraums 10 angeordnet ist, in Richtung auf ihre Schließstellung vorgespannt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Injektors 5 hat die Vorspannfeder 26 hauptsächlich die Funktion, die Düsenlochanordnung 23 bei abgestelltem Fahrzeug dichtzuhalten.The control rod 19 and thus the nozzle needle 18 are by means of a biasing spring 26 that are inside the pressure chamber 10 is arranged, biased toward its closed position. Due to the inventive design of the injector 5 has the bias spring 26 mainly the function, the nozzle hole arrangement 23 keep sealed when the vehicle is parked.

Die Vorspannfeder 26 stützt sich einenends an einem Umfangsbund 27 der Steuerstange 19 und anderenends an einem Führungsteil 28 für das Ventilelement 17 ab. Von dem Führungsteil 28 und der Stirnseite 29 des Ventilelementes 17 wird eine Steuerkammer 30 begrenzt. Die Steuerkammer 30 wird über eine Fülldrossel 31 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Ringdruckraum 11 versorgt. Die Steuerkammer 30 ist über eine in das Führungsteil 28 eingebrachte Ablaufdrossel 32 mit dem Niederdruckbereich 9 des Injektors verbunden, der wiederum über die Rückflussleitung 8 an den in 1 dargestellten Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 angebunden ist.The biasing spring 26 at one end supports itself on a circumferential covenant 27 the control rod 19 and at the other end to a leadership section 28 for the valve element 17 from. From the guide part 28 and the front side 29 of the valve element 17 becomes a control chamber 30 limited. The control chamber 30 is via a filling throttle 31 with high-pressure fuel from the annular pressure chamber 11 provided. The control chamber 30 is about one in the leadership section 28 introduced outlet throttle 32 with the low pressure area 9 connected to the injector, in turn via the return line 8th to the in 1 illustrated fuel storage tank 3 is connected.

Am in der Zeichnungsebene oberen Ende der Ablaufdrossel 32 (Kraftstoff-Ablaufkanal) ist ein Steuerventil 33 mit einem kugelförmigen Ventilkörper 34 angeordnet. Das Steuerventil 33 ist mit einem nicht dargestellten, piezo-elektrischen oder elektromagnetischen Aktuator wirkverbunden. Mittels des Aktuators kann der Ventilkörper 34 von seinem Ventilsitz 35 abgehoben werden, so dass Kraftstoff aus der Steuerkammer 30 in den Niederdruckbereich 9 und damit über die Rückflussleitung 8 abströmen kann. Die Durchflussquerschnitte der Fülldrossel 31 und der Ablaufdrossel 32 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Zufluss durch die Fülldrossel 31 schwächer als der Abfluss durch die Ablaufdrossel 32 ist und demnach bei geöffnetem Steuerventil 33 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 30 resultiert. Der daraus folgende Druckabfall in der Steuerkammer 30 bewirkt, dass der Betrag der auf das Ventilelement 17 wirkenden Schließkraft unter dem Betrag der Öffnungskraft sinkt und somit das Ventilelement 17, insbesondere die Düsennadel 18, vom Ventilsitz 22 abhebt. Das Steuerven til 33 kann auch als druckausgeglichenes Ventil ausgebildet werden.Am in the drawing level upper end of the outlet throttle 32 (Fuel drain passage) is a control valve 33 with a spherical valve body 34 arranged. The control valve 33 is operatively connected to a piezoelectric or electromagnetic actuator, not shown. By means of the actuator, the valve body 34 from his valve seat 35 be lifted off, leaving fuel from the control chamber 30 in the low pressure area 9 and thus via the return line 8th can flow out. The flow cross sections of the filling throttle 31 and the outlet throttle 32 are coordinated so that the inflow through the filling throttle 31 weaker than the drain through the outlet throttle 32 is and therefore with the control valve open 33 a net outflow of fuel from the control chamber 30 results. The consequent pressure drop in the control chamber 30 causes the amount of on the valve element 17 acting closing force below the amount of the opening force decreases and thus the valve element 17 , in particular the nozzle needle 18 , from the valve seat 22 takes off. The control valve 33 can also be designed as a pressure balanced valve.

Damit eine ausreichende hydraulische Schließkraft auf das Ventilelement 17 bei geschlossenem Steuerventil 33 und vom Ventilsitz 22 abgehobener Düsennadel 18 wirkt, muss die in Schließrichtung mit Kraftstoff-Hochdruck beaufschlagte Fläche des Ventilelementes 17 größer sein als die in Öffnungsrichtung mit Kraftstoff-Hochdruck beaufschlagte Fläche. Anders ausgedrückt muss ein in Öffnungsrichtung wirkender Flächenabschnitt mit einem reduzierten Kraftstoffdruck beaufschlagt werden. Aus diesem Grund ist ein Kraftstoffraum 36 vorgesehen. Der Kraftstoffraum 36 ist radial innerhalb des Druckraums 10 angeordnet und wird radial außen von einer ersten Hülse 37 begrenzt, die von einer Druckfeder 38, welche sich über ein Ringbauteil 39 an einer Umfangsschulter 48 des Injektorkörpers 12 abstützt in axialer Richtung gegen die Zwischenplatte 14 gedrückt. In einem axial oberen Bereich liegt die erste Hülse 37 im Wesentlichen dichtend an einem oberen Abschnitt 19a der Steuerstange 19 mit einem Durchmesser D1 an. Innerhalb des Kraftstoffraums 36 ist eine Durchmesserstufe 40 zwischen dem oberen Teil 19a der Steuerstange 19 mit seinem Durchmesser D1 und einem unteren in einer Bohrung 42 der Zwischenplatte 14 geführten Teil 19b der Steuerstange 19 mit einem geringeren Durchmesser D2 vorgesehen. Hierdurch wird eine Druckangriffsfläche 41 an der unteren Stirnseite des oberen Teils 19a der Steuerstange 19 für reduzierten Kraftstoffdruck gebildet. Damit nun eine hydraulische Schließkraft auf das Ventilelement 17 wirkt, muss der Druck innerhalb des Kraftstoffraums 36 geringer sein als der Druck in der Steuerkammer 30. Hierzu ist der Kraftstoffraum 36 über einen als Drosselbohrung ausgebildeten, in die Zwischenplatte 14 eingebrachten Dros selkanal 43 mit dem oberen Teil 16b des Düsenraums 16 verbunden.So that a sufficient hydraulic closing force on the valve element 17 with closed control valve 33 and from the valve seat 22 lifted nozzle needle 18 acts, the acted upon in the closing direction with high pressure fuel surface of the valve element 17 be greater than the area acted upon in the opening direction with high-pressure fuel. In other words, a surface portion acting in the opening direction must be subjected to a reduced fuel pressure. Because of this, there is a fuel room 36 intended. The fuel room 36 is radially inside the pressure space 10 arranged and is radially outward from a first sleeve 37 limited by a compression spring 38 , which are about a ring component 39 on a perimeter shoulder 48 of the injector body 12 supported in the axial direction against the intermediate plate 14 pressed. In an axially upper region is the first sleeve 37 essentially sealing at an upper portion 19a the control rod 19 with a diameter D1. Inside the fuel room 36 is a diameter step 40 between the upper part 19a the control rod 19 with its diameter D1 and a lower one in a bore 42 the intermediate plate 14 guided part 19b the control rod 19 provided with a smaller diameter D2. This creates a pressure application area 41 at the lower end of the upper part 19a the control rod 19 formed for reduced fuel pressure. So now a hydraulic closing force on the valve element 17 acts, the pressure within the fuel chamber must be 36 lower than the pressure in the control chamber 30 , This is the fuel chamber 36 via a trained as a throttle bore, in the intermediate plate 14 introduced Dros selkanal 43 with the upper part 16b of the nozzle space 16 connected.

Befindet sich das Ventilelement 17 in der gezeigten Schließstellung und wird das Steuerventil 33 geöffnet, sinkt schlagartig der Steuerdruck in der Steuerkamer 30, wodurch die Steuerstange 19 in der Zeichnungsebene nach oben beschleunigt wird. Die Düsennadel 18, die über einen Kopplerraum 44 hydraulisch mit der Steuerstange 19 verbunden ist, hebt folglich von ihrem Ventilsitz 22 ab. Hierdurch wird der Kraftstofffluss aus dem Düsenraum 16 in den Brennraum 7 (vergleiche 1) freigegeben, was zu dem erwähnten Druckabfall im Düsenraum 16 führt, welcher weiterhin über die Drossel 25 mit Kraftstoff versorgt wird. Durch die nach in der Zeichnungsebene oben schnellende Steuerstange 19 vergrößert sich das Volumen des Kraftstoffraums 16, was zu einem Druckabfall im Kraftstoffraum 16 führt. In der Folge strömt über den Drosselkanal 43 Kraftstoff aus dem Düsenraum 16 in den Kraftstoffraum 36. Der Drosselkanal 43 ist so bemessen, dass das Druckniveau im Kraftstoffraum 36 das Druckniveau im Düsenraum 16 noch nicht erreicht hat, wenn durch Schließen des Steuerventils 33 und Rückbefüllen der Steuerkammer 30 über die Fülldrossel 31 die Schließbewegung des Ventilelementes 17 wieder beginnt, wodurch das Ventilelement 17 durch die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffraum 36 und der Steuerkammer 30 in Schließrichtung beschleunigt wird, wodurch wiederum minimale Schließzeiten realisiert werden können. Über das Durchmesserverhältnis D1/D2 kann das Schließverhalten variiert werden. Je kleiner der Verhältniswert ist, desto stärker wird das Ventilelement in Richtung Ventilsitz 22 beschleunigt.Is the valve element 17 in the closed position shown and is the control valve 33 opened, abruptly decreases the control pressure in the Steuerkamer 30 , causing the control rod 19 is accelerated upwards in the drawing plane. The nozzle needle 18 that have a coupler room 44 hydraulically with the control rod 19 is therefore lifted from its valve seat 22 from. As a result, the fuel flow from the nozzle chamber 16 in the combustion chamber 7 (see 1 ), resulting in the mentioned pressure drop in the nozzle chamber 16 which continues via the throttle 25 is supplied with fuel. By the top in the drawing plane fast control rod 19 increases the volume of the fuel chamber 16 , resulting in a pressure drop in the fuel chamber 16 leads. In the sequence flows over the throttle channel 43 Fuel from the nozzle chamber 16 in the fuel room 36 , The throttle channel 43 is such that the pressure level in the fuel chamber 36 the pressure level in the nozzle chamber 16 has not reached, if by closing the control valve 33 and refilling the control chamber 30 over the filling throttle 31 the closing movement of the valve element 17 starts again, causing the valve element 17 by the pressure difference between the fuel chamber 36 and the control chamber 30 is accelerated in the closing direction, which in turn can be realized minimum closing times. The closing behavior can be varied via the diameter ratio D1 / D2. The smaller the ratio, the stronger the valve element becomes toward the valve seat 22 accelerated.

Der bereits erwähnte Kopplerraum 44 ist radial innerhalb des Düsenraums 16 angeordnet und wird radial außen von einer zweiten Hülse 45 begrenzt, die von einer sich an einem Umfangsbund 47 der Düsennadel 18 abstützenden Druckfeder 46 in Richtung auf die Zwischenplatte 14 federkraftbeaufschlagt wird, an der die Hülse 45 auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Hülse 37 dichtend anliegt. Das Kopplerraumvolumen kann minimal gewählt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D3 der Düsennadel etwas größer bemessen als der Durchmesser D2 des unteren Abschnittes 19b der Steuerstange 19. Bevorzugt liegt das Durchmesserverhältnis D2/D3 nahe 1.The already mentioned coupler room 44 is radially inside the nozzle space 16 arranged and radially outward from a second sleeve 45 bounded by oneself at a perimeter 47 the nozzle needle 18 supporting compression spring 46 towards the intermediate plate 14 Federkraftbeaufschlagt is where the sleeve 45 on the opposite side of the first sleeve 37 sealingly rests. The coupler volume can be minimized. In the illustrated embodiment, the diameter D3 of the nozzle needle is dimensioned slightly larger than the diameter D2 of the lower portion 19b the control rod 19 , The diameter ratio D2 / D3 is preferably close to 1.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10207227 A1 [0002]

Claims

Injector for injecting fuel into combustion chambers ( 7 ) of internal combustion engines, in particular common-rail injector, with a valve element operatively connected to a control chamber with variable control pressure ( 17 ) between a fuel flow from a nozzle space ( 16 . 16a . 16b ) releasing open position and a closed position is adjustable, wherein for varying the control pressure, a control valve ( 33 ) is provided, which in its open position, the control chamber ( 30 ) hydraulically with a low pressure area ( 9 ), and with a fuel room ( 36 ), which has a diameter step ( 40 ) of the valve element ( 17 ), characterized in that the fuel space ( 36 ) via a throttle channel ( 43 ) with the nozzle space ( 16 . 16a . 16b ) connected is.

Injector according to claim 2, characterized in that the throttle channel ( 43 ) is designed such that the pressure in the fuel chamber ( 36 ) at the beginning of the closing movement of the valve element ( 17 ) is lower than the control pressure in the control chamber ( 30 ).

Injector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the throttle channel ( 43 ) is designed as a throttle bore.

Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle space ( 43 ) via an inlet throttle ( 25 ) is supplied with fuel.

Injector according to claim 4, characterized in that the inlet throttle ( 25 ) is approximately designed to act as a dynamic throttle.

Injector according to one of claims 5 or 6, characterized in that the inlet throttle ( 25 ) of the nozzle space ( 16 . 16a . 16b ) one of the valve element ( 17 ) enforced pressure chamber ( 10 ) with the nozzle space ( 16 . 16a . 16b ) connects.

Injector according to claim 6, characterized in that the fuel space ( 36 ) from a radially inside the pressure space ( 10 ), spring-loaded first sleeve ( 37 ) is limited.

Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element ( 17 ) in several parts, in particular with a control chamber-side control rod ( 19 ) and a nozzle chamber side nozzle needle ( 18 ), is trained.

Injector according to claim 8, characterized in that the valve element parts ( 18 . 19 ) via a coupling space ( 44 ) are coupled together, wherein the coupling space ( 44 ) radially within the nozzle space ( 16 . 16a . 16b ) and by a spring-loaded second sleeve ( 45 ) is limited.

Injector according to claim 9, characterized in that the first and the second sleeve ( 37 . 45 ) on opposite sides of an intermediate plate ( 14 ) are arranged supporting.