DE102009000300A1

DE102009000300A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE102009000300A1
Application number: DE200910000300
Authority: DE
Inventors: Nadja Eisenmenger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-22
Also published as: WO2010081576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks in einer Steuerkammer (21) zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (11) und mit einem der Steuerkammer (21) zugeordneten, ein Steuerventilelement (30) mit einer an einer ersten Stirnseite (41) angeordneten ersten Dichtfläche (39) zum Zusammenwirken mit einem ersten Steuerventilsitz (40) aufweisenden Steuerventil (28). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil (28) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und dass das Steuerventilelement (30) des Steuerventils (28) an einer von der ersten Stirnseite (41) abgewandten zweiten Stirnseite (18) eine zweite Dichtfläche (31) zum Zusammenwirken mit einem zweiten Steuerventilsitz (32) aufweist.The invention relates to a fuel injector (1), in particular a common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with a fuel pressure in a control chamber (21) between a closed position and a fuel flow into the combustion chamber releasable opening position adjustable injection valve element (11) and with a control chamber (21), a control valve element (30) with a first end face (41) arranged first sealing surface (39) for cooperation with a first control valve seat (40) having control valve (28 ). According to the invention, it is provided that the control valve (28) is designed as a 3/2-way valve and that the control valve element (30) of the control valve (28) has a second sealing surface (31) on a second end face (18) remote from the first end face (41) ) for cooperation with a second control valve seat (32).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a fuel injector, in particular a Common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Zum Einbringen von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren werden zur Zeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Systeme eingesetzt. Vorteilhaft dabei ist, dass der Einspritzdruck an Last- und Drehzahl angepasst werden kann. Grundsätzlich bekannt sind hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren mit 2/2-Wegeventilen, bei denen der Druck in einer Steuerkammer (Servoraum) mittels eines Steuerventils (Servoventil) geschaltet werden kann. Durch Herstellen einer hydraulischen Verbindung zwischen der Steuerkammer und einem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors wird der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer abgesenkt, woraus eine auf das Einspritzventilelement in Öffnungsrichtung orientierte hydraulische Kraft resultiert, die dafür sorgt, dass das Einspritzventilelement von seinem Einspritzventilelementsitz abhebt und so den Kraftstofffluss in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt. Zum Reduzieren von Emissionen sowie zum Erzielen hoher spezifischer Leistungen werden immer höhere Einspritzdrücke gefordert, wodurch sich die Anforderungen an bekannte Steuerventile verändern. Da die heute in der Praxis eingesetzten Steuerventile in axialer Richtung nicht druckausgeglichen sind, ist deren Einsatz bei jenseits von 1800 bar problematisch, insbesondere weil immer größere Aktuatorkräfte realisiert werden müssen.To the Introducing fuel into direct injection diesel engines are currently increasingly used stroke-controlled common rail systems. Advantageous It is that the injection pressure adapted to load and speed can be. Basically stroke controlled common rail injectors are known 2/2-way valves, where the pressure in a control chamber (servo chamber) can be switched by means of a control valve (servo valve). By establishing a hydraulic connection between the control chamber and a low pressure region of the fuel injector becomes the fuel pressure lowered in the control chamber, resulting in a on the injection valve element in the opening direction oriented hydraulic force results, which ensures that the injection valve element of his Injector element seat lifts and so the fuel flow in releases the combustion chamber of the internal combustion engine. To reduce Emissions and to achieve high specific outputs demanded ever higher injection pressures, thereby the requirements for known control valves change. Since the control valves used today in practice in axial Direction are not pressure balanced, their use is beyond 1800 bar problematic, especially because more and more Actuator forces must be realized.

Aus der DE 10 2006 060 593 A1 ist ein Kraftstoff-Injektor mit einem Steuerventil bekannt, das als in axialer Richtung druckausgeglichenes 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Die Schließzeit des bekannten Injektors scheint optimierbar.From the DE 10 2006 060 593 A1 a fuel injector with a control valve is known, which is designed as a pressure-balanced in the axial direction 2/2-way valve. The closing time of the known injector seems optimizable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Injektor mit einem einfach aufgebauten Steuerventil vorzuschlagen, mit dem kurze Einspritzventilelementschließzeiten realisiert werden können. Bevorzugt soll sich das Steuerventil zur Integration in sich im Einsatz befindenden Common-Rail-Injektoren eignen.Of the Invention is based on the object, a fuel injector to propose with a simply constructed control valve, with the short injection valve element closing times can be realized can. Preferably, the control valve for integration are in use in use common rail injectors.

Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.These Task is using a fuel injector with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are given in the subclaims. In the context of Invention fall all combinations of at least two of in the description, the claims and / or the Figures revealed features.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Steuerventilelement als 3/2-Wegeventil auszubilden, um somit in einer Schaltstellung des Steuerventilelementes die Steuerkammer über einen zusätzlich zur Zulaufdrossel vorgesehenen Rückfüllkanal rück zu befüllen, um somit den Rückfüllvorgang der Steuerkammer zu beschleunigen und in der Folge eine verkürzte Schließzeit des ein- oder mehrteiligen Einspritzventilelementes zu erzielen. Das Steuerventilelement des als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Steuerventils zeichnet sich erfindungsgemäß durch zwei Dichtflächen zum Zusammenwirken mit jeweils einem Steuerventilsitz aus, wobei die Dichtflächen an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten des Steuerventilelementes angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Dichtflächen ermöglicht – bei Bedarf – die Realisierung eines in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, vorzugsweise vollständig, druckausgeglichenen Steuerventils, welches bei Kraftstoff-Drücken jenseits von 1800 bar einsetzbar ist. Anders ausgedrückt wird ein Kraftstoff-Injektor mit einem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Steuerventil vorgeschlagen, dessen Dichtflächen zum jeweiligen Zusammenwirken mit einem Steuerventilsitz voneinander abgewandt sind, um hierdurch verkürzte Schaltzeiten und eine verbesserte Dynamik gegenüber Serien-Kraftstoff-Injektoren zu erzielen.Of the Invention is based on the idea, the control valve element as Form 3/2-way valve, thus in a switching position of Control valve element, the control chamber via an addition to Supply choke provided Rückfüllkanal back to to fill, so the Rückfüllvorgang the control chamber to accelerate and subsequently shortened Closing time of the one- or multi-part injection valve element to achieve. The control valve element of the designed as a 3/2-way valve Control valve is characterized by the invention two sealing surfaces for interaction with one each Control valve seat, the sealing surfaces at two from each other remote end faces of the control valve element are arranged. Such an arrangement of the sealing surfaces allows - at Demand - the realization of one in the axial direction, at least approximately, preferably completely, pressure-balanced Control valve, which at fuel pressures beyond of 1800 bar is usable. In other words, a Proposed fuel injector with a control valve designed as a 3/2-way valve, the sealing surfaces for respective interaction with a Control valve seat facing away from each other, thereby shortened switching times and improved dynamics over standard fuel injectors to achieve.

Wie eingangs angedeutet kann das Steuerventil – muss jedoch nicht zwingend – als in axialer Richtung, zumindest näherungsweise, vorzugsweise vollständig, druckausgeglichenes Steuerventil ausgebildet werden. Dies bedeutet, dass auf das Steuerventilelement in seinen beiden Schaltstellungen im Wesentlichen nur in radialer Richtung orientierte Kräfte wirken, wohingegen sich die in axiale Richtungen wirkenden Druckkräfte, zumindest näherungsweise, kompensieren. Der Vorteil der, zumindest näherungsweise, Druckausgeglichenheit in Axialrichtung besteht darin, dass insgesamt die auf das Steuerventilelement wirkenden Kräfte minimiert werden, wodurch kleinere Schließfedern und kleinere Aktuatoren, insbesondere elektromagnetische Aktuatoren, einsetzbar sind, wobei auch eine Ausführungsform mit piezoelektrischem Aktuator realisierbar ist. Die lediglich näherungsweise Druckausgeglichenheit in axialer Richtung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Durchmesser der ersten Dichtfläche, zumindest näherungsweise, dem Durchmesser der zweiten Dichtfläche entspricht bzw. dadurch, dass der Durchmesser des ersten Steuerventilsitzes dem Durchmesser des zweiten Steuerventilsitzes entspricht, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die Dichtflächendurchmesser zusätzlich einem Führungsdurchmesser des Steuerventilelementes entsprechen, mit dem das Steuerventilelement an seinem Außenumfang geführt ist. Je nach dem, wie weit zumindest einer der Dichtflächendurchmesser vom Führungsdurchmesser abweicht, kommt es zu einer öffnenden bzw. schließenden, vorzugsweise kleinen, Druckstufe.As indicated at the outset, the control valve can-but does not necessarily have to-be designed as a control valve that is pressure-balanced in the axial direction, at least approximately, preferably completely. This means that act on the control valve element in its two switching positions substantially only in the radial direction oriented forces, whereas the pressure forces acting in axial directions, at least approximately, compensate. The advantage of, at least approximately, pressure balance in the axial direction is that overall the forces acting on the control valve element forces are minimized, whereby smaller closing springs and smaller actuators, in particular electromagnetic actuators, can be used, wherein an embodiment with piezoelectric actuator can be realized. The only approximately pressure balance in the axial direction can be realized, for example, that the diameter of the first sealing surface, at least approximately, the diameter of the second sealing surface corresponds or in that the diameter of the first control valve seat corresponds to the diameter of the second control valve seat, and it is particularly preferred is, if the sealing surface diameter additionally correspond to a guide diameter of the control valve element, with which the control valve element is guided on its outer periphery. Depending on how far If at least one of the sealing surface diameters deviates from the guide diameter, an opening or closing, preferably small, compression stage occurs.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der die die erste Dichtfläche aufweisende erste Stirnseite des Steuerventilelementes auf einer dem ein- oder mehrteiligen Einspritzventilelement zugewandten, in axialer Richtung zeigenden Seite angeordnet ist und in der Folge die zweite Stirnseite von dem Einspritzventilelement abgewandt ist. Wie angedeutet, kann das Einspritzventilelement alternativ einteilig oder mehrteilig ausgebildet werden. Bei einer mehrteiligen Ausbildung des Einspritzventilelementes ist die Kombination einer Steuerstange mit einer Düsennadel bevorzugt, wobei die Steuerstange weiter bevorzugt unmittelbar stirnseitig die Steuerkammer in axialer Richtung begrenzt.All particularly preferred is an embodiment of the fuel injector, in which the first sealing face having the first end face the control valve element on a one-part or multi-part injection valve element facing, facing in the axial direction side is arranged and subsequently the second end face of the injection valve element turned away. As indicated, the injection valve element may alternatively be formed in one piece or multiple parts. In a multipart Formation of the injection valve element is the combination of a Control rod with a nozzle needle preferred, the Control rod more preferably immediately frontally the control chamber limited in the axial direction.

Die Ausbildung des Steuerventils als 3/2-Wegeventil ermöglicht es, zusätzlich zu der die Steuerkammer dauerhaft mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgenden Zulaufdrossel einen Rückfüllkanal vorzusehen, über den die Steuerkammer in einer der beiden Schaltstellungen des Steuerventilelementes rückbefüllt werden kann. Bevorzugt strömt der durch den Rückfüllkanal in Richtung Steuerkammer strömende Kraftstoff durch die Ablaufdrossel, durch welche Kraft stoff bei sich in der anderen Schaltstellung befindlichem Steuerventilelement zum Injektorrücklaufanschluss strömen kann.The Training the control valve as a 3/2-way valve allows it, in addition to the control chamber permanently under High-pressure fuel supplying inlet throttle a Rückfüllkanal provide over which the control chamber in one of the two Backfilled switch positions of the control valve element can be. Preferably flows through the backfilling channel in the direction of the control chamber flowing fuel through the Outflow throttle, by which force in itself in the other switching position located control valve element to injector return port can flow.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der das zwischen zwei Schaltstellungen verstellbare Steuerventilelement in der ersten Schaltstellung mit seiner ersten Dichtfläche am ersten Steuerventilsitz anliegt und in der zweiten Schaltstellung mit seiner zweiten, vorzugsweise von dem Einspritzventilelement abgewandten, Dichtfläche am zweiten Steuerventilsitz.Especially preferred is an embodiment of the fuel injector, when the adjustable between two switch positions control valve element in the first switching position with its first sealing surface abuts the first control valve seat and in the second switching position with its second, preferably from the injection valve element facing away, sealing surface on the second control valve seat.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Steuerventilelement von einem Ablaufkanal durchsetzt ist, durch den Kraftstoff in der ersten Schaltstellung des Steuerventils bis zu einem Injektorrücklaufanschluss strömen kann. Die hydraulische Verbindung zum Injektorrücklaufanschluss wird in der zweiten Schaltstellung bevorzugt unterbrochen.In Development of the invention is provided with advantage that the Control valve element is penetrated by a flow channel, through the fuel in the first switching position of the control valve until can flow to an injector return port. The hydraulic connection to the injector return port is preferably interrupted in the second switching position.

Bevorzugt ist es, wenn das Steuerventil in der zweiten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen dem Rückfüllkanal und der Steuerkammer freigibt. Bevorzugt mündet der Rückfüllkanal hierzu in eine Ventilkammer, die in der ersten Schaltstellung hydraulisch von einer aus der Steuerkammer ausmündenden Ablaufdrossel getrennt ist, durch die Kraftstoff in der zweiten Schaltstellung aus der Ventilkammer in die Steuerkammer strömen kann.Prefers it is when the control valve in the second switching position a hydraulic connection between the backfill channel and the control chamber releases. Preferably, the backfill channel opens for this purpose in a valve chamber, the hydraulic in the first switching position from a discharge opening out of the control chamber is separated by the fuel in the second switching position can flow from the valve chamber into the control chamber.

Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der der Ablaufkanal zentrisch innerhalb des Steuerventils angeordnet ist, um eine symmetrische Belastung des Steuerventilelementes zu erreichen.Especially it is expedient to use an embodiment in which the drainage channel is arranged centrally within the control valve is to achieve a symmetrical load of the control valve element.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der innerhalb des Steuerventilelementes befindliche Ablaufkanal in axialer Richtung mit der Ablaufdrossel fluchtet, durch die Kraftstoff, vorzugsweise in der ersten Schaltstellung des Steuerventils, aus der Steuerkammer in den Ablaufkanal strömen kann. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht auf einfache Weise die Integration des Steuerventils in bekannte, sich im Serieneinsatz befindliche Common-Rail-Injektoren, ohne dass es notwendig wäre, die Injektorkonstruktion vollständig umzustellen.Especially it is preferred if the located within the control valve element Flow channel in the axial direction with the outlet throttle is aligned, through the fuel, preferably in the first switching position of the control valve, from the control chamber can flow into the drainage channel. A Such embodiment allows for easy Way the integration of the control valve in known, in mass production common-rail injectors without it being necessary to completely change the injector design.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zum Verstellen des Steuerventilelementes zwischen seinen Schaltstellungen ein elektromagnetischer Aktuator vorgesehen ist, der bevorzugt mit einer fest mit dem Steuerventilelement verbundenen oder einstückig mit diesem ausgebildeten Ankerplatte zusammenwirkt. Bevorzugt ist der elektrische Aktuator derart angeordnet, dass das Steuerventilelement bei Bestromung in Richtung des Einspritzventilelementes, also in Richtung einer Düsenlochanordnung, durch die Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventilelement in den Brennraum strömen kann, verstellt wird.All Particularly preferred is an embodiment in which the Adjusting the control valve element between its switching positions an electromagnetic actuator is provided which preferably with one fixedly connected to the control valve element or in one piece cooperates with this trained anchor plate. Is preferred the electric actuator is arranged such that the control valve element when energized in the direction of the injection valve element, ie in Direction of a nozzle hole arrangement, through the fuel with the injector element open, into the combustion chamber can flow, is adjusted.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments as well as the drawing.

Diese zeigt in der einzigenThis shows in the only one

1 eine schematische, geschnittene Darstellung eines Kraftstoff-Injektors mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen, als 3/2 Wegeventil ausgebildeten Steuerventil. 1 a schematic sectional view of a fuel injector with a pressure-balanced in the axial direction, designed as a 3/2-way valve control valve.

In 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Versorgungskanal 6, welcher wiederum in einen Druckraum 7 (Hochdruckbereich) mündet. Der in den Druckraum 7 einströmende Kraftstoff strömt bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor 1 ist über einen Injektorrücklaufanschluss 8 an eine Rücklaufleitung 9 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 9 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.In 1 is a designed as a common-rail injector fuel injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of a likewise not shown internal combustion engine of a motor vehicle. A high pressure pump 2 Promotes fuel from a reservoir 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 is the fuel injector 1 in addition to other, not shown injectors via a supply line 5 connected. The supply line 5 flows into a supply channel 6 . which in turn in a pressure room 7 (High pressure area) opens. The in the pressure room 7 inflowing fuel flows during an injection process directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. The fuel injector 1 is via an injector return port 8th to a return line 9 connected. About the return line 9 may be a later to be explained control amount of fuel from the fuel injector 1 to the reservoir 3 drain and be fed from there from the high pressure circuit again.

Innerhalb eines Injektorkörpers 10 ist ein Einspritzventilelement 11 angeordnet. Dieses ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet und um fasst eine in der Zeichnungsebene obere Steuerstange 11a und eine mit dieser gekoppelte Düsennadel 11b. Die Düsennadel 11b ist innerhalb eines axial zum Injektorkörper 10 benachbarten Düsenkörpers 12 an ihrem Außenumfang geführt. Der nur ausschnittsweise dargestellte Düsenkörper 12 ist mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Injektorkörper 10 verspannt.Within an injector body 10 is an injection valve element 11 arranged. This is formed in several parts in the embodiment shown and to summarizes an upper in the plane of the control rod 11a and a nozzle needle coupled thereto 11b , The nozzle needle 11b is within an axial to the injector body 10 adjacent nozzle body 12 guided on its outer circumference. The only partially shown nozzle body 12 is by means of a union nut, not shown, with the injector body 10 braced.

Das Einspritzventilelement 11 weist an seiner Spitze 13 eine Schließfläche 14 (Dichtfläche) auf, mit welcher das Einspritzventilelement 11 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 12 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 15 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 11 an seinem Einspritzventilelementsitz 15 anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 16 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 15 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 7 in einen radial zwischen dem Einspritzventilelement 11 und dem Düsenkörper 12 ausgebildeten Ringraum 17 an dem Einspritzventilelementsitz 15 vorbei zur Düsenlochanordnung 16 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt werden.The injection valve element 11 points at its peak 13 a closing area 14 (Sealing surface), with which the injection valve element 11 in a tight contact with one inside the nozzle body 12 trained injection valve element seat 15 can be brought. When the injection valve element 11 at its injection valve element seat 15 is applied, that is, is in a closed position, the fuel outlet from a nozzle hole arrangement 16 blocked. On the other hand, is it from its injection valve element seat 15 lifted off, can fuel from the pressure chamber 7 in a radially between the injection valve element 11 and the nozzle body 12 trained annulus 17 at the injection valve element seat 15 over to the nozzle hole arrangement 16 flow and there are essentially injected under high pressure (rail pressure) standing in the combustion chamber.

Von einer oberen Stirnseite 18 des Einspritzventilelementes 11, genauer der Steuerstange 11a, und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 19 einer Drosselplatte 20 wird eine Steuerkammer 21 begrenzt, die über eine radial in den hülsenförmigen Abschnitt 19 der Drosselplatte 20 verlaufende Zulaufdrossel 22 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 7 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 19 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 21 ist radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, so dass ein ringförmiger Führungsspalt 23 zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 19 und dem Einspritzventilelement 11 vergleichsweise kraftstoffdicht ist.From an upper front side 18 the injection valve element 11 , more precisely, the control rod 11a , and a lower, sleeve-shaped section in the plane of the drawing 19 a throttle plate 20 becomes a control chamber 21 bounded by a radial in the sleeve-shaped section 19 the throttle plate 20 running inlet throttle 22 with high-pressure fuel from the pressure chamber 7 is supplied. The sleeve-shaped section 19 with enclosed control chamber 21 is radially outwardly surrounded by fuel under high pressure, so that an annular guide gap 23 between the sleeve-shaped section 19 and the injection valve element 11 is comparatively fuel-tight.

Die Steuerkammer 21 ist über einen konzentrisch zur Längsmittelachse 24 des Kraftstoff-Injektors 1 verlaufenden, eine Ablaufdrossel 25 aufweisenden Kanal 26 mit einer Ventilkammer 27 verbunden. Bei der Ventilkammer 27 handelt es sich um eine Ventilkammer 27 eines Steuerventils 28, mit Hilfe dessen die Steuerkammer 21 hydraulisch mit dem Injektorrücklaufanschluss 8 verbindbar ist.The control chamber 21 is about a concentric to the longitudinal center axis 24 of the fuel injector 1 extending, an outlet throttle 25 having channel 26 with a valve chamber 27 connected. At the valve chamber 27 it is a valve chamber 27 a control valve 28 , with the help of which the control chamber 21 hydraulically with the injector return port 8th is connectable.

In die Ventilkammer 27 mündet zudem ein Rückfüllkanal 29, der den Druckraum 7 hydraulisch mit der Ventilkammer 27 verbindet.In the valve chamber 27 also opens a backfill channel 29 that the pressure room 7 hydraulically with the valve chamber 27 combines.

Wie sich aus 1 weiter ergibt, handelt es sich bei dem Steuerventil 28 um ein 3/2 Wegeventil, dessen hülsenförmiges Steuerventilelement 30 zwischen einer unteren, ersten Schaltstellung und einer gezeigten, oberen, zweiten Schaltstellung axial verstellbar ist. In der gezeigten zweiten Schaltstellung liegt das Steuerventilelement 30 mit einer zweiten Dichtfläche 31 an einem zweiten Steuerventilsitz 32 an. Die zweite Dichtfläche 31 ist dabei an einer zweiten, von dem Einspritzventilelement 11 abgewandten Stirnseite 33 des Steuerventilelementes 30 angeordnet. Der zweite Steuerventilsitz 32 befindet sich an einer Deckelfläche 34 eines wannenförmigen Einsatzteils 35, welches mittels einer Spannmutter 36 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten gegen ein Führungsteil 37 verspannt ist, welches wiederum gegen die Drosselplatte 20 verspannt ist, die auf einer inneren Ringschulter 38 des Injektorkörpers 10 aufliegt. Wie erwähnt, ist in der gezeigten, zweiten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen der Steuerkammer 21 und dem Injektorrücklaufanschluss 8 unterbrochen. Gleichzeitig ist eine hydraulische Verbindung zwischen dem Rückfüllkanal 29 und der Steuerkammer 21 freigegeben, so dass Kraftstoff über den Rückfüllkanal 29, die Ventilkammer 27 und den Kanal 26 mit Ablaufdrossel 25 in die Steuerkammer 21 strömen und somit für eine schnellere Rückbefüllung sorgen kann.As it turned out 1 further, it is the control valve 28 around a 3/2 way valve whose sleeve-shaped control valve element 30 between a lower, first switching position and a shown, upper, second switching position is axially adjustable. In the second switching position shown, the control valve element is located 30 with a second sealing surface 31 at a second control valve seat 32 at. The second sealing surface 31 is at a second, from the injection valve element 11 opposite end face 33 the control valve element 30 arranged. The second control valve seat 32 is located on a lid surface 34 a trough-shaped insert 35 , which by means of a clamping nut 36 in the axial direction in the plane of the drawing down against a guide part 37 is clamped, which in turn against the throttle plate 20 is tense on an inner ring shoulder 38 of the injector body 10 rests. As mentioned, in the second switching position shown, there is a hydraulic connection between the control chamber 21 and the injector return port 8th interrupted. At the same time there is a hydraulic connection between the backfill channel 29 and the control chamber 21 Released, leaving fuel over the backfill channel 29 , the valve chamber 27 and the channel 26 with outlet throttle 25 in the control chamber 21 flow and thus can provide for a faster refilling.

In der ersten, nicht dargestellten, unteren Schaltstellung liegt das Steuerventilelement 30 mit einer ersten, unteren Dichtfläche 39 an einem ersten Steuerventilsitz 40 an, der an der Drosselplatte 20 ausgebildet ist und sich innerhalb der Ventilkammer 27 befindet. Wie sich ohne weiteres aus 1 ergibt, befindet sich die erste Dichtfläche 39 an einer ersten Stirnseite 41 des Steuerventilelementes 30, die dem Einspritzventilelement 11 zugewandt ist. Bei in der ersten Schaltstellung befindlichem Steuerventilelement 30 kann Kraftstoff unter (zentrischer) Umgehung der Ventilkammer 27 unmittelbar in einen in axialer Richtung innerhalb des Steuerventilelementes 30 verlaufenden Ablaufkanal 42, der koaxial zur Längsmittelachse 24 angeordnet ist und in axialer Richtung mit dem Kanal 26 fluchtet, zum zweiten Steuerventilsitz 32 und zwischen der zweiten Dichtfläche 31 und dem zweiten Steuerventilsitz 32 vorbei in eine Ankerplattenkammer 43 (Niederdruckbereich) strömen und von dort aus über einen Axialkanal 44 zum Injektorrücklaufanschluss 8. Wie sich aus 1 ergibt, mündet der Ablaufkanal 42 in eine innerhalb des Steuerventilelementes 30 ausgebildete Kammer 45, deren oberer Durchmesser dem Durchmesser der zweiten Dichtfläche 31 entspricht.In the first, not shown, lower switching position is the control valve element 30 with a first, lower sealing surface 39 at a first control valve seat 40 at the throttle plate 20 is formed and located inside the valve chamber 27 located. As it turns out 1 results, there is the first sealing surface 39 on a first front side 41 the control valve element 30 that the injection valve element 11 is facing. When located in the first switching position control valve element 30 can fuel under (centric) bypass the valve chamber 27 directly in an axial direction within the control valve element 30 running drainage channel 42 coaxial with the longitudinal center axis 24 is arranged and in the axial direction with the channel 26 Aligns to the second control valve seat 32 and between the second sealing surface 31 and the second control valve seat 32 over into an anchor plate chamber 43 (Low pressure area) flow and from there via an axial channel 44 to the injector return port 8th , As it turned out 1 results, the flow channel opens 42 into one within the control valve element 30 trained chamber 45 whose upper diameter corresponds to the diameter of the second sealing surface 31 equivalent.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Durchmesser der ersten Dichtfläche 39 dem Durchmesser der zweiten Dichtfläche 31, wobei die Dichtflächendurchmesser wiederum dem Durchmesser des Steuerventilelementes 30 in einem Führungsabschnitt 46 entsprechen, in dem das Steuerventilelement 30 an seinem Außenumfang in einer zentrischen Bohrung 47 des Führungsteils 37 geführt ist. Hierdurch ist das Steuerventil 28 in beiden Schaltstellungen in axialer Richtung druckausgeglichen. Weichen die Dichtflächendurchmesser geringfügig voneinander ab, ist das Steuerventilelement 30 nur noch näherungsweise druckausgeglichen und weist eine schließende oder öffnende Druckstufe auf. Für den Fall, dass die Dichtflächendurchmesser stark voneinander abweichen, kann nicht von einer axialen Druckausgeglichenheit gesprochen werden.In the embodiment shown, the diameter of the first sealing surface corresponds 39 the diameter of the second sealing surface 31 , wherein the sealing surface diameter in turn the diameter of the control valve element 30 in a guide section 46 correspond, in which the control valve element 30 on its outer circumference in a centric bore 47 of the leadership part 37 is guided. This is the control valve 28 pressure balanced in both switching positions in the axial direction. If the sealing surface diameters deviate slightly from each other, this is the control valve element 30 only approximately pressure-balanced and has a closing or opening pressure stage. In the event that the sealing surface diameters differ greatly, it can not be said that there is an axial pressure balance.

Wie sich weiter aus 1 ergibt, ist zum Verstellen des Steuerventilelementes 30 ein elektromagnetischer Aktuator 48 mit Spule 52 vorgesehen. Der elektromagnetische Aktuator 48 befindet sich in einem Bereich axial zwischen einer einstückig mit dem Steuerventilelement 30 ausgebildeten Ankerplatte 49 und dem Einspritzventilelement 11. An der Ankerplatte 49 stützt sich eine Schließfeder 50 ab, die sich in axialer Richtung bis in einen Bereich radial zwischen dem Aktuator 48 und einem die Bohrung 47 aufweisenden Fortsatz 51 des Führungsteils 37 fortsetzt. Die Schließfeder 50 stützt sich auf der von der Ankerplatte 49 abgewandten Seite am Führungsteil 37 ab und beaufschlagt das Steuerventilelement 30 mit einer Federkraft in eine von dem Einspritzventilelement 11 abgewandte Richtung hin auf den zweiten Steuerventilsitz 32. Zum Verstellen des Steuerventilelementes 30 auf seinen ersten Steuerventilsitz 40 wird die Spule 52 des Aktuators 48 bestromt, wodurch das Steuerventilelement 30 hin zum Einspritzventilelement 11 verstellt wird.How to get out 1 results, is to adjust the control valve element 30 an electromagnetic actuator 48 with coil 52 intended. The electromagnetic actuator 48 is located in an area axially between an integral with the control valve element 30 trained anchor plate 49 and the injection valve element 11 , At the anchor plate 49 supports a closing spring 50 extending in the axial direction to a region radially between the actuator 48 and one the bore 47 having extension 51 of the leadership part 37 continues. The closing spring 50 relies on the anchor plate 49 opposite side on the guide part 37 from and acts on the control valve element 30 with a spring force in one of the injection valve element 11 turned away towards the second control valve seat 32 , For adjusting the control valve element 30 on his first control valve seat 40 becomes the coil 52 of the actuator 48 energized, causing the control valve element 30 towards the injection valve element 11 is adjusted.

Zum Starten eines Einspritzvorgangs wird der elektromagnetische Aktuator 48 bestromt, so dass das Steuerventilelement 30 auf den ersten Steuerventilsitz 40, also in die erste Schaltstellung, verstellt wird. Hierdurch kann Kraftstoff über den Kanal 26, durch die Ablaufdrossel 25 und den zentrischen Ablaufkanal 42 zum Injektorrücklaufanschluss 8 strömen. Die Querschnitte der Ablaufdrossel 25 und der Zulaufdrossel 22 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass ein Netto abfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 21 resultiert, mit der Folge, dass das Einspritzventilelement 11 von seinem Einspritzventilelementsitz 15 abhebt und Kraftstoff in den Brennraum strömen kann. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 48 unterbrochen. Das Steuerventilelement 30 wird durch die Federkraft der Schließfeder 50 in die zweite Schaltstellung, d. h. an den zweiten Steuerventilsitz 32, verstellt, so dass der Kraftstoff durch den Ablaufkanal 42 nur noch bis in die Kammer 45, nicht jedoch weiter zum Injektorrücklaufanschluss 8 strömen kann. Gleichzeitig wird die hydraulische Verbindung zwischen dem Rückfüllkanal 29 über die Ventilkammer 27 und den Kanal 26 in die Steuerkammer 21 freigegeben, so dass diese gleichzeitig über die Zulaufdrossel 22 und den Rückfüllkanal 29 rückbefüllt wird, mit der Folge, dass der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 21 rapide ansteigt und das Einspritzventilelement 11 auf seinem Einspritzventilelementsitz 15 zurückbewegt wird, wodurch die Düsenlochanordnung 16 geschlossen wird.To start an injection process, the electromagnetic actuator 48 energized, so that the control valve element 30 on the first control valve seat 40 , ie in the first switching position, is adjusted. This allows fuel through the channel 26 , through the outlet throttle 25 and the centric drainage channel 42 to the injector return port 8th stream. The cross sections of the outlet throttle 25 and the inlet throttle 22 are coordinated so that a net outflow of fuel (tax amount) from the control chamber 21 results, with the result that the injection valve element 11 from its injection valve element seat 15 takes off and fuel can flow into the combustion chamber. To stop the injection process, the energization of the electromagnetic actuator 48 interrupted. The control valve element 30 is due to the spring force of the closing spring 50 in the second switching position, ie to the second control valve seat 32 , adjusted so that the fuel through the drainage channel 42 only up to the chamber 45 , but not to the injector return port 8th can flow. At the same time, the hydraulic connection between the Rückfüllkanal 29 over the valve chamber 27 and the channel 26 in the control chamber 21 released so that these simultaneously via the inlet throttle 22 and the backfill channel 29 is refilled, with the result that the fuel pressure in the control chamber 21 increases rapidly and the injection valve element 11 on its injection valve element seat 15 is moved back, whereby the nozzle hole arrangement 16 is closed.

Bei der in 1 dargestellten Kraftstoff-Injektor-Bauform handelt es sich um einen so genannten koaxialen Aufbau. Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der das Steuerventil 28 versetzt, d. h. nicht koaxial zur Längsmittelachse 24 angeordnet ist.At the in 1 illustrated fuel injector design is a so-called coaxial structure. It is also an embodiment conceivable in which the control valve 28 offset, ie not coaxial with the longitudinal center axis 24 is arranged.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind beide Steuerventilsitze 40, 32 als Flachsitze ausgeführt. Selbstverständlich können als Steuerventilsitze 40, 32 andere, an sich bekannte Sitzformen, wie Kugelsitze, Innenkegel- oder Außenkegelsitze, realisiert werden.In the embodiment according to 1 Both are control valve seats 40 . 32 designed as flat seats. Of course, as control valve seats 40 . 32 other, known per se seat shapes, such as ball seats, inner cone or outer tapered seats, be realized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006060593 A1 [0003]

Claims

Fuel injector, in particular a common-rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, having a function of the fuel pressure in a control chamber ( 21 ) between a closed position and a fuel flow into the combustion chamber releasing opening position adjustable injection valve element ( 11 ) and with a control chamber ( 21 ) and a control valve element ( 30 ) having control valve ( 28 ), wherein at the control valve element ( 30 ) at a first end face ( 41 ) a first sealing surface ( 39 ) for cooperation with a first control valve seat ( 40 ), characterized in that the control valve ( 28 ) is designed as a 3/2-way valve and that the control valve element ( 30 ) of the control valve ( 28 ) at one of the first end face ( 41 ) facing away from the second end face ( 33 ) a second sealing surface ( 31 ) for cooperation with a second control valve seat ( 32 ) having.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the control valve ( 28 ) is in the axial direction, at least approximately, pressure balanced.

Fuel injector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first end face ( 41 ) of the control valve element ( 30 ) the one- or multi-part injection valve element ( 11 ) and the second end face ( 33 ) from the injection valve element ( 11 ) is turned away.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control chamber ( 21 ) permanently via an inlet throttle ( 22 ) and in a switching position of the control valve element ( 30 ) via a backfilling channel ( 29 ) is refillable with fuel under high pressure.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve element ( 30 ) in a first switching position with its first sealing surface ( 39 ) at the first control valve seat ( 40 ) and in a second switching position with its second sealing surface ( 31 ) at the second control valve seat ( 32 ).

Fuel injector according to claim 5, characterized in that an axially through the control valve element ( 30 ) running drainage channel ( 42 ) is provided by the fuel at befindlichem in the first switching position control valve element ( 30 ) to an injector return port ( 8th ) can flow.

Fuel injector according to one of claims 5 or 6, characterized in that in the second switching position, a hydraulic connection between the Rückfüllkanal ( 29 ) and the control chamber ( 21 ), preferably via a valve chamber ( 27 ), is released.

Fuel injector according to one of claims 6 or 7, characterized in that the flow channel ( 42 ) centrally within the control valve ( 28 ), preferably coaxially to a longitudinal central axis ( 24 ) of the fuel injector ( 1 ), runs.

Fuel injector according to one of claims 6 to 8, characterized in that the flow channel ( 42 ) in the axial direction with an outlet throttle ( 25 ), through the fuel from the control chamber ( 21 ) can escape, is aligned.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that for adjusting the control valve element ( 30 ), preferably in the direction of the injection valve element ( 11 ), an electromagnetic actuator ( 48 ) is provided.