Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Kraftstoffinjektor mit einem Düsenkörper, in dem ein Einspritzventilglied in zwei Führungen geführt ist, ist z. B. aus DE-T 691 04 525 bekannt. Bei dem hier offenbarten Kraftstoffinjektor wird das Einspritzventilglied in einer ersten Führung, die auf der den Einspritzöffnungen abgewandten Seite des Einspritzventilgliedes ausgebildet ist, geführt. Die axiale Erstreckung dieser Führung ist dabei wesentlich länger als der Durchmesser des Einspritzventilgliedes. An der der Einspritzöffnung zugewandten Seite ist das Einspritzventilglied in einer zweiten Führung geführt, deren Länge etwa dem Durchmesser des Einspritzventilgliedes entspricht. Aufgabe dieser Führung ist jedoch nicht nur die Führung des Einspritzventilgliedes, sondern das Zumessen einer vorbestimmten Kraftstoffmenge zum Einspritzen in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Hierzu sind im unteren Führungsbereich Freiflächen ausgebildet, oberhalb derer sich ein Zumessring am Einspritzventilglied befindet, welcher in die Führung einführbar ist und so den Kraftstofffluss in Richtung der Einspritzöffnung beendet. Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektors ist insbesondere die lange obere Führung des Einspritzventilgliedes. Hierdurch ist eine hochpräzise Fertigung erforderlich, um eine Schrägstellung der Nadel zu vermeiden. Diese Schrägstellung, auch Desaxierung genannt, führt zu einer unregelmäßigen Strahlausbildung des in den Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffes und beeinflusst hierdurch auch die Emission der Verbrennungskraftmaschine negativ.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Einspritzventilglied, welches mindestens eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt und welches in zwei Führungen in einem Gehäuse des Injektors geführt ist. Dabei ist eine Führung an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite des Gehäuses und die zweite Führung an der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite des Gehäuses angeordnet. Das Verhältnis der Länge der Führung, die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung liegt im Bereich von 0,5 bis 2, und das Verhältnis der Länge der Führung, die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung im Bereich von 0,25 bis 1.

Bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge der Führung, die an der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung im Bereich von 0,5 bis 1. Das Verhältnis der Länge der Führung, die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 0,75.

Durch die an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Einspritzventilgliedes angeordneten Führungen, deren Länge kleiner ist als der Durchmesser des Einspritzventilgliedes erfolgt eine verbesserte Führung des Einspritzventilgliedes im Vergleich zur Führung des Einspritzventilgliedes, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch die zwei auseinander liegenden kurzen Führungen wird die Schrägstellung des Einspritzventilgliedes, d. h. die Desaxierung, im Düsensitz minimiert. Diese Minimierung erfolgt dabei sowohl im statischen als auch im dynamischen Zustand. Dabei tritt der statische Zustand bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine und der dynamische Zustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ein. Bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine steht das Einspritzventilglied in seinem Sitz, um so die mindestens eine Einspritzöffnung zu verschließen, über welche der Kraftstoff bei laufender Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum eingespritzt wird. Bei laufender Verbrennungskraftmaschine hebt sich das Einspritzventilglied entsprechend der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, um dem Brennraum den benötigten Kraftstoff zuzuführen.

Um ein Schleifen der Führung, die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandeten Seite des Einspritzventilgliedes angeordnet ist, zu ermöglichen, ist zwischen der Führung und dem Sitz, in welchen das Einspritzventilglied gestellt werden kann, um die mindestens eine Einspritzöffnung zu verschließen, in einer ersten Ausführungsform ein Freistich im Injektorgehäuse ausgebildet.

In einer zweiten Ausführungsform öffnet sich das Injektorgehäuse in Form eines Stufenrückzuges vom Ventilsitz zur ersten Führung hin. Die erste Führung schließt sich direkt an den Stufenrückzug an.

Das Verhältnis des Abstandes zwischen dem Sitz, in welchen das Einspritzventilglied gestellt werden kann, um die mindestens eine Einspritzöffnung zu verschließen, und der Führung, die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite des Einspritzventilgliedes angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung, liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 2. Insbesondere liegt das Verhältnis des Abstandes zum Durchmesser der Führung im Bereich von 1 bis 1,5.

Das Verhältnis des Abstandes zwischen den Führungen bezogen auf den Durchmesser der Führung liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5, insbesondere im Bereich von 3,25 bis 3,75.

Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Dieser wird in einem Druckraum bereitgestellt, der zwischen der Führung des Einspritzventilgliedes, die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite des Einspritzventilgliedes ausgebildet ist, und dem Sitz des Einspritzventilgliedes ausgebildet. Um den Druckraum mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff zu befüllen, sind am Einspritzventilglied im Bereich der Führungen Freiflächen ausgebildet. Der Kraftstoff strömt entlang der Freiflächen in den Druckraum ein. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass zur Führung des Einspritzventilgliedes Rippen im Injektorgehäuse ausgebildet sind. Die Rippen können z. B. in axialer Richtung oder schneckenförmig im Injektorgehäuse verlaufen. Der Kraftstoff kann dann in den Räumen zwischen den einzelnen Rippen in Richtung des Druckraumes strömen. In diesem Fall ist es nicht notwendig, am Einspritzventilglied Freiflächen auszubilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1

einen unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2

einen erfindungsgemäß ausgebildeten unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors,

Figur 3

einen erfindungsgemäß ausgebildeten unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors in einer zweiten Ausführungsform und

Figur 4

einen erfindungsgemäß ausgeführten unteren Abschnitt eines Kraftstoffinjektors mit darin geführtem Einspritzventilglied.

Figur 1 zeigt einen unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Stand der Technik.

Ein unterer Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors umfasst ein unteres Gehäuseteil 1, in welchem eine erste Führung 3 und eine zweite Führung 5 für ein hier nicht dargestelltes Einspritzventilglied ausgebildet sind. Die erste Führung 3 ist an der Seite ausgebildet, die mindestens einer Einspritzöffnung 7 zugewandt ist. Die zweite Führung 5 ist an der der mindestens einen Einspritzöffnung 7 abgewandeten Seite angeordnet. Gemäß der Ausführungsform, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist die zweite Führung 5 im Vergleich zum Durchmesser des Einspritzventilgliedes in einer großen Länge gefertigt. Die vergleichsweise große Länge der zweiten Führung 5 erfordert eine hochpräzise Fertigung, um eine Desaxierung des Einspritzventilgliedes zu vermeiden.

Zwischen der ersten Führung 3 und der zweiten Führung 5 ist ein erster Freistich 9 ausgebildet. Die Länge des ersten Freistiches 9, hier mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet, entspricht dabei im Wesentlichen der Länge der zweiten Führung 5, die hier mit Bezugszeichen 13 bezeichnet ist.

Im Bereich zwischen einem Ventilsitz 15, in den das Einspritzventilglied gestellt wird, um die mindestens eine Einspritzöffnung 7 zu verschließen, und der ersten Führung 3 ist ein zweiter Freistich 17 ausgebildet. Durch die Position der ersten Führung 3 relativ dicht zur zweiten Führung 5 ergibt sich ein großer Abstand 19 zwischen der ersten Führung 3 und dem Ventilsitz 15. Hieraus ergibt sich, dass das Einspritzventilglied über einen langen Bereich zwischen der ersten Führung 3 und dem Ventilsitz 15 nicht geführt wird. In diesem Bereich kann es zu einer Desaxierung und damit zu unsauberem Öffnen und Schließen des Einspritzventilgliedes kommen.

Ein weiterer Nachteil der langen zweiten Führung 5, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist, dass sich z. B. Fertigungsungenauigkeiten am Einspritzventilglied direkt auf die Stellung des Einspritzventilgliedes im unteren Gehäuseteil 1 auswirken. Ebenso wirken sich Formunterschiede der Führungen, wie sie z. B. durch Fertigungsprozesse entstehen können, auf die Stellung des Einspritzventilgliedes im unteren Gehäuseteil 1 aus. Solche Formunterschiede sind z. B. konische oder tonnenförmige Verformungen der Führungen 3, 5.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter unterer Abschnitt eines Kraftstoffinjektors dargestellt.

Auch bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors umfasst dieser ein unteres Gehäuseteil 1. Erfindungsgemäß sind im unteren Gehäuseteil 1 eine erste Führung 21 und eine zweite Führung 23 ausgebildet. In den Führungen 21, 23 wird ein in Figur 2 ebenfalls nicht dargestelltes Einspritzventilglied geführt.

Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik und in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die erste Führung 21 und die zweite Führung 23 kürzer ausgeführt. Die Länge der ersten Führung 21 ist mit Bezugszeichen 25 und der Durchmesser der ersten Führung 21 mit Bezugszeichen 27 bezeichnet. Erfindungsgemäß liegt das Verhältnis von Länge 25 der ersten Führung 21 zum Durchmesser 27 der ersten Führung 21 im Bereich von 0,25 bis 1. Bevorzugt liegt das Verhältnis im Bereich von 0,5 bis 0,75.

Mit Bezugszeichen 29 ist die Länge der zweiten Führung 23 bezeichnet. Der Durchmesser der zweiten Führung 23 hat das Bezugszeichen 31. Das Verhältnis der Länge 29 der zweiten Führung 23 zum Durchmesser 31 der zweiten Führung 23 liegt erfindungsgemäß im Bereich von 0,5 bis 2. Bevorzugt liegt das Verhältnis von Länge der zweiten Führung 23 zum Durchmesser der zweiten Führung 23 im Bereich von 0,5 bis 1.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Durchmesser 27 der ersten Führung 21 und der Durchmesser 31 der zweiten Führung 23 gleich groß.

Um eine eventuell auftretende Desaxierung des Einspritzventilgliedes ausgleichen zu können und so eine konstantere Strahlausbildung des Kraftstoffes durch die Einspritzöffnung 7 zu erzielen, ist die erste Führung 21 dichter am Ventilsitz 15 platziert als dies bei einem Kraftstoffiinjektor gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Durch die konstantere Strahlausbildung des Kraftstoffes durch die Einspritzöffnung 7 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine gleichmäßigere Verbrennung des Kraftstoffes und somit auch eine niedrigere Emission. Ein weiterer Vorteil, dass der Abstand 33 zwischen der ersten Führung 21 und dem Ventilsitz 15 erfindungsgemäß kleiner ausgeführt wird als der Abstand 19 zwischen erster Führung 3 und Ventilsitz 15 gemäß dem Stand der Technik, ist, dass der Verschleiß am Einspritzventilglied und an der zweiten Führung 23 reduziert werden kann. Eine Verschleißreduzierung an der zweiten Führung 23 ergibt sich dadurch, dass der Abstand zwischen der ersten Führung 21 und der zweiten Führung 23, der durch einen Freistich 35 zwischen der ersten Führung 21 und der zweiten Führung 23 gebildet wird, größer ist als die Länge 11 des ersten Freistiches 9 gemäß dem Stand der Technik. Hierdurch steht ein längerer Weg zur Verfügung, auf dem das Einspritzventilglied ausgerichtet werden kann. Hierdurch wirken geringere radiale Kräfte auf die zweite Führung 23.

Zwischen der ersten Führung 21 und dem Ventilsitz 15 ist ein zweiter Freistich 37 ausgebildet. Der zweite Freistich 37 wird benötigt, um die erste Führung 21 innerhalb der vorgegebenen Toleranzen durch Schleifen fertigen zu können.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors in einer zweiten Ausführungsform.

Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform durch die Position der ersten Führung 21. Hierzu öffnet sich das untere Gehäuseteil 1 vom Ventilsitz 15 in Form eines Stufenrückzuges 38 zur ersten Führung 21 hin. Durch den Stufenrückzug 38 ist es nicht erforderlich, den zweiten Freistich 37 auszubilden. Aus diesem Grund kann die erste Führung 21 näher am Ventilsitz 15 ausgebildet werden als in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform.

Das Verhältnis der Länge 25 der ersten Führung 21 zum Durchmesser 27 der ersten Führung 21 liegt auch bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform im Bereich von 0,25 bis 1, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,75.

Die Position der zweiten Führung 23 und das Verhältnis der Länge 29 zum Durchmesser 31 der zweiten Führung 23 entspricht der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform.

Figur 4 zeigt einen unteren Gehäuseabschnitt eines Kraftstoffinjektors mit darin geführtem Einspritzventilglied.

Das untere Gehäuseteil 1 ist wie in Figur 2 dargestellt aufgebaut. In der in Figur 4 dargestellten Position steht das Einspritzventilglied 39 mit einer Dichtkante 41 im Ventilsitz 15 und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffnung 7. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 ist zu erkennen, dass der zweite Freistich 37 Teil eines Düsenraumes 43 ist, der zwischen der ersten Führung 21 und dem Ventilsitz 15 ausgebildet ist. Im Düsenraum 43 befindet sich bei verschlossener Einspritzöffnung 7 unter Systemdruck stehender Kraftstoff. Sobald sich das Einspritzglied 39 mit der Dichtkante 41 aus dem Ventilsitz 15 hebt und so die mindestens eine Einspritzöffnung 7 freigibt, strömt der im Düsenraum 41 unter Systemdruck stehende Kraftstoff durch die mindestens eine Einspritzöffnung 7 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.

Am Einspritzventilglied 39 sind Freiflächen 45 ausgebildet, durch welche im Bereich der ersten Führung 21 und der zweiten Führung 23 ein Kanal gebildet wird, durch den Kraftstoff zum Düsenraum 43 strömen kann. Der Kraftstoff strömt aus einem Federraum 47, der einen zapfenförmigen Fortsatz 49 des Einspritzventilgliedes 39 umschließt, entlang der Freiflächen 45 in den Düsenraum 43. Der Federraum 47 ist mit einem Kraftstoffzulauf, hier nicht dargestellt, verbunden. Aus dem Kraftstoffzulauf wird Kraftstoff z. B. aus einem Hochdruckspeicher eines Common-Rail-Systems dem Kraftstoffinjektor zugeführt.

Der zapfenförmige Fortsatz 49 am Einspritzventilglied 39 dient zur Stabilisierung eines hier nicht dargestellten Federelementes, welches den zapfenförmigen Fortsatz 49 umschließt. Durch den zapfenförmigen Fortsatz 49 wird vermieden, dass das hier nicht dargestellte Federelement durch die darauf ausgeübte Druckkraft abknickt. Das Federelement ist im Allgemeinen eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.

Da durch den Freistich 35 zwischen der ersten Führung 21 und der zweiten Führung 23 ein Ringraum um das Einspritzventilglied 39 gebildet wird, ist es nicht erforderlich, die Freiflächen 45, wie in Figur 3 dargestellt, über die gesamte Länge des Einspritzventilgliedes 39 auszubilden. Es ist ausreichend, wenn jeweils eine Freifläche im Bereich der ersten Führung 21 und eine zweite Freifläche im Bereich der zweiten Führung 23 vorgesehen sind. Der Kraftstoff strömt dann entlang der Freifläche im Bereich der zweiten Führung 23 in den durch den Freistich 35 gebildeten Ringraum und von dort weiter entlang der Freifläche im Bereich der ersten Führung 21 in den Düsenraum 43.

Die Länge des Freistichs 35 ist hier mit Bezugszeichen 51 bezeichnet. Die Länge 51 des Freistichs 35 ist vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis der Länge 51 des Freistichs 35 bezogen auf den Durchmesser 27 der ersten Führung 21 im Bereich von 2 bis 5 liegt.

Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge 51 des Freistichs 35 bezogen auf den Durchmesser 27 der ersten Führung 21 im Bereich von 3,25 bis 3,75.

Anstelle der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Führungen ist es auch möglich, im unteren Gehäuseteil 1 im Bereich der Führungen 21 und 23 Rippen auszubilden, in denen das Einspritzventilglied 39 geführt ist. Die Rippen sind vorzugsweise in axialer Richtung ausgerichtet. Es ist jedoch auch möglich, die Rippen z. B. schneckenförmig, wie ein Gewinde, im unteren Gehäuseteil 1 auszubilden. Wenn die Führungen 21 und 23 in Form von Rippen ausgebildet sind, ist es nicht erforderlich, die Freiflächen 45 am Einspritzventilglied 39 vorzusehen, da der Kraftstoff dann zwischen den Rippen der Führungen vom Federraum 47 in den durch den Freistich 35 gebildeten Ringraum und von dort in den Düsenraum 43 strömen kann.