Die Erfindung betrifft einen Injektor für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Ein derartiger Injektor weist üblicherweise eine Düsennadel zum Steuern der Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch auf, wobei die Düsennadel in einem Injektorkörper hubverstellbar gelagert ist. Bei bestimmten Bauformen kann sich die Düsennadel zumindest teilweise in einem Hochdruckraum des Injektorkörpers erstrecken, durch den ein das wenigstens eine Spritzloch mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff versorgender Zuführpfad hindurchgeführt ist. Die Düsennadel bzw. ein die Düsennadel umfassender Nadelverband weist üblicherweise eine Steuerfläche auf, die einen Steuerraum begrenzt. Durch eine Druckabsenkung im Steuerraum kann die Düsennadel zum Öffnen angesteuert werden. Die Druckabsenkung im Steuerraum kann beispielsweise mit Hilfe eines Piezoaktors oder mit Hilfe eines Steuerventils realisiert werden.

Der erfindungsgemäße Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass er vergleichsweise preiswert herstellbar ist. Gleichzeitig zeichnet sich der Injektor durch vergleichsweise geringe Leckagemengen aus. Dies ist dann von Vorteil, wenn aus Kostengründen zur Drucksteuerung im Steuerraum anstelle eines Piezoaktors ein Steuerventil verwendet werden soll und wenn vergleichsweise hohe Einspritzdrücke realisiert werden sollen. Beim erfindungsgemäßen Injektor werden diese Ziele dadurch erreicht, dass die Düsennadel zumindest aus zwei Nadelbauteilen, nämlich zumindest aus einem Nadelkörper und aus einem Kolbenkörper zusammengesetzt ist, wobei der Nadelkörper das wenigstens eine Spritzloch steuert, während der Kolbenkörper die Steuerfläche aufweist. Nadelkörper und Kolbenkörper sind jeweils aus einem Stück hergestellt. Je zwei Nadelbauteile liegen in einer Kontaktzone, die im Hochdruckraum angeordnet ist, axial aneinander an. Gleichzeitig ist besagte Kontaktzone gegenüber dem Hochdruckraum versiegelt. Die Versiegelung bewirkt, dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff nicht in die Kontaktzone, also nicht axial zwischen die Nadelbauteile eindringen kann. Durch diese Versiegelung ist es möglich, die durch den Hochdruckraum hindurchgeführte Düsennadel zwei- oder mehrteilig auszugestalten. Bei einem Injektor, bei dem der Druck im Steuerraum mit Hilfe eines daran angeordneten Steuerventils gesteuert wird, besitzt die Düsennadel eine vergleichsweise große axiale Länge. Eine lange einteilige Nadel ist jedoch problematisch zu fertigen. Bei einem zwei- oder mehrteiligen Aufbau können bekannte Fertigungstechniken für die Einzelteile verwendet werden.

Die Versiegelung der Kontaktzone gegenüber dem Kraftstoff im Hochdruckraum lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die jeweiligen Nadelbauteile, z.B. der Nadelkörper und der Kolbenkörper, in der Kontaktzone verklebt sind. Durch diese Verklebung kann kein Kraftstoff in die Kontaktzone eindringen. Alternativ oder kumulativ kann die Versiegelung der Kontaktzone auch dadurch erreicht werden, dass eine die Kontaktzone in Umfangsrichtung vollständig umschließende Schutzhülle an der Düsennadel angebracht wird. Auch eine derartige Schutzhülle verhindert das Eindringen von Kraftstoff in die Kontaktzone.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

1 einen stark vereinfachten prinzipiellen Längsschnitt durch einen Injektor,

2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.

Entsprechend den 1 und 2 umfasst ein Injektor 1 einen Injektorkörper 2, der beispielsweise einen Kolbenabschnitt 3 und einen Nadelabschnitt 4 aufweist. Kolbenabschnitt 3 und Nadelabschnitt 4 können beispielsweise mittels einer hier nicht gezeigten Verbindungshülse nach Art einer Überwurfmutter aneinander befestigt sein. Der Injektorkörper 2 enthält in seinem Nadelabschnitt 4 zumindest ein Spritzloch 5, durch das Kraftstoff in einen Einspritzraum 6 einspritzbar ist. Durch den Injektorkörper 2 ist ein Zuführpfad 7 hindurchgeführt, der dem wenigstens einen Spritzloch 5 unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff zuführt. Der Zuführpfad 7 ist beispielsweise an eine Kraftstoffhochdruckleitung 8 angeschlossen, die ebenso wie der Injektor 1 einen Bestandteil einer im übrigen nicht gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage darstellt, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage zur Versorgung einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, mit Kraftstoff dient. Bei einem Common-Rail-System sind mehrere Injektoren 1 an eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung 8 angeschlossen.

Der Injektor 1 weist außerdem eine Düsennadel 9 auf, die im Injektorkörper 2 hubverstellbar gelagert ist und die zum Steuern der Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 5 dient. Hierzu wirkt die Düsennadel 9 mit ihrer Nadelspitze 10 mit einem Dichtsitz 11 zusammen. Hierdurch kann die Düsennadel 9 eine kommunizierende Verbindung zwischen dem wenigstens einen Spritzloch 5 und dem Zuführpfad 7 steuern. Die Düsennadel 9 erstreckt zumindest teilweise in einem Hochdruckraum 12, der im Inneren des Injektorkörpers 2 ausgebildet ist und durch den der Zuführpfad 7 hindurchgeführt ist. Somit ist die Düsennadel 9 von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff umgeben, bzw. umspült.

Die Düsennadel 9 weist eine Steuerfläche 13 auf, die einen Steuerraum 14 axial begrenzt. Die Steuerfläche 13 befindet sich dabei an einer von der Nadelspitze 10 entfernten bzw. abgewandten Seite. Zur Steuerung des Drucks im Steuerraum 14 ist bei den hier gezeigten Ausführungsformen ein Steuerventil 15 vorgesehen, das ein Ventilglied 16 aufweist, das insbesondere mit einem elektromagnetischen Antrieb 17 antreibbar ist. Das Steuerventil 15 umfasst dabei einen Kopplerraum 18, der mit dem Steuerraum 14 hydraulisch gekoppelt ist, beispielsweise über einen Steuerpfad 19, der beispielsweise durch wenigstens eine gedrosselte Bohrung realisiert sein kann. Das Ventilglied 16 kann nun in Abhängigkeit seiner Relativlage eine hydraulische Kopplung zwischen dem Kopplerraum 18 und einem Niederdruckpfad 20 steuern, der beispielsweise zu einem Kraftstofftank zurückführt. Bei geöffneter Kopplung fällt der Druck im Kopplerraum 18 ab. In der Folge fällt auch der Druck im Steuerraum 14 ab, wodurch die in Schließrichtung wirkenden und an der Steuerfläche 13 angreifenden Druckkräfte abnehmen. In der Folge kann die Düsennadel 9 aus dem Nadelsitz 11 abheben.

Die Düsennadel 9 ist aus zumindest zwei Nadelbauteilen 21, 22 zusammengebaut. Im gezeigten Beispiel besteht die Düsennadel 9 ohne Beschränkung der Allgemeinheit genau aus zwei Nadelbauteilen, nämlich aus einem Nadelkörper 21 und aus einem Kolbenkörper 22. Der Nadelkörper 21 umfasst die Nadelspitze 10 und dient zur Steuerung des wenigstens einen Spritzlochs 5. Des weiteren ist der Nadelkörper 21 aus einem Stück hergestellt. Auch der Kolbenkörper 22 ist aus einem Stück hergestellt. Außerdem weist der Kolbenkörper 22 die Steuerfläche 13 auf. Je zwei Nadelbauteile, hier also Kolbenkörper 22 und Nadelkörper 21 liegen mit axialen, insbesondere ebenen, z.B. quer zur Längsmittelachse 32 der Düsennadel 9 verlaufenden, Stirnseiten in einer Kontaktzone 23 axial aneinander an. Besagte Kontaktzone 23 ist dabei innerhalb des Hochdruckraums 12 angeordnet. Des weiteren ist die Kontaktzone 23 gegenüber dem Hochdruckraum 12 versiegelt. Eine derartige Versiegelung ist in den Figuren mit 24 bezeichnet. Die Versiegelung 24 ist so ausgestaltet, dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff nicht vom Hochdruckraum 12 in die Kontaktzone 23, also axial zwischen Nadelkörper 21 und Kolbenkörper 22 eindringen kann. Die Versiegelung 24 ermöglicht somit die Realisierung eines funktionsfähigen Injektors 1, dessen Düsennadel 9zumindest aus zwei Teilen hergestellt ist, die im Hochdruckraum 12 aneinandergrenzen Die Herstellbarkeit der Düsennadel 9 aus mehreren einzelnen Teilstücken vereinfacht die Herstellung von Düsennadeln 9 mit relativ großer axialer Länge.

Die Versiegelung 24 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Nadelkörper 21 in der Kontaktzone 23 mit dem Kolbenkörper 22 verklebt wird. Eine entsprechende Verklebung ist in den Fig. mit 25 bezeichnet. Die Verklebung 25 kann unter Verwendung eines entsprechenden Klebstoffs so ausgeführt werden, dass kein Kraftstoff in die Kontaktzone 23 eindringen kann. Alternativ oder kumulativ kann die Versiegelung 24 auch dadurch realisiert werden, dass an der Düsennadel 9 eine Schutzhülle 26 angebracht wird, welche die Kontaktzone 23 in Umfangsrichtung vollständig umschließt. Auch eine solche Schutzhülle 26 lässt sich durch eine geeignete Werkstoffwahl so ausgestalten, dass kein Kraftstoff durch die Schutzhülle 26 in die Kontaktzone 23 gelangt. Beispielsweise können die Verklebung 25 und/oder die Schutzhülle 26 aus einem kraftstoffbeständigen bzw. aus einem für Kraftstoff undurchlässigen Material hergestellt sein. Insbesondere ist es möglich, die Schutzhülle 26 mittels eines Klebstoffs herzustellen, insbesondere kann für die Schutzhülle 26 grundsätzlich der gleiche Klebstoff verwendet werden, mit dem auch die Verklebung 25 herstellbar ist.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Schutzhülle 26 als Beschichtung 27 ausgeführt, die sich in axialer Richtung beiderseits der Kontaktzone 23 axial erstreckt, so dass die Beschichtung 27 einerseits ein an die Kontaktzone 23 angrenzendes Ende des Kolbenkörpers 22 und andererseits ein an die Kontaktzone 23 angrenzendes Ende des Nadelkörpers 21 umschließt. Die in 1 gezeigte Schichtdicke ist zur Veranschaulichung übertrieben groß wiedergegeben.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform kann die Schutzhülle 26 als Ringkörper 28 ausgestaltet sein. Dieser Ringkörper 28 füllt dabei einen nicht näher bezeichneten Ringraum vollständig aus, der durch an den in der Kontaktzone 23 aneinander angrenzenden Enden des Nadelkörpers 21 und des Kolbenkörpers 22 angebrachte Vertiefungen entsteht. Die jeweilige Vertiefung ist in 2 mit 29 bezeichnet.

Bei den in den 1 und 2 gezeigten besonderen Ausführungsformen weist der Kolbenkörper 22 jeweils zumindest einen Gelenkabschnitt 30 auf. Ein derartiger Gelenkabschnitt 30 charakterisiert sich durch eine erhöhte Biegeweichheit bezüglich quer zur Längsmittelachse 32 orientierten Biegebelastungen im Vergleich zu dazu axial benachbarten Abschnitten. Erreicht wird dies z.B. durch wenigstens einen Steg 31, der sich in radialer Richtung durch die Längsmittelachse 32 des Kolbenkörpers 22 erstreckt und der axial dazu benachbarte Axialabschnitte des Kolbenkörpers 22 miteinander verbindet. Ein derartiger Steg 31 wird beispielsweise durch Ausfräsen von zwei seitlichen Aussparungen realisiert, zwischen denen der jeweilige Steg 31 stehen bleibt. Die Längsrichtung des jeweiligen Stegs 31 definiert dabei eine Achse, um welche der Kolbenkörper 22 eine erhöhte Biegeelastizität besitzt. Bevorzugt weist der jeweilige Gelenkabschnitt 30 wie bei den hier gezeigten Ausführungsformen jeweils wenigstens zwei solche Stege 31 auf, die bezüglich der Längsmittelachse 32 um 90° zueinander versetzt orientiert sind. Hierdurch realisiert der jeweilige Gelenkabschnitt 30 in zwei zueinander senkrechten Richtungen eine erhöhte Biegeelastizität innerhalb des Kolbenkörpers 22. Der mit zwei oder mehr zueinander versetzt orientierten Stegen 31 versehene Gelenkabschnitt 30 funktioniert nach dem Prinzip eines Kardangelenks und realisiert dadurch eine vergleichsweise hohe Flexibilität der über den Gelenkabschnitt 30 miteinander verbundenen Abschnitte des Kolbenkörpers 22 zueinander.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform weist der Kolbenkörper 22 genau zwei derartige Gelenkabschnitte 30 auf. Dabei ist der eine Gelenkabschnitt 30 in einem an die Kontaktzone 23 angrenzenden Endabschnitt 33 des Kolbenkörpers 22 ausgebildet, während der andere Gelenkabschnitt 30 in einem an die Steuerfläche 13 angrenzenden Endabschnitt 34 des Kolbenkörpers 22 ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Endabschnitte 33, 34 des Kolbenkörpers 22 einerseits koaxial zum Nadelkörper 21 und andererseits koaxial zu einer Axialführung 35 auszurichten, welche die axiale Führung der Düsennadel 9 an dem vom Nadelkörper 21 entfernten Abschnitt übernimmt. Zu diesem Zweck ist der an die Steuerfläche 13 angrenzende Endabschnitt 34 in der Axialführung 35 hubverstellbar gelagert. Besagte Axialführung 35 ist ortsfest an einer Zwischenplatte 36 ausgebildet und begrenzt den Steuerraum 14 radial. Die Zwischenplatte 36 begrenzt einerseits den Steuerraum 14 axial und andererseits den Kopplerraum 18 axial. Durch die Zwischenplatte 36 hindurch erfolgt die hydraulische Kopplung zwischen Steuerraum 14 und Kopplerraum 18. Des weiteren kommuniziert der Steuerraum 14, z.B. durch die Axialführung 35 hindurch, mit dem Hochdruckraum 12, also mit dem Zuführpfad 7, allerdings gedrosselt. Ein entsprechender Verbindungspfad ist hier durch eine gedrosselte Bohrung 37 angedeutet.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der Kolbenkörper 22 nur einen solchen Gelenkabschnitt 30 auf. Der Gelenkabschnitt 30 ist dabei in dem an die Kontaktzone 23 angrenzenden Endabschnitt 33 ausgebildet. Am anderen, an die Steuerfläche 13 angrenzenden Endabschnitt 34 ist eine Steuerraumdichthülse 38 hubverstellbar gelagert. Die Steuerraumdichthülse 38 begrenzt den Steuerraum 14 radial und liegt ebenfalls an einer Zwischenplatte 36 axial an. Auch die in 2 gezeigte Zwischenplatte 36 begrenzt einerseits den Steuerraum 14 und andererseits den Kopplerraum 18 axial. Auch hier ist der Steuerraum 14 durch die Zwischenplatte 36 hindurch mit dem Kopplerraum 18 hydraulisch gekoppelt. Darüber hinaus ist hier zusätzlich eine hydraulische Kopplung zwischen dem Kopplerraum 18 und dem Hochdruckraum 12 realisiert, beispielsweise durch eine gedrosselte Bohrung 39 als Verbindungspfad.

Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen ist die Düsennadel 9 jeweils zweiteilig und besteht daher ausschließlich aus dem Nadelkörper 21 und dem Kolbenkörper 22.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Düsennadel 9 mit Hilfe einer Schließdruckfeder 40 in ihre Schließrichtung vorgespannt. Die Schließdruckfeder 40 stützt sich dabei einerseits an der Axialführung 35 und andererseits über einen Bund 41 an der Düsennadel 9 beziehungsweise am Kolbenkörper 22 ab. Auch bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist eine Schließdruckfeder 40 vorgesehen, die sich einerseits über einen Bund 41 an der Düsennadel 9 beziehungsweise am Kolbenkörper 22 abstützt, während sie sich andererseits axial an der Steuerraumdichthülse 38 abstützt. Hierdurch ist die Steuerraumdichthülse 38 axial gegen die Zwischenplatte 36 vorgespannt. Gleichzeitig ist bei dieser Ausführungsform die Steuerraumdichthülse 38 quer zur Längsmittelachse 32 des Kolbenkörpers 22 entlang der Zwischenplatte 36 verschiebbar. Hierdurch können Lagetoleranzen ausgeglichen werden. Die kommunizierende Verbindung zwischen Steuerraum 14 und Hochdruckraum 12 erfolgt bei der Ausführungsform gemäß 2 z.B. durch die Steuerraumdichthülse 38 hindurch, z.B. durch eine gedrosselte Bohrung 37 als Verbindungspfad.

Die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen arbeiten wie folgt:

Im gezeigten Ausgangszustand sind die Steuerventile 15 so geschaltet, dass ihr jeweiliges Ventilglied 16 die hydraulische Kopplung zwischen dem Kopplerraum 18 und dem Niederdruckpfad 20 sperrt. In der Folge herrscht im Kopplerraum 18 ebenso wie im Steuerraum 14 Einspritzdruck. Die Düsennadel 9 sitzt im Nadelsitz 11 und trennt das wenigstens eine Spritzloch 5 vom Zuführpfad 7.

Um eine Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, wird das jeweilige Steuerventil 15 so betätigt, dass sein Ventilglied 16 die hydraulische Kopplung zwischen Kopplerraum 18 und Niederdruckpfad 20 öffnet. In der Folge sinkt der Druck im Kopplerraum 18. In der Folge sinkt auch der Druck im Steuerraum 14. Die Druckabnahme im Steuerraum 14 reduziert die an der Steuerfläche 13 angreifenden Schließkräfte, wodurch die Düsennadel 9 aus ihrem Sitz 11 abhebt und das wenigstens eine Spritzloch 5 mit dem Zuführpfad 7 verbindet. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das jeweilige Steuerventil 15 so angesteuert, dass sein Ventilglied 16 die Kopplung zwischen Kopplerraum 18 und Niederdruckpfad 20 wieder sperrt. In der Folge kann der Druck im Kopplerraum 18 sowie im Steuerraum 14 wieder ansteigen, was die Schließdruckkräfte an der Steuerfläche 13 wieder erhöht.