DE102005024045A1

DE102005024045A1 - Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102005024045A1
Application number: DE200510024045
Authority: DE
Inventors: Thomas-Christian Hofmann; Manfred Giel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30
Also published as: WO2006125689A1

Abstract

Es wird ein Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, dessen Betriebsverhalten insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Einspritzmengen gegenüber herkömmlichen Injektoren verbessert ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum über eine Ablaufdrossel und ein Steuerventil mit einem Kraftstoffrücklauf hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil eine Führungsplatte zur Führung eines Stellglieds aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte hindurch in den Kraftstoffrücklauf abgeführt wird.

Diese Injektoren arbeiten sehr zuverlässig. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird in Abhängigkeit der gewünschten Leistung und des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine über die Ansteuerdauer der Injektoren eingestellt. Diese Art der Leistungsregelung arbeitet nur dann zufriedenstellend, wenn ein direkter Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer des Steuerventils und der eingespritzten Kraftstoffmenge besteht.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass in Einzelfällen dieser direkte Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer des Steuerventils und der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht besteht. Dieser Effekt tritt vor allem im Bereich kleiner Ansteuerzeiten auf und hängt von der Toleranzlage der für den Bau des Injektors verwandten Bauteile ab.

In diesen Fällen stellt sich ein sogenanntes Plateau in der Kennlinie der Einspritzmenge ein. Dieses Plateau erschwert vor allem die genaue Zumessung kleiner und kleinster Einspritzmengen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor bereitzustellen, dessen Kennlinie auch bei ungünstigster Toleranzlage der verwendeten Bauelemente stets einen direkten Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer und der Einspritzmenge hat und somit die genaue Zumessung der gewünschten Einspritzmengen über die gesamte Kennlinie des Injektors ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum über eine Ablaufdrossel und ein Steuerventil mit einem Kraftstoffrücklauf hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil eine Führungsplatte zur Führung eines Stellglieds aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte in den Kraftstoffrücklauf abgeführt wird, dadurch gelöst, dass die Führungsplatte mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen aufweist, und dass die Steuermenge des Injektors durch die mindestens drei Öffnungen abgeführt wird.

Es hat sich bei Prüfstandsversuchen herausgestellt, dass das Betriebsverhalten des Steuerventils und mit ihm das Betriebsverhalten des Injektors vor allem im Bereich kleiner Ansteuerdauer und demzufolge auch kleinster Kraftstoffeinspritzmengen signifikant verbessert wird, wenn die Leckage und Steuermenge des Injektors an mindestens durch drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Öffnungen der Führungsplatte abfließen kann.

Durch den in der Summe großen Querschnitt der Öffnungen kann die Steuermenge besonders rasch abgeführt werden. Wegen des rotationssymmetrischen Aufbaus der Führungsplatte wirken keine Seitenkräfte auf das Ventilglied, so dass sich dessen Betriebsverhalten verbessert.

Außerdem können durch die mindestens drei Öffnungen Druckwellen, die durch die Stellbewegung des Ventilglieds entstehen, rasch abgebaut werden, so dass die Neigung des Ventilglieds zum Prellen vermindert wird. Die Öffnungen wirken gleichzeitig als Dämpfungselement für die Druckwellen.

Vorteile der Erfindung

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Führungsplatte ist vorgesehen, dass vier Öffnungen in der Führungsplatte vorgesehen sind und diese vier Öffnungen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.

Es hat sich als vorteilhaft und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als günstig erwiesen, wenn die Öffnungen in der Führungsplatte als kreisrunde Bohrungen ausgeführt sind.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäß ausgestalteten Führungsplatte, wenn das Ventilglied des Steuerventils als Kugel ausgebildet ist, weil durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Führungsplatte seitliche Auslenkungen des Ventilglieds vermieden werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Ventilglied als Ankerbolzen ausgeführt, wobei der Ankerbolzen in einer Hülse der Führungsplatte geführt wird.

Vorteilhafterweise umfasst das Steuerventil einen Elektromagnet, der in bestromtem Zustand den Ankerbolzen gegen eine Federkraft anzieht und so das Ventilglied in seine Offen-Stellung bringt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors im Schnitt,
2 ein Detail aus 1,
3 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Führungsplatte in zwei Ansichten,
4 die Kennlinie eines Injektors nach dem Stand der Technik, und
5 die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Injektors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehener Injektor im Schnitt dargestellt.
In einem Gehäuse 2 des Injektors sind ein Steuerkolben 3 sowie eine Düsennadel 5 in axialer Richtung verschiebbar geführt und gelagert. An seinem der Düsennadel 5 abgewandten Ende mündet der Steuerkolben 3 in einen Steuerraum 7. Zwischen dem Steuerraum 7 und einem Kraftstoffrücklauf 9 sind eine Ablaufdrossel 11 und ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 13 versehenes Steuerventil angeordnet.
In 2 ist der Bereich zwischen Steuerraum 7 und Kraftstoffrücklauf 9 stark vergrößert und im Detail dargestellt. Anhand der 2 wird dieser Bereich des Injektors nachfolgend noch ausführlich erläutert.
Der Bereich des Injektors 1, der den Steuerkolben 3 und die Düsennadel 5 umfasst, wird nicht näher erläutert, da die Funktionsweise eines Injektors jedem Fachmann auf dem Gebiet der Einspritztechnik bekannt ist.
Wie aus 2 ersichtlich, umfasst das Steuerventil 13 ein Ventilglied 15, das bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugel ausgeführt ist. Dieses Ventilglied 15 wird von einem Ankerbolzen 17 in einen Ventilsitz 19 gepresst. Diese Position ist in 2 dargestellt und stellt die Schließstellung des Steuerventils 3 dar. In dieser Schließstellung ist auch die Düsennadel 5 des Injektors 1 geschlossen.
Wenn das Steuerventil 13 geschlossen ist, findet in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise über eine Zulaufdrossel 21 ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 7 und den übrigen mit Hochdruck beaufschlagten Bereichen des Injektors 1 statt.
Der Ankerbolzen 17 wird in einer Hülse 23, die Teil einer Führungsplatte 25 ist, axial verschiebbar geführt. An dem in 2 oberen Ende des Ankerbolzens 17 ist eine Ankerplatte 27 auf den Ankerbolzen 17 auf gepresst und mit Hilfe eines Sicherungsrings 29 in axialer Richtung fixiert.
Der Ankerbolzen 17 wird von einer Schließfeder 31 in die Schließstellung gedrückt. Der Hub h des Ankerbolzens 17 wird durch einen Absatz 33 am Ankerbolzen 17 begrenzt.
Zwischen der Führungsplatte 25 und der Ankerplatte 27 ist eine Druckfeder 35 eingespannt, welche die Ankerplatte 27 in Anlage an dem Sicherungsring 29 hält. Die Federrate und die Vorspannung der Druckfeder 35 ist sehr viel kleiner als die der Schließfeder 31, so dass die von der Schließfeder 31 auf den Ankerbolzen 17 ausgeübte Schließkraft größer ist als die dieser Schließkraft entgegenwirkende Kraft der Druckfeder 35.
In 2 ist oberhalb der Ankerplatte 27 ein Elektromagnet 37 angeordnet, der in bestromtem Zustand die Ankerplatte 27 und mit ihr den Ankerbolzen 17 gegen die Kraft der Schließfeder 31 anzieht und somit das Steuerventil 13 öffnet.
In der Führungsplatte 25, die in 3 detailliert dargestellt ist, sind vier Öffnungen 39 vorgesehen, die jeweils zueinander einen Winkel von 90° einschließen.
Dadurch, dass die vier Öffnungen 39 über den gesamten Umfang der Führungsplatte 25 verteilt sind, wird ein besonders gutes Betriebsverhalten des Steuerventils 13 und mit ihm des Injektors 1 erzielt. Dieses Betriebsverhalten, vor allem im Bereich kleinster Einspritzmengen, wird dadurch verbessert, dass einerseits über den in Summe großen Querschnitt der von Öffnungen 39 die Steuermenge rasch aus dem Steuerraum 7, der Ablaufdrossel 11 sowie dem Ventilglied 15 abgeführt werden kann. Dadurch öffnet das Steuerventil 13 schnell, was sich positiv auf die Zumessung kleinster Kraftstoffeinspritzmengen auswirkt.
Weil die Öffnungen 39 gleichzeitig eine Dämpfungswirkung haben, werden die von der Stellbewegung des Steuerventils 13 ausgelösten Druckwellen an der Führungsplatte 25 nicht oder nur in sehr geringem Umfang reflektiert,. Größtenteils wird die in den Druckwellen vorhandene Energie an den Öffnungen 39 dissipiert. Dadurch wird das sogenannte Prellen beziehungsweise ein instabiles Verhalten des Ventilglieds 15 wirksam unterbunden, was sich ebenfalls positiv auf das Betriebsverhalten des Steuerventils 13 und des Injektors 1 auswirkt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Führungsplatten 25 mit vier Öffnungen 39 beschränkt. Es sind auch andere Zahlen von Öffnungen 39 möglich. Vor allem ist jedoch von Bedeutung, dass mindestens drei Öffnungen 39 gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
In 4 ist die Kennlinie eines herkömmlichen Injektors aufgetragen. Auf der X-Achse ist die Ansteuerdauer T_A aufgetragen, während in der Ordinate die Einspritzmenge in mm³ pro Einspritzung E aufgetragen ist. Aus dieser Kennlinie gemäß 4 wird deutlich, dass die Kennlinie im Bereich von etwa 0,8 mm³/Einspritzung ein Plateau aufweist. Dieses Plateau ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge auch bei geänderter Ansteuerdauer T_A nahezu konstant bleibt. Dies bedeutet, dass im Bereich des Plateaus durch eine Änderung der Ansteuerdauer T_A die Einspritzmenge nicht beeinflusst werden kann. Daraus ergeben sich Beeinträchtigungen des Betriebsverhaltens des Injektors und die Streuung des Betriebsverhaltens verschiedener Exemplare eines in Serie gefertigten Injektors nimmt stark zu.
Bei dem erfindungsgemäßen Injektor, dessen Kennlinie exemplarisch in 5 dargestellt ist, fehlt das zuvor beschriebene Plateau vollständig. Es ist vielmehr so, dass jeder Ansteuerdauer T_A eine bestimmte Einspritzmenge zugeordnet werden kann. Dadurch ist es möglich, über die Ansteuerdauer T_A des Steuerventils 13 jede gewünschte Einspritzmenge mit sehr großer Genauigkeit anzusteuern. Daraus ergeben sich insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Einspritzmengen Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Injektoren, die sich nicht zuletzt in einem besseren Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine und verringerten Emissionen positiv bemerkbar macht.

Claims

Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum (7), wobei der Steuerraum (7) über eine Ablaufdrossel (11) und ein Steuerventil (13) mit einem Kraftstoffrücklauf (9) hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil (13) eine Führungsplatte (25) zur Führung eines Stellglieds (17) aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte (25) in den Kraftstoffrücklauf (9) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsplatte (25) mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen (39) aufweist, und dass die Steuermenge des Injektors durch die mindestens drei Öffnungen (39) abgeführt wird.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Öffnungen (39) in der Führungsplatte (25) vorgesehen sind, und dass die vier Öffnungen (39) in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Öffnungen (39) in der Führungsplatte (25) als kreisrunde Bohrungen ausgeführt sind.
Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Ventilglied (15) des Steuerventils (13) als Kugel ausgeführt ist.
Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als Ankerbolzen (17) ausgeführt ist, und dass der Ankerbolzen (17) in einer Hülse (23) der Führungsplatte (25) geführt wird.
Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil einen Elektromagnet (37) umfasst, und dass der Elektromagnet (37) in bestromtem Zustand das Ventilglied (17) gegen eine Schließfeder (31) anzieht.