DE10136157A1

DE10136157A1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE10136157A1
Application number: DE2001136157
Authority: DE
Inventors: Ronald Hegner; Volker Wachter; Cyrille Bricaud
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2002-08-29

Abstract

Es wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse (201), ein über einen in dem Injektorgehäuse (201) vorgesehenen Hochdruckkanal (207) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagtes Einspritzventil (205, 206) und einen Druckanschluss (229), an welchem der Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat dem Kraftstoffinjektor (200) unter hohem Druck zugeführt wird. An dem Kraftstoffinjektor (200) ist ein Kraftstoffspeicher (227) angeordnet, welcher mit dem den Kraftstoff dem Einspritzventil (205, 206) zuführenden Hochdruckkanal (207) in Verbindung steht und in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffspeicher (227) ein durch Feingießen hergestelltes einstückiges Bauteil ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Ein solcher Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse und ein Einspritzventil, das über einen in dem Injektorgehäuse vorgesehenen Hochdruckkanal mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagbar ist. Dem Kraftstoffinjektor wird der Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat unter hohem Druck an einem Druckanschluss zugeführt. Weiterhin ist an dem Kraftstoffinjektor ein Kraftstoffspeicher angeordnet, welcher mit dem den Kraftstoff dem Einspritzventil zuführenden Hochdruckkanal in Verbindung steht und in welchen der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird.

Der Kraftstoffspeicher dient als ein ölelastischer Speicher, dessen Kraftstoffvolumen ausreichend ist, um den bei einem jeweiligen Einspritzvorgang einzuspritzenden Kraftstoff unter ausreichendem Druck für den jeweiligen Kraftstoffinjektor einzelnen zur Verfügung zu stellen, im Gegensatz zu einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem mehrere Kraftstoffinjektoren aus einem gemeinsamen ölelastischen Speicher in Form einer Common-Rail-Schiene mit dem einzuspritzenden Kraftstoff versorgt werden.

Ein Nachteil von bekannten derartigen Kraftstoffinjektoren ist es, dass der Kraftstoffspeicher wegen der zu beherrschenden hohen Kraftstoffdrücke (typischerweise 1500 bar, vorzugsweise über 1800 bar) aus Festigkeitsgründen nur als sperrige Bauteile und mit hohem Aufwand herstellbar sind.

Aus der DE 199 17 190 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Kraftstoffspeicher, in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird, unmittelbar an dem Injektorgehäuse vorgesehen ist. Über die Art der Ausbildung des Kraftstoffspeichers sind jedoch keine näheren Angaben gemacht.

Aus der DE 196 47 049 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Kraftstoffspeicher, in welchem der einzuspritzende Kraftstoff für mehrere Kraftstoffinjektoren unter hohem Druck vorgehalten wird, in Form einer Hohlkugel dargestellt ist, die aus zwei geschmiedeten hohlen Halbkugeln zusammengeschweißt ist.

Aus der CH 669 822 A5 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Kraftstoffspeicher an der Rückseite des Injektorgehäuses vorgesehen ist, in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird.

Schließlich ist auch aus der US 4 712 582 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem am rückwärtigen Ende des Kraftstoffinjektors innerhalb des Injektorgehäuses ein Kraftstoffspeicher vorgesehen ist, in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Kraftstoffinjektor der vorausgesetzten Art mit einem Kraftstoffspeicher in kompakter Bauweise zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geschaffen. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse, ein über einen in dem Injektorgehäuse vorgesehenen Hochdruckkanal mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagtes Einspritzventil und einen Druckanschluss, an welchem der Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat dem Kraftstoffinjektor unter hohem Druck zugeführt wird. An dem Kraftstoffinjektor ist ein Kraftstoffspeicher angeordneten, welcher mit dem den Kraftstoff dem Einspritzventil zuführenden Hochdruckkanal in Verbindung steht und in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffspeicher ein durch Feingießen hergestelltes einstückiges Bauteil ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist sein kompakte Bauweise, da die Herstellung des Kraftstoffspeichers durch Feingießen kompaktere Abmessungen des Kraftstoffspeichers gestattet, als es herkömmlich möglich ist. Nur durch Feingießen wird es überhaupt möglich, auch bei geringem zur Verfügung stehenden Platz, den Kraftstoffspeicher direkt am Kraftstoffinjektor vorzusehen. Auf separate Einzelspeicher, die entfernt vom Injektor liegen, kann verzichtet werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Speichervolumen des Kraftstoffspeichers im wesentlichen kugelförmig. Dies ist in Hinblick auf eine hohe Festigkeit des Kraftstoffspeichers von Vorteil.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Speichervolumen des Kraftstoffspeichers im wesentlichen zylinderförmig.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffspeicher zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses an dessen Rückseite angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist hierbei der den Kraftstoffspeicher mit dem Injektorgehäuse verbindende Hochdruckkanal zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses in dessen rückwärtiger Verlängerung verlaufend ausgebildet.

Gemäß einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffspeicher seitlich zum Injektorgehäuse versetzt an dessen Rückseite angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist hierbei der den Hochdruckspeicher mit dem Injektorgehäuse verbindende Hochdruckkanal quer von dem Kraftstoffspeicher zur Achse des Injektorgehäuses verlaufend ausgebildet und geht in einem 90°-Bogen in die Richtung der Injektorgehäuseachse über.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mündet der Hochdruckkanal tangential in das Speichervolumen des Kraftstoffspeichers.

Vorzugsweise ist der Kraftstoffspeicher ein von dem Injektorgehäuse separat hergestelltes Bauteil, und es sind Verbindungsmittel zur Verbindung des Kraftstoffspeichers mit dem Injektorgehäuse vorgesehen, welche eine druckfeste Verbindung des das Speichervolumen mit dem Kraftstoffinjektor verbindenden Hochdruckkanals beinhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Verbindungsmittel hierbei ein an einem von dem Kraftstoffspeicher und dem Injektorgehäuse vorgesehenes Schraubengewinde und ein damit zusammenwirkendes, an dem anderen von dem Kraftstoffspeicher und dem Injektorgehäuse vorgesehenes Mutterngewinde.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfassen die Verbindungsmittel einen an dem Injektorgehäuse vorgesehenen ersten Flansch und einen mit diesen zusammenwirkenden, an dem Kraftstoffspeicher vorgesehenen zweiten Flansch und Schrauben zur Verbindung der beiden Flansche miteinander.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors dienen die Verbindungsmittel zusätzlich zur Befestigung des Kraftstoffinjektors am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.

Vorzugsweise ist der Kraftstoffspeicher aus einem Vergütungsstahl mit einer Dehngrenze von 750 MPa oder mehr hergestellt ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung bedeutet das Bezugszeichen 100 bzw. 200 insgesamt einen Kraftstoffinjektor, der zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine dient. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Injektorgehäuse 101; 201, an dessen brennraumseitigem Ende ein Einspritzventil durch eine Düsennadel 105; 205 und einen mit dieser zusammenwirkenden Ventilsitz 106; 206 ausgebildet ist. Das Einspritzventil 105, 106; 205, 206 wird über einen in dem Injektorgehäuse 101; 201 vorgesehenen Hochdruckkanal 107; 207, von welchem nur ein Teil dargestellt ist, mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagt. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor 100; 200 von einem Kraftstoffvorrat unter hohem Druck mittels einer (in der Figur nicht gezeigten) Hochdruckpumpe zugeführt. An dem Kraftstoffinjektor 100; 200 ist ein Kraftstoffspeicher 127; 227 in Form eines Einzelspeichers angeordnet, welcher mit dem den Kraftstoff dem Einspritzventil 105, 106; 205, 206 zuführenden Hochdruckkanal 107; 207 in Verbindung steht und in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird. Weiterhin enthält der Kraftstoffspeicher einen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen des Einspritzventils 105, 106; 205, 206 in Ansprache auf von außen zugeführte Steuersignale, welcher an sich dem Stande der Technik bekannt und in der Figur nicht eigens dargestellt ist.

Der Kraftstoffspeicher 127; 227 ist ein durch Feingießen hergestelltes einstückiges Bauteil. Durch das Feingießen ist es möglich den Kraftstoffspeicher 127; 227 als ein besonders kompaktes, einstückiges Bauteil mit einer relativ geringen Wandstärke herzustellen, welches in der Lage ist, dem anstehenden hohen Kraftstoffdrücken von typischerweise 1500 bar, vorzugsweise über 1800 bar standzuhalten. Beim Feingießen kann beispielsweise ein Vakuumformverfahren angewandt werden.

Das Speichervolumen 150; 250 des Kraftstoffspeichers 127; 227 ist im wesentlichen kugelförmig, wie bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen. Alternativ kann das Speichervolumen des Kraftstoffspeichers auch in einer Zylinderform dargestellt sein.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoffspeicher 127 zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses 101 an dessen Rückseite angeordnet, wobei auch der den Kraftstoffspeicher 127 mit dem Injektorgehäuse 101 bzw. mit dem in diesem vorgesehenen Einspritzventil 105, 106 verbindende Hochdruckkanal 107 zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses 101 in dessen rückwärtiger Verlängerung verlaufend ausgebildet ist.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoffspeicher 227 seitlich zu dem Injektorgehäuse 201 versetzt an dessen Rückseite angeordnet. Der den Kraftstoffspeicher 227 mit dem Injektorgehäuse 201 bzw. mit dem Einspritzventil 205, 206 verbindende Hochdruckkanal 207 verläuft von dem Kraftstoffspeicher 227 quer zu der Achse des Injektorgehäuses 201 und geht dann in einem 90°-Bogen in die Richtung der Injektorgehäuseachse über, von wo er weiter zu dem Einspritzventil 205, 206 verläuft (in der Figur nicht dargestellt).

Der Hochdruckkanal 107; 207 hat bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen einen verhältnismäßig großen Durchmesser, um keine Drosselwirkung auf den beim Einspritzvorgang von dem Kraftstoffspeicher 127; 227 abgegebenen Kraftstoff auszuüben. Ein solcher, einen großen Durchmesser aufweisender Hochdruckkanal 107; 207 kann einen Teil des gesamten Speichervolumens bilden, in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird.

Im Hochdruckkanal kann in Strömungsrichtung nach dem Hochdruckanschluss 129,229 ein Durchflussmengenbegrenzungsventil integriert sein, das jedoch nicht dargestellt ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der Hochdruckkanal 207 tangential in das Speichervolumen 250 des Kraftstoffspeichers 227. Hierdurch wird eine hohe Festigkeit der durch den Kraftstoffspeicher 227 und den Hochdruckkanal 207 gebildeten Einheit bei gleichzeitig kompakter Bauweise erreicht.

Bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Kraftstoffspeicher 127; 227 ein von dem Injektorgehäuse 101; 201 separat hergestelltes Bauteil, wobei allgemein gesprochen Verbindungsmittel zur Verbindung des Kraftstoffspeichers mit dem Injektorgehäuse vorgesehen sind, welche auch eine druckfeste Verbindung des Hochdruckkanals 107; 207 beinhalten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen diese Verbindungsmittel ein Schraubengewinde 141, welches an dem Injektorgehäuse 101 vorgesehen ist, und ein damit zusammenwirkendes Mutterngewinde 142, welches an dem Kraftstoffspeicher 127 vorgesehen ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel umfassen die Verbindungsmittel einen an dem Injektorgehäuse 201 vorgesehenen ersten Flansch 243 und einen mit diesem zusammenwirkenden, an dem Kraftstoffspeicher 227 vorgesehenen zweiten Flansch 244 und Schrauben 245, 246 zur Verbindung der beiden Flansche 243, 244 miteinander. Im Durchgang ist vorzugsweise ein Doppelkonusteil angeordnet, gegen dessen Flächen das Injektorgehäuse 201 und der Kraftstoffspeicher 227 mit entsprechenden Gegenflächen verspannt angeordnet sind. Die Spannkraft wird von den Schrauben 245, 246 aufgebracht. Dichtungen in den Flächen sorgen für eine gute Abdichtung.

Die Schrauben, welche den Hochdruckspeicher 127; 227 mit dem Injektorgehäuse 101; 201 verbinden, können zusätzlich auch zur Befestigung des Kraftstoffinjektors 100; 200 selbst am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine dienen.

Das Speichervolumen 150; 250 des Kraftstoffspeichers 127; 227 beträgt zum Beispiel ungefähr zwischen 100 und 200 ml. Bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen beträgt das Speichervolumen 150; 250 ungefähr 150 ml. Dies bedeutet, dass der Innendurchmesser des kugelförmigen Speichervolumens 150; 250 ungefähr 66 mm beträgt.

Der Kraftstoffspeicher 127; 227 ist aus einem Vergütungsstahl mit einer Dehngrenze von 750 MPa oder mehr durch Feingießen hergestellt. Der verwendete Vergütungsstahl kann z. B. 42CrMo4 sein. Bei Verwendung eines Vergütungsstahls der genannten Festigkeit können Wandstärken des Kraftstoffspeichers 127; 227 im Verhältnis zum Speichervolumen minimiert werden, wenn das Feingießen mit hoher Qualität und Güte erfolgt. Insbesondere sind höchste Anforderungen an Homogenität des Werkstoffgefüges (Lunker) und an die Qualität der inneren Oberflächen in Hinblick auf Fehlstellen, Poren, Risse und Rauhigkeit zu stellen.

Bezugszeichenliste

100

;

200

Kraftstoffinjektor

101

;

201

Injektorgehäuse

105

;

205

Düsennadel

106

;

206

Ventilsitz

107

;

207

Hochdruckkanal

127

;

227

Kraftstoffspeicher

129

;

229

Druckanschluss

141

Schraubengewinde

142

Mutterngewinde

243

erster Flansch

244

zweiter Flansch

245

;

246

Schrauben

150

;

250

Speichervolumen

Claims

1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von unter hohem Druck vorgehaltenem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (101; 201), einem über einen in dem Injektorgehäuse (102; 201) vorgesehenen Hochdruckkanal (107; 207) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagten Einspritzventil (105, 106; 205, 206) und mit einem Druckanschluss (129; 229), an welchem der Kraftstoff von einem Kraftstoffvorrat dem Kraftstoffinjektor (100; 200) unter hohem Druck zugeführt wird, sowie mit einem an dem Kraftstoffinjektor (100; 200) angeordneten mit dem den Kraftstoff dem Einspritzventil (105, 106; 205, 206) zuführenden Hochdruckkanal (107; 207) in Verbindung stehenden Kraftstoffspeicher (127; 227), in welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (127; 227) ein durch Feingießen hergestelltes einstückiges Bauteil ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (150; 250) des Kraftstoffspeichers (127; 227) im wesentlichen kugelförmig ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen des Kraftstoffspeichers im wesentlichen zylinderförmig ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (127) zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses (101) an dessen Rückseite angeordnet ist.

5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kraftstoffspeicher (127) mit dem Injektorgehäuse (101) verbindende Hochdruckkanal (107) zentrisch bezüglich der Achse des Injektorgehäuses (101) in dessen rückwärtiger Verlängerung verlaufend ausgebildet ist.

6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (227) seitlich zum Injektorgehäuse (201) versetzt an dessen Rückseite angeordnet ist.

7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kraftstoffspeicher (227) mit dem Injektorgehäuse (101) verbindende Hochdruckkanal (207) quer von dem Kraftstoffspeicher (227) zur Achse des Injektorgehäuses (201) verlaufend ausgebildet ist und in einem 90°-Bogen in die Richtung der Injektorgehäuseachse übergeht.

8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (207) tangential in das Speichervolumen (250) des Kraftstoffspeichers (227) mündet.

9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (127; 227) ein von dem Injektorgehäuse (101; 201) separat hergestelltes Bauteil ist, und dass Verbindungsmittel (141, 142; 243, 244, 245, 246) zur Verbindung des Kraftstoffspeichers (127; 227) mit dem Injektorgehäuse (101; 201) vorgesehen sind, welche eine hochdruckfeste Verbindung des Hochdruckkanals (107; 207) beinhaltet.

10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel ein an einem von dem Kraftstoffspeicher (127) und dem Injektorgehäuse (101) vorgesehenes Schraubengewinde (141) und ein damit zusammenwirkendes, an dem anderen von dem Kraftstoffspeicher (127) und dem Injektorgehäuse (101) vorgesehenes Mutterngewinde (142) umfasst.

11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel einen an dem Injektorgehäuse (201) vorgesehenen ersten Flansch (243) und einen mit diesem zusammenwirkenden, an dem Kraftstoffspeicher (227) vorgesehenen zweiten Flansch (244) und Schrauben (245, 246) zur Verbindung der beiden Flansche (243, 244) miteinander umfasst.

12. Kraftstoffspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (141, 142; 243, 244, 245, 246) zusätzlich zur Befestigung des Kraftstoffinjektors (100; 200) am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine dienen.

13. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (127; 227) aus einem Vergütungsstahl mit einer Dehngrenze von 750 MPa oder mehr hergestellt ist.