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WO2007017335A1 - Geteiltes einspritzventilglied mit doppelsitz - Google Patents

Geteiltes einspritzventilglied mit doppelsitz Download PDF

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Publication number
WO2007017335A1
WO2007017335A1 PCT/EP2006/064136 EP2006064136W WO2007017335A1 WO 2007017335 A1 WO2007017335 A1 WO 2007017335A1 EP 2006064136 W EP2006064136 W EP 2006064136W WO 2007017335 A1 WO2007017335 A1 WO 2007017335A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
seat
pressure
outer part
inner part
valve member
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/064136
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Wengert
Thomas Pauer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP06764141A priority Critical patent/EP1915525B1/de
Publication of WO2007017335A1 publication Critical patent/WO2007017335A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a split injection valve member with double seat for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine according to the O-berbegriffes of claim 1.
  • the fuel injector for use on internal combustion engines comprises a valve needle and a valve needle and this and their pressure chamber in an axial bore with a partially dense radial guide receiving hollow needle.
  • the valve needle and the hollow needle are actuated by the supplied fuel, contrary to the flow direction of the fuel, in the opening direction and loaded by at least one closing spring.
  • the pressure chamber of the valve needle is always connected to an arranged between the valve body and hollow needle pressure chamber of the hollow needle.
  • the hollow needle and the valve needle each control an injection point with at least one injection opening each, wherein the injection points can be opened one after the other and depending on the pressure of the supplied fuel.
  • Both needles are loaded by only one closing spring, which acts at least indirectly on the valve needle and this presses on a seat in the hollow needle and thus provides the hollow needle to a seat in the nozzle body. From a first low fuel pressure first lifts the hollow needle to a stop from its seat, the first injection point is turned on. In this case, the internally guided valve needle is taken, which is moved from a second higher fuel pressure alone against the closing spring and thus alsberichtt the second injection point.
  • US 5,458,292 shows a fuel injector with a multipart injection valve member.
  • An internal part of the multi-part injection valve member is guided in an outer injection valve member part.
  • a pressure chamber of the outer injection valve member is acted upon by high-pressure fuel. From this pressure chamber of the outer injection valve member part, the fuel flows to a pressure chamber acting on the inner injection valve member.
  • the preferably needle-shaped injection valve member directly from the actuator such. a piezoelectric actuator
  • the actuator such. a piezoelectric actuator
  • the needle opening force results from the product of pressure and the area formed by the needle seat.
  • the seat diameter must be reduced at the same system pressure. The reduction in the seat diameter of fuel injectors used today on the nozzle body is only limited possible manufacturing and functional considerations.
  • the present invention is therefore based on the object to reduce fuel injectors with dirketer needle control, the force required to actuate the injection valve member.
  • the opening of a multi-part injection valve member takes place in two steps.
  • the multi-part injection valve member preferably comprises an inner part, which is axially guided in an outer part of the multi-part injection valve member.
  • a pressure chamber which is acted upon by fuel under system pressure, is always in fluid communication with a further pressure chamber which is assigned to the inner part of the multipart injection valve member.
  • the system pressure prevailing in the pressure chamber thus always acts on the pressure chamber, which is assigned to the inner part of the multipart injection valve member.
  • Inner part and outer part of the multi-part injection valve member are designed so that the inner part of the multi-part injection valve member at the brennraumsei- term end has a seat whose seat diameter is smaller than the seat diameter of the seat of the outer part of the multi-part injection valve member at the combustion chamber end.
  • a pressure builds up in the opening direction below the seat of the outer part of the multipart injection valve member. This pressure acts on the inner part of the multi-part injection valve member and causes its movement in the opening direction until the inner part of the multi-part injection valve member has undergone a stroke. After passage of the stroke is opened by, for example, a mechanical driver, the outer part of the multi-part injection valve member.
  • the pressure building up after opening the inner part of the multipart injection valve member below the injection opening pressure is thus used to open the outer part of the multipart injection valve member and allows the reduction of the opening force, which is applied by the actuator of the fuel injector. It is possible to couple the inner part and the outer part of the multi-part injection valve member by means of a mechanical driver, or to bring about the coupling between the inner part and outer part of the multi-part injection valve member by hydraulic means.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the nozzle body with inner part and outer part of the multi-part injection valve member, which are coupled together via a mechanical driver,
  • FIG. 3 is an enlarged view of the combustion chamber end of the fuel injector as shown in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the fuel injector proposed according to the invention, -A-
  • FIG. 5 shows a cross section through the fuel injector according to FIG. 4, showing the nozzle body, the inner part and the outer part of a multipart injection valve member, which are hydraulically coupled to one another,
  • FIG. 6 is an enlarged view of the combustion chamber end of the fuel injector according to the representation in Figure 4,
  • FIGS. 6.1, 6.2 and 6.3 variants of embodiment of needle-shaped injection valve members
  • FIG. 7 shows a seat geometry with a continuous pointed cone
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the fuel injector proposed according to the invention.
  • a fuel injector 10 which is acted upon by a high-pressure source (not shown in detail in FIG. 1), such as a high-pressure reservoir or a high-pressure pump, surrounds this body 12.
  • a high-pressure source such as a high-pressure reservoir or a high-pressure pump
  • a multipart injection valve member 14 is housed, which has an inner part 16 and a Outer part 18 includes.
  • the outer part 18 of the multipart injection valve member 14 is guided on the inner part 16.
  • a first pressure chamber 20 is formed, in which system pressure p D prevails.
  • a spring element 22 At the inner part 16 of the multipart injection valve member 14 is a spring element 22.
  • At the periphery of the inner part 16 of the multi-part injection valve member 14 is at least one longitudinal groove 24; the axis of symmetry of the multipart injection valve member 14 is indicated by reference numeral 26.
  • the inner part 16 and the outer part 18 of the multi-part injection valve 14 are mechanically coupled by means of a driver 28.
  • the driver 28 is attached to an inner peripheral surface of the outer part 18 and surrounds a pin 44 of the inner part 16 of the multi-part injection valve member 14th
  • FIG. 2 shows a cross section through the combustion chamber side area of the fuel injector according to the exemplary embodiment in FIG. 1 according to section line II-II.
  • the first pressure chamber 20 is shown in a circular shape in FIG.
  • the first pressure chamber 20 encloses the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14.
  • the pin 44 is enclosed by the driver 28, which is fixedly connected to the inner peripheral surface of the outer part 18 of the multi-part injection valve member, such. cohesively joined.
  • the driver 28 is formed sickle-shaped.
  • this could also have a semicircular or another contour familiar to the person skilled in the art, e.g. the driver 28 may be made of two half-shells. To ensure the mechanical coupling via the driver 28, this is firmly connected to the outer part 18 of the multipart injection valve member 14.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the combustion chamber end of the fuel injector as shown in FIG.
  • the multipart injection valve member 14 which is surrounded by the first pressure chamber 20, comprises the inner part 16 with the pin 44, on which the outer part 18 is guided in a guide section 48.
  • the stroke, which must be covered by the inner part 16 of the multi-part injection valve member 14 in the opening direction in order to open the outer part 18, is indicated by reference numeral 30.
  • the mechanical carrier 28, which can be formed in a crescent-shaped cross-section as shown in FIG. 2, is e.g. cohesively connected to the peripheral surface of the outer part 18.
  • the mode of operation of the fuel injector proposed according to the invention is as follows:
  • the second pressure chamber 34 is defined by the outer contour of the inner part 16 and the inner contour of the outer Part 18 defines.
  • the number of inlet bores 32 in the outer part 18 can be chosen arbitrarily, taking into account strength reasons.
  • the inner part 16 includes a first pressure stage 36 and a second pressure stage 38. At the combustion chamber end of the inner part 16 is a seat 40 of the inner part 16 in the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14.
  • the seat diameter of the seat 40 of the inner part 16 is denoted by d] .
  • the seat 40 of the inner part 16 is located on a bore 52 which is formed at the combustion chamber end of the outer part 18.
  • the bore diameter of the bore 52 is designated by d B.
  • the outer part 18 has a seat 42 whose diameter is denoted by d 2 .
  • the inner part 16 is placed in its seat 40 in the outer part 18 and the outer part 18 of the multipart injection valve member 14 is placed in its seat 42 in the nozzle body 12.
  • the opening into the combustion chamber 54 of the internal combustion engine Einspritzöff- openings 46 are therefore closed.
  • the opening of the multi-part injection valve member 14 with the inner part 16 and the outer part 18 proceeds as follows:
  • the force acting on the inner part 16 opening force is generated by the formed on the inner part 16 first pressure stage 36 and formed on the inner part 16 second pressure stage 38.
  • the seat 40 released after the opening of the inner part 16 very small injection quantities are injected into the combustion chamber 54 via the injection bores 46.
  • the pressure p s builds up. Upon further opening of the inner part 16, this passes through the stroke 30 and pulls the outer needle member 18 at stop on the driver 28. This is to open the outer part 18, a reduced power requirement needed, which is applied by the actuator.
  • the reduced power requirement results from the differential pressure between the pressure in the nozzle body p D and the pressure in front of the injection openings 46 p s multiplied by the residual area of the diameter d 2 of the seat 42 of the outer part 18 minus the diameter of the bore 52 for the seat 40 of the inner part 16. Accordingly, after opening the inner part 16 in the combustion chamber end of the nozzle body 12 below the outer part 18 building pressure for opening the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14 is used. This allows a smaller dimming of the actuator, since the opening force required for opening the multi-part injection valve member 14 is significantly reduced by the solution proposed by the invention.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the fuel injector proposed according to the invention with a multipart injection valve member.
  • the multipart injection valve member 14 also includes an inner part 16 and an outer part 18, which, however, in contrast to the exemplary embodiment of Figure 1 are not mechanically but hydraulically coupled together.
  • the inner part is designed to be divided and comprises a first part 16.1 and a second part 16.2.
  • the first part 16.1 is traversed by a connecting channel 70 which opens above an end face 72 (FIG. 6) of the second part 16.2 of the inner part.
  • the first pressure chamber 20 is executed, with reference numeral 46 are formed at the combustion chamber end of the nozzle body 12 injection openings.
  • FIG. 5 shows a cross-section according to the sectional profile V-V shown in FIG.
  • first part 16. 1 is completely enclosed by the outer part 18 of the multipart injection valve member.
  • Reference numeral 70 designates the connecting channel passing through the first part 16.1.
  • the outer part 18 of the multipart injection valve member is enclosed by the first pressure chamber 20 which is bounded by the nozzle body 12.
  • FIG. 6 shows the combustion-chamber-side end of the exemplary embodiment according to FIG. 4 in an enlarged representation.
  • the inner part 16 of the multi-part injection valve member 14 comprises a first part 16.1 with a connecting bore 70 and a separate second part 16.2 thereof. Both the first part 16.1 and the second part 16.2 of the split-shaped inner part 16 are enclosed by the outer part 18.
  • the connecting channel 70 of the first part 16.1. opens above an end face 72 of the second part 16.2.
  • the prevailing in the first pressure chamber 20 system pressure p D acts via inlet openings 32 in a second pressure chamber 34.
  • the second pressure chamber 34 is defined by the contour of the second part 16.2 and the inner contour of the outer part 18.
  • the first pressure chamber 20 and the second pressure chamber 34 are always in fluid communication with each other, so that in both pressure chambers 20, 34 system pressure p D is always present.
  • the seat 40 of the second part 16. 2 of the inner part 16 is formed in the outer part 18.
  • the seat of the second part 16.2 in the outer part 18 has the diameter d].
  • the bore 52, on which the seat 40 of the second part 16.2 of the inner part 16 is formed, is embodied in a diameter d B.
  • Below the end of the outer part 18 a plurality of injection openings 46 are shown, which are distributed approximately in a star shape and allow a uniform injection of fuel into the combustion chamber 54 of the internal combustion engine.
  • the seat 42 of the outer part 18 in the nozzle body 12 has a diameter d 2 .
  • both the seat 40 of the second part 16.2 of the inner part 16 and the seat 42 of the outer part 18 of the multipart injection valve member 14 are closed.
  • the applied in the second pressure chamber 34 pressure p D acts on the first pressure stage 36 and the second pressure stage 38 of the second part 16.2 of the inner part 16.
  • the end face 72 of the second part 16.2 of the inner part 16 is controlled by prevailing in the control chamber 16 of the fuel injector 10 pressure p r acted upon. If the second part 16.2 of the inner part 16 opens in the opening direction, the seat 40 of the second part 16.2 is opened, so that a small injection quantity can be injected into the combustion chamber 54 via the injection openings 46. Before the injection openings 46, a pressure p s builds up below the still closed seat 42 of the outer part 18 of the multipart injection valve member. The second part 16.2 continues to open until its end face 72 has passed through the stroke 30. In the connecting channel 70 prevails in the control chamber 13 respectively applied pressure p Steue r
  • FIG. 6.1 shows a multipart injection valve member 14, the inner part 16 of which is designed in several parts and comprises the first part 16.1 and the second part 16.2.
  • a press fit is performed between the first part 16.1 and the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14, so that only the second part 16.2 of the inner part 16 is movable relative to the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14.
  • the first pressure chamber 20 and the second pressure chamber 34 communicate via the at least two inlet bores 32, which are mounted on an outer axis 18 on an axis of symmetry 50.
  • a first pressure stage 36 and a second pressure stage 38 are executed on the second part 16.2 of the inner part 16.
  • the seat 40 for the second part 16.2 of the inner part 16 is shown in the closed position; the seat 42 of the outer member 18 in the nozzle body 12 of the fuel injector 10 is also closed.
  • the seat 42 of the outer part 18 On the outer part 18 of the multipart injection valve member 14 is a bore 52 which is formed in the bore diameter d B.
  • injection openings 46 which may be arranged in a star shape with respect to the axis of symmetry 26 and via which the fuel is injected into the combustion chamber 54 of the internal combustion engine.
  • FIG. 6.2 shows a further embodiment variant of an injection valve member.
  • the inner part 16 of the multi-part injection valve member 14 is integrally formed.
  • the passage 70 shown in the embodiment of Figure 6 and an end face which can be pressurized by the control chamber, are omitted.
  • the one-piece injection valve member 14 has an inner part 16, but in one piece, and an outer part 18.
  • a second pressure chamber 34 within the outer part 18 of the multipart injection valve member 14 is in contact with the first via the inlet bores 32 Pressure chamber 20 in conjunction.
  • the inlet bores 32 are located on the axis of symmetry 50 with respect to the outer part 18.
  • the pressure level b d prevails while the pressure before the Einspritzöffhungen is indicated with p s .
  • the bore 52 at the combustion chamber-side end of the outer part 18 is designed in diameter d B and, in the illustration according to FIG. 6.2, is closed by the seat 40 of the inner part 16 at the diameter d1.
  • the seat 42 of the outer part 18 in the nozzle body 12 (see diameter d 2 ) is also closed.
  • the seat 42 separates the area in the nozzle pressure prevails p D of the area in which the pressure level p s prevails.
  • the injection openings 46 extend as fine channels at the end of the nozzle body 12 at the combustion chamber end and are arranged, for example, in a star shape with respect to the symmetry axis 26 in the nozzle body 12.
  • the illustration according to Figure 6.3 shows a further embodiment of a multi-part injection valve member whose inner part is formed in several parts and has a first part 16.1 and a second part 16.2.
  • the end face 72 of the second part 16.2 of the multi-part inner part 16 is acted upon via the connecting channel 70 with the pressure prevailing in the control chamber 13.
  • the inner part 16.2 is movably arranged with respect to the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14. Via a hydraulic coupling according to this embodiment is given by the connecting channel 70, with which the pressure prevailing in the control chamber 13 pressure level is transmitted to the end face 72 of the second part 16.2 of the multi-part inner part 16.
  • both the seat 40 (see seat diameter d]) and the seat 42 of the outer part 18 (see seat diameter d 2 ) are closed.
  • the bore 52 extends at the combustion chamber end of the outer part 18 in the embodiment of FIG 6.3 funnel-shaped and has a continuously - with respect to the combustion chamber end of the outer part 18 - narrowing diameter.
  • FIGS. 7, 8 and 9 show different seat geometries of a multipart injection valve member 14.
  • the inner part 16 of a multi-part injection valve member 14 shown in FIG. 7, be it a one-piece inner part 16 or a second part 16. 2 of a multi-part inner part, has a pointed cone which, at its seat diameter d 1, rests against its seat 40 on the inside of the outer part 18 is applied.
  • the seat 42 of the outer part 18 in turn has the seat diameter d 2 and is closed in the illustration according to FIG. 7, so that the injection openings extending at the combustion chamber end of the nozzle body 12 are all separated from the region in which the nozzle pressure p D prevails.
  • a stepped conical region is formed at the combustion chamber end of the inner part 16 or a second part 16. 2 of a split inner part 16, at which the seat diameter d] prevails at the separation of the conical regions
  • the bore 52 at the combustion chamber end of the outer part 18 of the multi-part injection valve member 14 extends in a constant diameter d B ; the seat diameter of the seat 40 is indicated d], the seat diameter of the seat 42 of the outer part 18 in the nozzle body 12 is designated by the diameter d 2 .
  • the seat 42 which is in the closed state, separates the area in which the nozzle pressure p D prevails from the area in which the system pressure p s prevails.
  • the injection openings 26 may extend approximately star-shaped at the combustion chamber end of the nozzle body 12.
  • FIG. 9 shows a further embodiment variant of a nozzle seat geometry in which an integrally formed inner part 16 or the second part 16.2 of a multipart interior part 16 are placed in the seat 40 of the outer part 18 of the multipart injection valve member 14.
  • the bore 52 which is formed in the embodiment shown in Figure 9 in constant diameter d B.
  • system pressure p s prevails, which is separated by the closed seat 42 from the region in which the nozzle pressure p D prevails.
  • the seat geometry according to FIG. 9 has a uniform course at the tip of the one-piece inner part 16 and the second part 16.2 of the multi-part inner part 16.
  • the tip cone is placed in its seat 40, which adjusts itself at the inlet into the bore 52 in the outer part 18 of the multipart injection valve member 14. Due to the closed seat 42 of the outer part 18, the region in which the nozzle pressure p D prevails and the region in the system pressure p s prevails, so that no fuel flows beyond the fuel injector in the nozzle body relative to the axis of symmetry 26 of the fuel injector star-shaped injection openings 46 is injected into the combustion chamber 54. Bezues Lake No.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (10) mit einem mehrteiligen Einspritzventilglied (14) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (54) einer Verbrennungskraftmaschine. Das mehrteilige Einspritzventilglied (14) umfasst ein Außenteil (18), welches von einem ersten Druckraum (20) druckbeaufschlagt ist und mindestens einem Innenteil (16; 16.1, 16.2), welches von einem zweiten Druckraum (34) druckbeaufschlagt ist. Das mindestens eine Innenteil (16; 16.1, 16.2) weist mindestens eine Druckstufe (36, 38) und einen Sitz (409 im Außenteil (18) auf. Ein Sitz (42) des Außenteiles (18) ist im Düsenkörper (12) ausgebildet. Nach dem Öffnen des Sitzes (40) des mindestens einen Innenteiles (16; 16.1 und 16.2) im Außenteil, ist die Öffnungskraft des Außenteiles (18) abhängig vom Produkt einer Druckdifferenz Δp zwischen Systemdruck pD und einem Druck pS vor den Einspritzöffnungen (46) mit einer Flächendifferenz zwischen Sitzfläche des Sitzes (42) des Außenteiles (18) abzüglich einer Bohrungsfläche einer Bohrung (52) für den Sitz (40) des mindestens einen Innenteiles (16; 16.1, 16.2) reduziert.

Description

Geteiltes Einspritzventilglied mit Doppelsitz
Die Erfindung bezieht sich auf ein geteiltes Einspritzventilglied mit Doppelsitz zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß des O- berbegriffes des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
DE 31 13 475 Al bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse. Die Kraftstoffeinspritzdüse zum Einsatz an Verbrennungskraftmaschinen umfasst eine Ventilnadel und eine diese sowie deren Druckraum in einer Axialbohrung mit einer abschnittsweise dichten Radialführung aufnehmenden Hohlnadel. Die Ventilnadel und die Hohlnadel werden durch den zugeführten Kraftstoff, entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs, in Öffnungsrichtung betätigt und durch mindestens eine Schließfeder belastet. Der Druckraum der Ventilnadel ist mit einem zwischen Ventilkörper und Hohlnadel angeordneten Druckraum der Hohlnadel stets verbunden. Die Hohlnadel und die Ventilnadel steuern je eine Einspritzstelle mit mindestens je einer Spritzöffnung, wobei die Einspritzstellen nacheinander und abhängig vom Druck des zugeführten Kraftstoffs aufsteuerbar sind. Beide Nadeln sind durch nur eine Schließfeder belastet, die mindestens mittelbar an der Ventilnadel angreift und diese auf einen Sitz in der Hohlnadel presst und damit die Hohlnadel auf einen Sitz im Düsenkörper stellt. Ab einem ersten niedrigen Kraftstoffdruck hebt zuerst die Hohlnadel bis zu einem Anschlag von ihrem Sitz ab, wobei die erste Spritzstelle aufgesteuert wird. Dabei wird die innenliegend geführte Ventilnadel mitgenommen, wobei diese ab einem zweiten höheren Kraftstoffdruck alleine gegen die Schließfeder verschoben wird und somit die zweite Spritzstelle aufsteuert.
US 5,458,292 zeigt einen Kraftstoffinjektor mit einem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied. Ein innenliegender Teil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ist in einem äußeren Einspritzventilgliedteil geführt. Ein Druckraum des äußeren Einspritzventilgliedes wird mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Von diesem Druckraum des äußeren Einspritzventilgliedteiles strömt der Kraftstoff einem das innenliegende Einspritzventilglied beaufschlagenden Druckraum zu. Mit dem innenliegend angeordneten Einspritzventilglied sind erste Kraftstoffeinspritzöffnungen, und mit dem außenliegend ori- entierten Einspritzventilgliedteil sind außenliegende Kraftstoffeinspritzöffiiungen aufsteuerbar.
Bei heute eingesetzten Kraftstoffinjektoren, bei denen das vorzugsweise nadeiförmig ausge- bildete Einspritzventilglied direkt vom Stellglied, wie z.B. einem Piezoaktor, gesteuert wird, ist von diesem Aktor die Nadelöffnungskraft zu überwinden. Die Nadelöffnungskraft ergibt sich aus dem Produkt von Druck und der Fläche, die durch den Nadelsitz gebildet wird. Um diese zur Öffnung des Einspritzventilgliedes erforderliche Kraft zu reduzieren, muss bei gleichem Systemdruck der Sitzdurchmesser reduziert werden. Die Reduzierung des Sitz- durchmessers bei heute eingesetzten Kraftstoffinjektoren am Düsenkörper ist aus ferti- gungs- und funktionstechnischen Gesichtspunkten nur begrenzt möglich.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Kraftstoffinjektoren mit dirketer Nadelsteuerung, die zur Betätigung des Einspritzventilgliedes erforderliche Kraft herabzusetzen.
Der vorliegenden Erfindung folgend, erfolgt das Öffnen eines mehrteilig ausgebildeten Ein- Spritzventilgliedes in zwei Schritten. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied um- fasst dabei bevorzugt ein Innenteil, welches in einem Außenteil des mehrteiligen Einspritzventilgliedes axial geführt ist. Ein Druckraum, der von unter Systemdruck stehenden Kraftstoffbeaufschlagt ist, steht mit einem weiteren Druckraum, der dem Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes zugeordnet ist, stets in Fluidverbindung. Der im Druck- räum anstehende Systemdruck wirkt somit stets auf den Druckraum, der dem Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes zugeordnet ist.
Innenteil und Außenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes sind so ausgelegt, dass der Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes am brennraumsei- tigen Ende einen Sitz aufweist, dessen Sitzdurchmesser kleiner bemessen ist als der Sitzdurchmesser des Sitzes des Außenteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes am brennraumseitigen Ende.
Aufgrund der gewählten Sitzdurchmesser öffnet beim Öffnen des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes zuerst der Innenteil, so dass sehr kleine Einspritzmengen in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden können. Bei der Einspritzung, die durch das Öffnen des Innenteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes erfolgt, baut sich unterhalb des Sitzes des Außenteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ein Druck in Öffnungsrichtung auf. Dieser Druck wirkt auf den Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes und bewirkt dessen Bewegung in Öffnungs- richtung, bis das Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes einen Hubweg durchlaufen hat. Nach Passage des Hubweges wird durch, z.B. einen mechanischen Mitnehmer, der Außenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes geöffnet. Zum Öffnen des Außenteiles ist ein reduzierter Kraftbedarf nötig, der durch den Aktor des Kraftstoffinjektors aufgebracht werden muss, wobei sich der reduzierte Kraftbedarf aus dem Differenzdruck zwischen dem Druck pD im Düsenkörper und dem Druck unterhalb der Spritzlöcher ps sowie der Restfläche des Sitzdurchmessers des Außenteiles d2 abzüglich des Bohrungsdurchmessers für den Sitz d] des Innenteiles des mehrteilig ausgebildeten Ein- Spritzventilgliedes ergibt.
Der sich nach Öffnen des Innenteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes unterhalb der Einspritzöffnung aufbauende Druck wird somit zum Öffnen des Außenteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes genutzt und erlaubt die Herabsetzung der Öffnungskraft, die durch den Aktor des Kraftstoffinjektors aufzubringen ist. Dabei ist es möglich, das Innenteil und das Außenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes mittels eines mechanischen Mitnehmers zu koppeln, oder die Kopplung zwischen Innenteil und Außenteil des mehrteiligen Einspritzventilgliedes auf hydraulischem Wege herbeizuführen.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors,
Figur 2 einen Querschnitt durch den Düsenkörper mit Innenteil und Außenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes, die über einen mechanischen Mitnehmer miteinander gekoppelt sind,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffinjek- tors gemäß der Darstellung in Figur 1,
Figur 4 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinj ektors, -A-
Figur 5 einen Querschnitt durch den Kraftstoffinjektor gemäß Figur 4 mit Darstellung des Düsenkörpers, des Innenteiles und des Außenteiles eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes, die hydraulisch miteinander gekoppelt sind,
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in Figur 4,
Figuren 6.1, 6.2 und 6.3 Ausfuhrungsvarianten von nadelförmig ausgeführten Einspritzventilgliedern,
Figur 7 eine Sitzgeometrie mit durchgehendem spitzem Kegel,
Figur 8 einen gestuft ausgeführten spitzen Kegel eines Innenteils eines Einspritzventilgliedes und
Figur 9 einen spitzen Kegel am Innenteil mit ebenfalls durchgehendem Kegelwinkel.
Ausführungsbeispiele
Der Darstellung gemäß Figur 1, ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Ein Kraftstoffinjektor 10, der über eine in Figur 1 nicht näher dargestellte Hochdruckquelle, wie z.B. einen Hochdruckspeicherraum oder eine Hochdruckpumpe, beaufschlagt ist, um- fasst diesen Körper 12. Im Düsenkörper 12 ist ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied 14 aufgenommen, welches ein Innenteil 16 und ein Außenteil 18 umfasst. Gemäß dieses Ausführungsbeispieles ist der Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 am Innenteil 16 geführt. Im Düsenkörper ist ein erster Druckraum 20 ausgebildet, in welchem Systemdruck pD herrscht. Am Innenteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 befindet sich ein Federelement 22. Am Umfang des Innenteiles 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 befindet sich mindestens eine Längsnut 24; die Symmetrieachse des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 ist durch Bezugszeichen 26 kenntlich gemacht.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind das Innenteil 16 und das Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventils 14 mechanisch mittels eines Mitnehmers 28 gekoppelt. Der Mitnehmer 28 ist an einer Innenumfangsfläche des Außenteiles 18 befestigt und umschließt einen Zapfen 44 des Innenteiles 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14. Am brennraumseitigen Ende des Düsenköφers 12 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß des Ausiührungsbeispiels in Figur 1, befindet sich eine Anzahl von Einspritzöffnungen 46, über welche der unter Systemdruck stehende Kraftstoff in einen in Figur 1 nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Der Darstellung gemäß Figur 2, ist ein Querschnitt durch den brennraumseitigen Bereich des Kraftstoffinjektors gemäß des Ausfuhrungsbeispieles in Figur 1 nach Schnittverlauf II - II zu entnehmen.
Innerhalb des Düsenköφers 12 ist in Figur 2 der erste Druckraum 20 kreisförmig dargestellt. Der erste Druckraum 20 umschließt das Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14. Der Zapfen 44 ist vom Mitnehmer 28 umschlossen, der mit der Innenumfangsfläche des Außenteiles 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes fest verbunden, so z.B. stoffschlüssig gefügt ist. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist der Mitnehmer 28 sichelförmig ausgebildet. Anstelle der in Figur 2 dargestellten Geometrie des Mitnehmers 28 könnte dieser auch eine halbkreisförmige oder eine andere dem Fachmann geläufige Kontur aufweisen, so z.B. kann der Mitnehmer 28 aus zwei Halbschalen gefertigt sein. Zur Sicherstellung der mechanischen Kopplung über den Mitnehmer 28 ist dieser fest mit dem Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 verbunden.
Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in Figur 1 zu entnehmen.
Wie Figur 3 entnehmbar ist, umfasst das mehrteilige Einspritzventilglied 14, welches vom ersten Druckraum 20 umgeben ist, das Innenteil 16 mit dem Zapfen 44, an welchem in einem Führungsabschnitt 48 das Außenteil 18 geführt ist. Der Hubweg, der vom Innenteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 in Öffnungsrichtung zurückgelegt werden muss, um das Außenteil 18 zu öffnen, ist durch Bezugszeichen 30 kenntlich ge- macht. Der gemäß der Darstellung in Figur 2 in einem sichelförmigen Querschnitt ausbildbare mechanische Mitnehmer 28, ist z.B. stoffschlüssig mit der in Umfangsfläche des Außenteiles 18 verbunden.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors stellt sich wie folgt dar:
Vom ersten Druckraum 20 im Düsenköφer 12 strömt über mindestens eine Zulaufbohrung 32 unter Systemdruck stehender Kraftstoff einem zweiten Druckraum 34 zu. Der zweite Druckraum 34 ist durch die Außenkontur des Innenteiles 16 und die Innenkontur des Au- ßenteiles 18 definiert. In der Darstellung gemäß Figur 3 sind z.B. zwei Zulaufbohrungen 32 sowie deren Symmetrieachse 50 eingezeichnet. Die Anzahl der Zulaufbohrungen 32 im Außenteil 18 kann unter Berücksichtigung von Festigkeitsgründen beliebig gewählt werden.
Das Innenteil 16 umfasst eine erste Druckstufe 36 sowie eine zweite Druckstufe 38. Am brennraumseitigen Ende des Innenteiles 16 befindet sich ein Sitz 40 des Innenteiles 16 im Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14. Der Sitzdurchmesser des Sitzes 40 des Innenteiles 16 ist mit d] bezeichnet. Der Sitz 40 des Innenteiles 16 befindet sich an einer Bohrung 52, die am brennraumseitigen Ende des Außenteiles 18 ausgebil- det ist. Der Bohrungsdurchmesser der Bohrung 52 ist mit dB bezeichnet. Das Außenteil 18 weist einen Sitz 42 auf, dessen Durchmesser durch d2 bezeichnet ist. In der Darstellung gemäß Figur 3 ist das Innenteil 16 in seinen Sitz 40 im Außenteil 18 und das Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 in seinen Sitz 42 im Düsenkörper 12 gestellt. Die in den Brennraum 54 der Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöff- nungen 46 sind demzufolge verschlossen.
Das Öffnen des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 mit dem Innenteil 16 und dem Außenteil 18 verläuft wie folgt:
Zuerst öffnet der Innenteil 16, durch eine Druckabsenkung in einem Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 10. Die auf das Innenteil 16 wirkende Öffnungskraft wird durch die am Innenteil 16 ausgebildete erste Druckstufe 36 und die am Innenteil 16 ausgebildete zweite Druckstufe 38 erzeugt. Über den nach dem Öffnen des Innenteiles 16 freigegebenen Sitz 40 wird über die Einspritzbohrungen 46 sehr kleine Einspritzmengen in den Brennraum 54 ein- gespritzt. Vor den Einspritzöffnungen 46 unterhalb des Sitzes 42 des Außenteiles 18 baut sich der Druck ps auf . Bei weiterem Öffnen des Innenteiles 16 durchläuft dieses den Hubweg 30 und zieht das äußere Nadelteil 18 bei Anschlag am Mitnehmer 28 auf. Damit ist zum Öffnen des Außenteiles 18 ein reduzierter Kraftbedarf nötig, der durch den Aktor aufzubringen ist. Der reduzierte Kraftbedarf ergibt sich aus dem Differenzdruck zwischen dem Druck im Düsenkörper pD und dem Druck vor den Einspritzöffnungen 46 ps multipliziert mit der Restfläche des Durchmessers d2 des Sitzes 42 des Außenteiles 18 abzüglich des Durchmessers der Bohrung 52 für den Sitz 40 des Innenteiles 16. Demzufolge wird der nach Öffnen des Innenteiles 16 sich im brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 12 unterhalb des Außenteiles 18 aufbauende Druck zum Öffnen des Außenteiles 18 des mehrteiligen Einspritzventilgliedes 14 genutzt. Dies gestattet eine kleinere Dimmensionierung des Aktors, da die zur Öffnung des mehrteiligen Einspritzventilgliedes 14 erforderliche Öffnungs- kraft durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erheblich herabgesetzt ist. Der Differenzdruck Δp ist abhängig von der Restfläche, die sich gemäß der nachfolgenden Beziehung errechnet: — (d2 2 - d]2) mit Δp = pd - ps mit pd Düsendruck und ps Systemdruck. 4
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit einem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied zu entnehmen.
Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 14 gemäß Figur 4, umfasst ebenfalls ein Innenteil 16 und ein Außenteil 18, die jedoch im Gegensatz zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 nicht mechanisch sondern hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Gemäß des in Figur 4 dargestellten Ausfuhrungsbeispieles ist das Innenteil geteilt ausgebildet und umfasst einen ersten Teil 16.1 und einen zweiten Teil 16.2. Der erste Teil 16.1 ist von einem Verbindungskanal 70 durchzogen, der oberhalb einer Stirnfläche 72 (Figur 6) des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles mündet.
Im Düsenkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß Figur 4, ist der erste Druckraum 20 ausgeführt, mit Bezugszeichen 46 sind die am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 12 ausgebildeten Einspritzöffnungen bezeichnet.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt gemäß des in Figur 4 eingezeichneten Schnittverlaufes V - V.
Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass der erste Teil 16.1 vollständig vom Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes umschlossen ist. Mit Be- zugszeichen 70 ist der den ersten Teil 16.1 durchziehende Verbindungskanal bezeichnet. Der Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ist vom ersten Druckraum 20 umschlossen, der durch den Düsenkörper 12 begrenzt ist.
Figur 6 zeigt das brennraumseitige Ende des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 4 in ver- größerter Darstellung.
Gemäß dieses Ausführungsbeispieles umfasst der Innenteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 einen ersten Teil 16.1 mit Verbindungsbohrung 70 sowie einen von diesen getrennten zweiten Teil 16.2. Sowohl der erste Teil 16.1 als auch der zweite Teil 16.2 des geteilt ausgebildeten Innenteiles 16 sind vom Außenteil 18 umschlossen. Der Verbindungskanal 70 des ersten Teiles 16.1. mündet oberhalb einer Stirnfläche 72 des zweiten Teiles 16.2. Der im ersten Druckraum 20 herrschende Systemdruck pD wirkt über Zulauföffnungen 32 auch in einem zweiten Druckraum 34. Der zweite Druckraum 34 wird durch die Kontur des zweiten Teiles 16.2 sowie die Innenkontur des Außenteiles 18 definiert. Der erste Druckraum 20 und der zweite Druckraum 34 stehen stets in fluidischer Verbindung miteinander, so dass in beiden Druckräumen 20, 34 stets Systemdruck pD ansteht. Analog zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 ist der Sitz 40 des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles 16 im Außenteil 18 ausgebildet. Der Sitz des zweiten Teiles 16.2 im Außenteil 18 weist den Durchmesser d] auf. Die Bohrung 52, an welcher der Sitz 40 des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles 16 ausgebildet ist, ist in einem Durchmesser dB ausgeführt. Unterhalb des Endes des Außenteiles 18 sind mehrere Einspritzöffhungen 46 dargestellt, die etwa sternförmig verteilt sind und ein gleichmäßiges Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 54 der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen. Der Sitz 42 des Außenteiles 18 im Düsenkörper 12 weist einen Durchmesser d2 auf.
In der Darstellung gemäß Figur 6 sind sowohl der Sitz 40 des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles 16 als auch der Sitz 42 des Außenteiles 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 verschlossen.
Der im zweiten Druckraum 34 anliegende Druck pD wirkt auf die erste Druckstufe 36 und die zweite Druckstufe 38 des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles 16. Die Stirnfläche 72 des zweiten Teils 16.2 des Innenteils 16 ist von im Steuerraum 16 des Kraftstoffinjektors 10 herrschenden Druck psteuer beaufschlagt. Öffnet der zweite Teil 16.2 des Innenteils 16 in Öffnungsrichtung, wird der Sitz 40 des zweiten Teiles 16.2 geöffnet, so dass eine kleine Einspritzmenge über die Einspritzöffhungen 46 in den Brennraum 54 eingespritzt werden kann. Vor den Einspritzöffnungen 46 baut sich unterhalb des noch geschlossenen Sitzes 42 des Außenteiles 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ein Druck ps auf. Der zweite Teil 16.2 öffnet weiter, bis dessen Stirnfläche 72 den Hubweg 30 durchlaufen hat. Im Verbindungskanal 70 herrscht der im Steuerraum 13 jeweils anliegende Druck psteuer-
Nach Öffnen des zweiten Teiles 16.2 des Innenteils 16 und unterhalb des noch geschlossenen Sitzes 72 des Außenteiles 18 steht unter dem Sitz 42 des Außenteiles 18 der Druck ps vor den Einspritzöffnungen 46 an. Zum Öffnen des Außenteiles 18 aus dessen Sitz 42 ist ein reduzierter Kraftbedarf nötig, der sich aus der Druckdifferenz Δp = pD - ps und der Restfläche des Sitzdurchmessers d2 des Außenteiles 18 abzüglich des Bohrungsdurchmessers dB der Bohrung 52 für den Sitz 40 des zweiten Teiles 16.2 des Innenteiles 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ergibt. Die Restfläche des Sitzdurchmessers d2 des Außenteils abzüglich des Bohrungsdurchmessers db für den Innenteil ergibt sich gemäß der
Beziehung (d2 2 - d]2). Je nach Auslegung kann d] auch gleich dB sein.
4 Beiden Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 und Figur 4 ist gemeinsam, dass zur Betätigung des Außenteiles 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 ein reduzierter Kraftbedarf erforderlich ist, der durch einen Aktor, wie z.B. einen Piezoaktor, aufge- bracht werden muss. Je kleiner diese Öffnungskraft ist, desto kleinbauender kann der Aktor ausgelegt werden. Dabei ist unerheblich, ob das Innenteil 16 - sei es einteilig ausgebildet, sei es zweiteilig, den ersten Teil 16.1 und den zweiten Teil 16.2 umfassend - und das Außenteil 18 hydraulisch, gemäß Figur 4 miteinander gekoppelt sind, oder mittels eines mechanisch wirkenden Mitnehmers 28, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dargestellt.
Figur 6.1 zeigt ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied 14, dessen Innenteil 16 mehrteilig ausgebildet ist und den ersten Teil 16.1 und den zweiten Teil 16.2 umfasst. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist zwischen dem ersten Teil 16.1 und dem Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 eine Presspassung ausgeführt, so dass relativ zum Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 lediglich der zweite Teil 16.2 des Innenteils 16 bewegbar ist. Analog zum in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen der erste Druckraum 20 und der zweite Druckraum 34 über die mindestens zwei Zulaufbohrungen 32 in Verbindung, die auf einer Symmetrieachse 50 am Außenteil 18 angebracht sind. Am zweiten Teil 16.2 des Innenteils 16 sind eine erste Druckstufe 36 sowie eine zwei- te Druckstufe 38 ausgeführt.
Im unteren Bereich des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 ist der Sitz 40 für das zweite Teil 16.2 des Innenteils 16 in geschlossener Position dargestellt; der Sitz 42 des Außenteils 18 im Düsenkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 ist ebenfalls geschlossen. Im Sitz 42 des Außenteils 18 weist der Sitz 42 den Sitzdurchmesser d2 auf; der Sitzdurchmesser des Sitzes 40 des Innenteils 16 bzw. des zweiten Teils 16.2 des Innenteils weist einen Durchmesser d] auf. Am Außenteil 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 14 befindet sich eine Bohrung 52, die im Bohrungsdurchmesser dB ausgebildet ist. Unterhalb des Sitzes 42 des Außenteils 18 liegen die im Düsenkörper 12 ausgebildeten Einspritzöffnungen 46, die im Bezug auf die Symmetrieachse 26 sternförmig angeordnet sein können und über die der Kraftstoff in den Brennraum 54 der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Der Darstellung gemäß Figur 6.2 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Einspritzventilglieds zu entnehmen. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist das Innenteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 14 einstückig ausgebildet. Der im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 dargestellte Durchgangskanal 70 sowie eine Stirnfläche, die vom Steuerraum druckbeaufschlagbar ist, sind entfallen. Analog zum zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel gemäß der Darstellung in Figur 6.1 weist das einteilige Einspritzventilglied 14 einen Innenteil 16 - jedoch einteilig ausgeführt - auf sowie einen Außenteil 18. Ein zweiter Druckraum 34 innerhalb des Außenteils 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 steht über die Zulaufbohrungen 32 mit dem ersten Druckraum 20 in Verbindung. Die Zulaufbohrungen 32 befinden sich auf der Symmetrieachse 50 in Bezug auf das Außenteil 18. Im ersten Druckraum 20 herrscht das Druckniveau bd während der Druck vor den Einspritzöffhungen mit ps angedeutet ist. Die Bohrung 52 am brennraumseitigen Ende des Außenteils 18 ist im Durchmesser dB ausgeführt und in der Darstellung gemäß Figur 6.2 durch den Sitz 40 des Innenteils 16 am Durchmesser dl ver- schlössen. Analog dazu ist der Sitz 42 des Außenteils 18 im Düsenkörper 12 (vgl. Durchmesser d2) ebenfalls verschlossen. Der Sitz 42 trennt den Bereich in dem Düsendruck herrscht pD von dem Bereich in dem das Druckniveau ps herrscht. Analog zur Darstellung gemäß Figur 6.1 erstrecken sich die Einspritzöffhungen 46 als feine Kanäle am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 12 und sind z.B. sternförmig in Bezug auf die Symmetrie- achse 26 im Düsenkörper 12 angeordnet.
Der Darstellung gemäß Figur 6.3 ist eine weitere Ausführungsvariante eines mehrteiligen Einspritzventilglieds zu entnehmen, dessen Innenteil mehrteilig ausgebildet ist und einen ersten Teil 16.1 sowie einen zweiten Teil 16.2 aufweist. Die Stirnfläche 72 des zweiten Teils 16.2 des mehrteiligen Innenteils 16 ist über den Verbindungskanal 70 mit dem im Steuerraum 13 herrschenden Druck beaufschlagt. Das Innenteil 16.2 ist im Bezug auf das Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 beweglich angeordnet. Über eine hydraulische Kopplung gemäß dieser Ausführungsvariante ist durch den Verbindungskanal 70 gegeben, mit welchem das im Steuerraum 13 herrschenden Druckniveau auf die Stirnfläche 72 des zweiten Teils 16.2 des mehrteilig ausgebildeten Innenteils 16 übertragen wird.
In der Darstellung gemäß Figur 6.3 sind sowohl der Sitz 40 (vgl. Sitzdurchmesser d]) als auch der Sitz 42 des Außenteils 18 (vgl. Sitzdurchmesser d2) verschlossen. Im Unterschied zu den in Figur 6.1 und 6.2 dargestellten Bohrungen 52 am brennraumseitigen Ende des Außenteils 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 verläuft die Bohrung 52 am brennraumseitigen Ende des Außenteils 18 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6.3 trichterförmig und weist einen sich kontinuierlich - im Bezug auf das brennraumseitige Ende des Außenteils 18 - sich verengenden Durchmesser auf.
Den Darstellungen gemäß der Figuren 7, 8 und 9 sind unterschiedliche Sitzgeometrien eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 14 zu entnehmen. So weist z.B. das in Figur 7 dargestellte Innenteil 16 eines mehrteiligen Einspritzventilglieds 14, sei es ein einteiliges Innenteil 16, sei es ein zweiter Teil 16.2 eines mehrteiligen Innenteils, einen spitzen Kegel auf, der an seinem Sitzdurchmesser d] an seinem Sitz 40 an der Innenseite des Außenteils 18 anliegt. Der Sitz 42 des Außenteils 18 wiederum weist den Sitzdurchmesser d2 auf und ist in der Darstellung gemäß Figur 7 geschlossen, so dass die am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 12 verlaufenden Einspritzöffnungen allesamt von dem Bereich, in welchem Düsendruck pD herrscht, getrennt sind.
Im Vergleich zum in Figur 7 dargestellten Innenteil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds ist am brennraumseitigen Ende des Innenteils 16 bzw. eines zweiten Teils 16.2 eines geteilt ausgebildeten Innenteils 16 ein gestufter Kegelbereich ausgebildet, an welchem an der Trennung der Kegelbereiche der Sitzdurchmesser d] herrscht, welcher den Sitz 40 des Innenteils 16 bzw. des zweiten Teils 16.2 des Innenteils im Außenteil 18 definiert. Die Bohrung 52 am brennraumseitigen Ende des Außenteils 18 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 14 verläuft in einem konstanten Durchmesser dB; der Sitzdurchmesser des Sitzes 40 ist mir d] gekennzeichnet, der Sitzdurchmesser des Sitzes 42 des Außenteils 18 im Düsenkörper 12 ist mit dem Durchmesser d2 bezeichnet. Der im geschlossenen Zu- stand befindliche Sitz 42 trennt den Bereich, in welchem Düsendruck pD herrscht, von dem Bereich, in dem Systemdruck ps herrscht. In Bezug auf die Symmetrieachse 26 des Düsenkörpers 12 können die Einspritzöffnungen 26 am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 12 etwa sternförmig verlaufen.
Figur 9 schließlich ist eine weitere Ausführungsvariante einer Düsensitzgeometrie zu entnehmen, bei welcher ein einteilig ausgebildetes Innenteil 16 oder der zweite Teil 16.2 eines mehrteilig aufgebauten Innenteils 16 in den Sitz 40 des im Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 gestellt sind. Im Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 befindet sich die Bohrung 52, die in dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel in konstantem Durchmesser dB ausgebildet ist. Unterhalb des geschlossenen Sitzes 42 des Außenteils 18 im Düsenkörper 12 herrscht Systemdruck ps, welcher durch den geschlossenen Sitz 42 von dem Bereich, in welchem Düsendruck pD herrscht, getrennt ist.
Im Vergleich zu dem in Figur 8 dargestellten Innenteil 16 bzw. des zweiten Teils 16.2 eines mehrteilig aufgebauten Innenteils 16 weist die Sitzgeometrie gemäß Figur 9 einen gleichförmigen Verlauf an der Spitze des einteiligen Innenteils 16 bzw. des zweiten Teils 16.2 des mehrteiligen Innenteils 16 auf. Der Spitzenkegel ist in seinen Sitz 40 gestellt, der sich am Einlauf in die Bohrung 52 im Außenteil 18 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 14 einstellt. Durch den geschlossenen Sitz 42 des Außenteils 18 sind der Bereich, in dem Düsen- druck pD herrscht und der Bereich in dem Systemdruck ps herrscht, voneinander getrennt, so dass kein Kraftstoff über die in Bezug auf die Symmetrieachse 26 des Kraftstoffinjektors im Düsenkörper zu sternförmig verlaufenden Einspritzöffnungen 46 in den Brennraum 54 eingespritzt wird. Bezueszeichenliste
10 Kraftstoffinjektor PD Druck im Düsenkörper (System¬
12 Düsenkörper druck)
13 Steuerraum Ps Druck vor Einspritzöffnungen 46
14 mehrteiliges Einspritzventilglied
16 Innenteil (einteilig, mehrteilig) 70 Verbindungskanal
16.1 erster Teil 72 Stirnfläche zweiter Teil 16.2 des
16.2 zweiter Teil mehrteiligen Innenteiles 16
18 Außenteil
20 erster Druckraum
22 Federelement
24 Längsnut
26 Symmetrieachse
28 Mitnehmer
30 Hubweg
32 Zulaufbohrung
34 zweiter Druckraum
36 erste Druckstufe
38 zweite Druckstufe
40 Sitz Innenteil 16 bzw. zweiter Teil
16.2
42 Sitz Außenteil
44 Zapfen
46 Einspritzöffnung
48 Führung Innenteil
50 Symmetrieachse Zulaufbohrung
52 Bohrung Außenteil 18
54 Brennraum
d] Sitzdurchmesser Sitz 40 d2 Sitzdurchmesser Sitz 42 dB Bohrungsdurchmesser Bohrung 52

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor (10) mit einem mehrteiligen Einspritzventilglied (14) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (54) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Außenteil (18), welches von einem ersten Druckraum (20) druckbeaufschlagt wird und mit mindestens einem Innenteil (16; 16.1, 16.2), welches von einem zweiten Druckraum (34) druckbeaufschlagt wird, wobei das mindestens eine Innenteil (16; 16.1, 16.2) mindestens eine Druckstufe (36, 38) und einen Sitz (40) in einem Außenteil (18) aufweist, während ein Sitz (42) des Außenteiles (18) im Düsenkörper (12) ausgebiledet ist, da- durch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen des Sitzes (40) des mindestens einen Innenteils (16; 16.1, 16.2) im Außenteil (18) die Öffnungskraft des Außenteiles (18) abhängig vom Produkt einer Druckdifferenz Δp zwischen Systemdruck pD und einem Druck ps vor den Einspritzöffnungen (46) und einer Flächendifferenz zwischen Sitzfläche des Sitzes (42) des Außenteiles (18) abzüglich einer Bohrungsfläche einer Bohrung (52) für den Sitz (40) des mindestens einen Innenteils (16; 16.1, 16.2) reduziert ist.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnungen (46) am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers (12) sternförmig angeordnet sind und ein Einspritzen von Kraftstoff über diese, sowohl bei geöffnetem mindes- tens einem Innenteil (16; 16.1, 16.2), als auch bei geöffnetem Außenteil (18) erfolgt.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum und der zweite Druckraum (34) stets mit Systemdruck pD beaufschlagt sind.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenteil (18) unterhalb des Sitzes (40) eine einen Druckaufbau unterhalb des Sitzes (42) des Außenteiles (18) ermöglichende Bohrung (52) ausgeführt ist.
5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Innenteil (16; 16.1, 16.2) und das Außenteil (18) hydraulisch oder mechanisch miteinander gekoppelt sind.
6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (18) einen das Innenteil (16) zumindest teilweise umschließenden Mitnehmer (28) aufweist.
7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (16.2) des Innenteiles (16) eine Stirnfläche (72) aufweist, die einem Verbindungskanal (70) im ersten Teil (16.1) des Innenteiles (16) gegenüber liegt.
8. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (18) nach Durchfahren eines Hubweges (30) durch das mindestens eine Innenteil (16; 16.1 und 16.2) mit reduzierter Öffnungskraft geöffnet wird.
9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (18) an dem Innenteil (16) des mehrteiligen Einspritzventilgliedes (14) an einem Führungsabschnitt (48) geführt ist.
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