DE102009045556A1

DE102009045556A1 - Injektor

Info

Publication number: DE102009045556A1
Application number: DE200910045556
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann; Axel Schnaufer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (22), und mit einem Piezoaktor (30), der über einen mindestens einen Kopplerkolben (32) aufweisenden hydraulischen Koppler das Ventilelement (22) ansteuert, wobei der Koppler einen Kopplerkörper (35) mit wenistens einer Durchlassöffnung aufweist, die mit einem Niederdruckbereich (46) des Injektors (1) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung als Ablaufdrossel (48; 54) ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Injektor ist aus der DE 10 2007 020 966 A1 bekannt. Mittels des bekannten Injektors lässt sich eine bestimmte Einspritzmenge eines Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen, wobei über einen Piezoaktor ein Öffnen bzw. Schließen eines Ventilelements eines Steuerventils bewirkt wird. Mittels des Ventilelements lässt sich in bekannter Weise ein Steuerkolben ansteuern, der in dem Injektorkörper ausgebildete Einspritzöffnungen öffnet bzw. verschließt. Hierbei ist es während des Betriebs des Injektors erforderlich, dass über das Ventilelement unter Hochdruck stehender Kraftstoff in einen Niederdruckbereich des insbesondere als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors rückströmen kann. Hierzu sind in einem Kopplerkörper beim Stand der Technik Durchlassöffnungen vorgesehen, welche als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind. Es hat sich dabei jedoch herausgestellt, dass es beim Betrieb eines derartigen Injektors zu Kavitationserscheinungen kommen kann, insbesondere zu einer akustischen Kavitation im Bereich des Ventilelements und einer das Ventilelement umfassenden Ventilplatte. Ferner kommt es im Niederdruckbereich des Injektors zu relativ großen Druckpulsationen.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Bereich des Ventilelements und der Ventilplatte auftretenden Kavitationen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und darüber hinaus die Druckpulsationen im Niederdruckpfad zu minimieren. Diese Aufgabe wird bei einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, zusätzliche Abströmdrosseln in Richtung des Niederdruckbereichs vorzusehen, die eine Reduzierung der Pulsationen im Niederdruckbereich bewirken. Es hat sich dabei herausgestellt, dass sich dadurch zusätzlich auch die Kavitation am Ventilelement und der Ventilplatte vermeiden lässt. Gegebenenfalls kann dabei sogar auf eine außerhalb des Injektors in einer Rücklaufverschlauchung angeordnete Drossel verzichtet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Besonders bevorzugt ist es hierbei vorgesehen, dass mehrere, insbesondere zwei oder vier Ablaufdrosseln vorgesehen sind, die in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Über die Anzahl der Ablaufdrosseln lässt sich in einfacher Weise die mögliche Rückströmmenge an Kraftstoff in den Niederdruckbereich einstellen. Somit führt eine Erhöhung der Anzahl der Ablaufdrosseln zu einer Erhöhung der maximal möglichen Rücklaufmenge.
Wirtschaftlich besonders kostengünstig mit zufriedenstellender Wirkung lassen sich die Ablaufdrosseln ausbilden, wenn diese als Durchgangsbohrungen konstanten Durchmessers in einem Wandabschnitt des Kopplerkörpers ausgebildet sind, wobei die Dicke des Wandabschnitts zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, insbesondere 0,5 mm aufweist und wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm beträgt.
Als alternative Variante hierzu ist es auch möglich, dass die wenigstens eine Ablaufdrossel in einem bezüglich der Wanddicke reduzierten Bereich eines Wandabschnitts des Kopplerkörpers angeordnet ist, wobei die Wanddicke zwischen 0,15 mm und 0,35 mm, insbesondere 0,25 mm beträgt.
Um den in der Wanddicke reduzierten Bereich auszubilden, ist es hierbei bevorzugt, dass der bezüglich der Wanddicke reduzierte Bereich als Wandsteg ausgebildet ist, und dass der Durchmesser der Durchgangsbohrung zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm beträgt.
Zur Ausbildung des Wandstegs ist es hierbei in einer fertigungstechnisch einfachen und daher vorteilhaften Weise vorgesehen, dass im Bereich der wenigstens einen Ablaufdrossel die Wanddicke des Kopplerkörpers durch wenigstens eine Ringnut reduziert ist.
Eine sichere und definierte Positionierung des die wenigstens eine Abströmdrossel aufweisenden Kopplerkörpers lässt sich erzielen, wenn die Druckfeder eine auf dem Kopplerkolben axial fixierte Hülse umfasst, die auf der dem Piezoaktor abgewandten Seite einen Bund aufweist, gegen den sich die Druckfeder abstützt.
Eine strömungstechnisch für das Abströmen des Kraftstoffs in Richtung des Niederdruckbereichs vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass die Druckfeder eine auf dem Kopplerkolben axial fixierte Hülse umfasst, die auf der dem Piezoaktor abgewandten Seite einen Bund aufweist, gegen den sich die Druckfeder abstützt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 eine geschnittene, schematische Teilansicht eines Injektors,
2 einen Kopplerkörper im Bereich einer Ablaufdrossel in einer geschnittenen Teilansicht und
3 einen Kopplerkörper im Bereich einer gegenüber der 2 modifizierten Ablaufdrossel, ebenfalls in einer geschnittenen Teilansicht.
In der 1 ist ein Teil eines Injektors 1 dargestellt, der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine dient. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Injektor 1, welcher in einem sogenannten Common-Rail-System eingesetzt wird. Der Injektor 1 weist in dem dargestellten Teilbereich ein hülsenförmiges Gehäuseteil 11 auf, in dessen oberen Endabschnitt ein Haltekörper 12 eingesetzt ist. Im unteren Bereich des Gehäuseteils 11 erkennt man noch einen Teil eines Steuerraums 13, in dem ein Steuerkolben 14 angeordnet ist. Der Steuerraum 13 ist von einer Drosselplatte 15 begrenzt, in der eine Zulaufbohrung 16 für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff ausgebildet ist.
Die Zulaufbohrung 16 mündet über eine Stichbohrung in einen Ventilraum 19. In dem innerhalb einer Ventilplatte 20 ausgebildeten Ventilraum 19 ist ein Ventilelement in Form eines Ventilbolzens 22 angeordnet. Der Ventilbolzen 22 ist von einer Dichthülse 23 umfasst, auf deren Oberseite sich eine Druckfeder 25 abstützt. Die Druckfeder 25 wirkt mit ihrem der Dichthülse 23 gegenüberliegenden Ende mit einem an dem Ventilbolzen 22 ausgebildeten Bund 27 zusammen. Die Druckfeder 25 drückt den Ventilbolzen 22 infolge der Federkraft der Druckfeder 25 gegen einen in der Ventilplatte 20 ausgebildeten Sitz 28.
Innerhalb des Haltekörpers 12 ist ein Piezoaktor 30 angeordnet. Der Piezoaktor 30 wirkt über einen Kopplerkolben 32 und einen am Kopplerkolben 32 angeformten Fortsatz 33 mit dem Ventilbolzen 22 zusammen, indem bei einem Hub des Piezoaktors 30 bzw. des Kopplerkolbens 32 der Ventilbolzen 22 von seinem Sitz 28 in Richtung des Steuerkolbens 14 abgehoben wird.
Der Kopplerkolben 32 und der Piezoaktor 30 sind von einem Kopplerkörper 35 radial umfasst, der hülsenförmig ausgebildet ist und an seinem dem Ventilbolzen 22 zugewandten Ende einen am Außenumfang umlaufenden Bund 36 aufweist. Der Bund 36 liegt mit einer axialen Stirnseite an der Oberseite der Ventilplatte 20 an und wird mittels einer Federhülse 38 in Richtung der Ventilplatte 20 gedrückt.
Der Kopplerkolben 32 ist auf der dem Fortsatz 33 zugewandten Seite von einer Hülse 39 umfasst. Die Hülse 39 ist hierbei axial auf dem Außenumfang des Kopplerkolbens 32 fixiert und weist auf der dem Fortsatz 33 zugewandten Seite einen umlaufenden Bund 41 auf. Zwischen dem Bund 41 und einem Absatz 42 in dem Kopplerkörper 35 stützt sich eine Druckfeder 43 ab. Innerhalb des Kopplerkörpers 35 ist im Bereich der Druckfeder 43 ein ringförmiger Abströmraum 45 ausgebildet. Der Abströmraum 45 ist einerseits mit dem Sitz 28 und andererseits mit einem die Federhülse 38 umfassenden Niederdruckbereich 46 des Injektors 1 verbunden.
Um die Verbindung zwischen dem Abströmraum 45 in Richtung des Niederdruckbereichs 46 durch den Kopplerkörper 35 auszubilden dienen erfindungsgemäß mehrere, insbesondere zwei oder vier, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Abströmdrosseln 48. Wie man am besten anhand einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennt, befinden sich die Abströmdrosseln 48 hierbei in einem in der Wanddicke reduzierten Bereich 49 des Kopplerkörpers 35, in dem auch der Abströmbereich 46 angeordnet ist.
Bei dem insbesondere anhand der 2 erkennbaren ersten Ausführungsbei spiel ist die Abströmdrossel 48 als Durchgangsbohrung mit konstantem Durchmesser ausgebildet. Hierbei beträgt der Durchmesser der Durchgangsbohrung 51 zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, besonders bevorzugt 0,6 mm. Gleichzeitig beträgt die Wanddicke d im Bereich 49 ca. 0,5 mm.
Bei dem in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung findet eine modifizierte Abströmdrossel 54 Verwendung. Die Abströmdrossel 54 ist ebenfalls im Bereich 49 angeordnet, jedoch in einem in der Dicke gegenüber dem Bereich 49 nochmals reduzierten Stegbereich 56. Hierbei beträgt die Dicke S des Stegbereichs ca. 0,25 mm. Der Durchmesser der ebenfalls als Durchgangsbohrung 55 ausgebildeten Abströmdrossel 54 beträgt zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, besonders bevorzugt 0,6 mm. Zur Ausbildung des Stegbereichs 56 sind in dem Bereich 49 von beiden Seiten umlaufende Ringnuten 57 und 58 ausgebildet.
Ergänzend wird erwähnt, dass der soweit beschriebene Injektor 1 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann. So ist insbesondere die Ausbildung des Sitzes 28 bzw. des Ventilbolzens 22 nicht auf den in der 1 dargestellten Kegelsitz beschränkt. Auch kann der Injektor 1 im Bereich der Drosselplatte 15 sowie seines unteren, in der 1 lediglich angedeuteten Bereichs andersartig ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007020966 A1 [0002]

Claims

Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (22), und mit einem Piezoaktor (30), der über einen mindestens einen Kopplerkolben (32) aufweisenden hydraulischen Koppler das Ventilelement (22) ansteuert, wobei der Koppler einen Kopplerkörper (35) mit wenigstens einer Durchlassöffnung aufweist, die mit einem Niederdruckbereich (46) des Injektors (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung als Ablaufdrossel (48; 54) ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ablaufdrosseln (48; 54), insbesondere zwei oder vier Ablaufdrosseln (48; 54) vorgesehen sind, die in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ablaufdrossel (48) als Durchgangsbohrung (51) konstanten Durchmessers in einem Wandabschnitt (49) des Kopplerkörpers (35) ausgebildet ist, wobei die Dicke (d) des Wandabschnitts (49) zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, insbesondere 0,5 mm aufweist und wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung (51) zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm beträgt.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ablaufdrossel (54) in einem bezüglich der Wanddicke reduzierten Bereich eines Wandabschnitts (49) des Kopplerkörpers (35) angeordnet ist, wobei die Wanddicke (S) zwischen 0,15 mm und 0,35 mm, insbesondere 0,25 mm beträgt.
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bezüglich der Wanddicke reduzierte Bereich als Steg (56) ausgebildet ist und, dass die wenigstens eine Ablaufdrossel (54) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm aufweist.
Injektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der wenigstens einen Ablaufdrossel (54) die Wanddicke des Koppelkörpers (35) durch wenigstens eine Ringnut (57, 58) reduziert ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (22) mit einer Ventilplatte (20) zusammenwirkt, in der ein Sitz (28) ausbildet und, dass der Kopplerkolben (32) einen Fortsatz (33) aufweist, der mit dem Ventilelement (22) zusammenwirkt.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopplerkolben (32) eine Druckfeder (43) angreift, mit der der Kopplerkolben (32) zusammen mit dem Ventilelement (22) in Richtung des Piezoaktors (30) kraftbeaufschlagt ist.
Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (43) eine auf dem Kopplerkolben (32) axial fixierte Hülse (39) umfasst, die auf der dem Piezoaktor (30) abgewandten Seite einen Bund (41) aufweist, gegen den sich die Druckfeder (43) abstützt.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkörper (35) von einer Federhülse (38) umfasst ist, die sich axial gegen einen Bund (36) am Kopplerkörper (35) abstützt und diesen axial in Richtung des Ventilelements (22) kraftbeaufschlagt.