DE19949527A1

DE19949527A1 - Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit in den Ventilsteuerraum ragender Düsennadel

Info

Publication number: DE19949527A1
Application number: DE19949527A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-19
Also published as: JP2003511623A; DE50012570D1; WO2001027463A1; EP1144842B1; EP1144842A1; US6820827B1

Abstract

Es wird ein Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen mit einem mindestens teilweisen Ausgleich der auf die Düsennadel (21) wirkenden hydraulischen Kräfte. Außerdem wird das zu steuernde Kraftstoffvolumen verringert, so dass kurze Steuerzeiten möglich sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem eine Düsennadel steuernden Ventilsteuerraum.

Bekannt sind Injektoren, die von einem Magnetventil oder einem Piezoaktor gesteuert werden. Unabhängig von der Art der Steuerung lassen sich Verbesserungen hinsichtlich Emmissions- und Verbrauchsverhalten sowie der Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine u. a. dadurch erreichen, dass die Steuerzeiten der Injektoren verringert werden. Verringerte Steuerzeiten bedeuten, dass die Bemessung der Einspritzmengen genauer erfolgt, und dass der Einspritzverlauf freier gestaltet werden kann. Schließlich sind bei modernen Brennkraftmaschinen und Kraftfahrzeugen die Platzverhältnisse zunehmend beengt, was kompakt bauende Injektoren erfordert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, dessen Steuerzeiten verringert werden und dessen äußere Abmessungen besonders kompakt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem eine Düsennadel steuernden Ventilsteuerraum, wobei der Ventilsteuerraum von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt wird.

Dieser Injektor hat den Vorteil, dass durch den Wegfall einer langen Druckstange und eines Ventilkolbens die Zahl der Bauteile und die Massenträgheit der bewegten Bauteile des Injektors verringert werden. Dadurch werden kurze Steuerzeiten ermöglicht. Außerdem kann der Ventilsteuerraum näher an die Einspritzdüse heranrücken, wodurch auch dünnere Düsennadeln möglich werden. Dieser Effekt trägt zu einer weiteren Verringerung der bewegten Massen innerhalb des Injektors bei.

Durch den Wegfall mehrerer Bauteile und die mögliche Verkleinerung der verbliebenen Bauteile, ergibt sich eine deutliche Reduktion der Baugröße des erfindungsgemäßen Injektors. Die Durchmesser-Verhältnisse des erfindungsgemäßen Injektors entsprechen etwa denen einer Einspritzdüse nach dem Stand der Technik.

Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Injektors in geschlossenem Zustand keine Leckage auftreten, so dass auch kein Leckölabfluss vorgesehen werden muss.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilsteuerraum in einem Ventilkörper angeordnet ist, so dass er einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ragt der Ventilkörper in einen Druckraum, so dass ein kompakter Aufbau des Injektors erreicht wird und die Zahl der Dichtstellen gering bleibt.

Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, dass der Druckraum über einen Zulaufkanal mit einem Hochdruckkraftstoffspeicher in Verbindung steht, dass der Ventilsteuerraum über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckkraftstoffspeicher mindestens mittelbar in Verbindung steht und dass der Ventilsteuerraum über eine Zulaufdrossel mit dem Druckraum in Verbindung steht, so dass die erforderlichen hydraulischen Verbindungen zwischen Ventilsteuerraum, Druckraum und Hochdruckkraftstoffspeicher auf einfache Weise realisierbar sind.

In Ergänzung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Ventilsteuerraum über einen Ablaufkanal, eine Ablaufdrossel und ein Steuerventil, insbesondere ein 2/2- Steuerventil oder ein 2/3-Steuerventil, mit einem Kraftstoffrücklauf verbindbar ist, so dass durch Öffnen des Steuerventils der Druck im Ventilsteuerraum verringert werden kann. Infolgedessen gibt die Düsennadel den Dichtsitz frei und die Einspritzung beginnt.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Ablaufkanal und eine Ablaufdrossel in dem Ventilkörper angeordnet sind, so dass eine weitere Verringerung des erforderlichen Bauraums erzielt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass in dem Druckraum eine sich gegen den Ventilkörper und eine mindestens mittelbar gegen die Düsennadel abstützende Schließfeder vorhanden ist, dass sich die Schließfeder gegen einen Absatz der Düsennadel abstützt oder dass in dem Ventilsteuerraum eine sich gegen den Injektor und gegen die Düsennadel abstützende Schließfeder vorhanden ist, so dass bei fehlendem Druck des Kraftstoffs der Injektor stets geschlossen wird und somit der unkontrollierte Abfluss von Kraftstoff in den Brennraum verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser der Stirnfläche der Düsennadel größer als der Durchmesser der Dichtlinie zwischen Düsennadel und einem Düsennadelsitz ist, so dass bei gleichem Druck im Ventilsteuerraum und Druckraum die resultierende hydraulische Kraft stets ein Schließen des Injektors bewirkt.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil von einem Piezoaktor betätigt wird, so dass die Steuerzeiten des erfindungsgemäßen Injektors weiter verringert werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe und mit mindestens einem Injektor mit einem eine Düsennadel steuernden Ventilsteuerraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt wird, so dass das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, bei denen eine kompakte Bauweise sowie sehr kurze Steuerzeiten erforderlich sind.

Bei einer Variante der Erfindung weist das Kraftstoffeinspritzsystem einen Hochdruckkraftstoffspeicher auf, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile des Injektors auch Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen zugute kommen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor. Über einen Hochdruckanschluss 1 wird der nicht dargestellte Kraftstoff durch einen Zulaufkanal 3 in einen Druckraum 5 einer Einspritzdüse 7 geleitet. Der Kraftstoff stammt aus dem nicht dargestellten Hochdruckkraftstoffspeicher (Common-Rail) und hat dessen Druck. Über eine Zulaufdrossel 8 ist ein Ventilsteuerraum 9 mit dem Druckraum 5 verbunden. Über ein nur angedeutetes Steuerventil 11 kann der Ventilsteuerraum 9 mit einem nicht dargestellten drucklosen Kraftstoffrücklauf verbunden werden. Zwischen Ventilsteuerraum 9 und Steuerventil 11 sind ein Ablaufkanal 13 und eine Ablaufdrossel 14 angeordnet.

Ein Gehäuse 15 des Injektors ist durch eine Überwurfmutter 16 mit einem Deckel 17 verbunden. Der Deckel 17 fixiert außerdem einen in den Druckraum 5 ragenden Ventilkörper 19. In dem Ventilkörper 19 ist eine Führungsbohrung 20 mit dem Durchmesser d₂ für eine Düsennadel 21 vorhanden. Der in dem Ventilkörper 19 angeordnete Ventilsteuerraum 9 wird von einer Stirnfläche 23 der Düsennadel begrenzt.

Zwischen Ventilkörper 19 und Gehäuse 15 ist ein kegeliger Dichtsitz 25 vorhanden, welcher den Druckraum 5 gegen die Umgebung abdichtet. Eine zwischen Deckel 17 und Ventilkörper 19 eingespannte Tellerfeder 26 presst den Ventilkörper 19 permanent und mit konstanter Kraft gegen den Dichtsitz 25.

Die Düsennadel 21 verhindert, dass der unter Druck stehende Kraftstoff zwischen den Einspritzungen aus der Einspritzdüse 7 durch ein Spritzloch 27 in den nicht dargestellten Brennraum fließt. Dies geschieht, indem die Düsennadel 21 in einen Düsennadelsitz 29 gepresst wird und somit den Zulaufkanal 3 gegen den nicht dargestellten Brennraum abdichtet. Dabei bildet sich zwischen Düsennadel 21 und Düsennadelsitz 29 eine kreisförmige Dichtlinie. Der Durchmesser der Dichtlinie ist mit d₁ bezeichnet.

Zwischen einem Absatz 31 der Düsennadel 21 und dem Ventilkörper 19 ist eine Schließfeder 33 vorhanden. Sie sorgt dafür, dass die Düsennadel 21 immer geschlossen ist, wenn der Kraftstoff keinen Überdruck hat.

Bei geschlossenem Steuerventil 11 herrscht sowohl im Ventilsteuerraum 9 als auch im Druckraum 5 der gleiche Druck. Dieser Druck übt über die Stirnfläche 23 eine in Richtung des Düsennadelsitzes 29 auf die Düsennadel 21 wirkende hydraulische Kraft aus. Der gleiche Druck übt auf die von den Durchmessern d₁ und d₂ begrenzte Ringfläche eine in entgegengesetzter Richtung wirkende hydraulische Kraft auf die Düsennadel 21 aus. Die resultierende hydraulische Kraft wirkt in Richtung des Düsennadelsitzes 29 auf die Düsennadel 21, da die Stirnfläche 23 größer als die von den Durchmessern d₁ und d₂ begrenzte Ringfläche ist.

Die Einspritzdüse 5 öffnet, wenn das Steuerventil 11 geöffnet wird und in Folge dessen der Druck im Ventilsteuerraum 9 zusammenbricht. In diesem Fall wirkt die resultierende hydraulische Kraft in Richtung des Steuerventils 11 und hebt die Düsennadel 21 vom Düsennadelsitz 29 ab. Damit kann der Kraftstoff aus dem Druckraum 5 über das Spritzloch 27 in den Brennraum strömen und die Einspritzung beginnt.

Wenn das Steuerventil 11, welches als 2/2-Steuerventil oder als 2/3-Steuerventil ausgeführt sein kann, wieder schließt, baut sich im Ventilsteuerraum 9 wieder ein Hochdruck auf, der gleich dem Druck im Druckraum 5 ist, so dass die resultierende hydraulische Kraft die Düsennadel 21 wieder in den Düsennadelsitz 29 presst und die Einspritzung beendet.

Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Injektor ist, dass er sehr kompakt baut. Der Durchmesser eines erfindungsgemäßen Injektors entspricht dem einer Einspritzdüse nach dem derzeitigen Stand der Technik. Außerdem sind die Massen der bewegten Teile sehr gering, da ein Ventilkolben und eine Druckstange entfallen können und die Düsennadel sehr geringe Abmessungen aufweist. Dies führt zu sehr geringen Steuerzeiten des Injektors, die vor allem in Verbindung mit einem Piezo-Aktor betätigten Steuerventil 11 voll ausgenutzt werden können. Beispielsweise können geringste Voreinspritzmengen realisiert werden. Die geringe Zahl der Bauteile führt auch zu Kostenvorteilen bei der Herstellung. Schließlich treten auch keine Leckageverluste auf.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem eine Düsennadel (21) steuernden Ventilsteuerraum (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) von einer Stirnfläche (23) der Düsennadel (21) begrenzt wird.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) in einem Ventilkörper (19) angeordnet ist.

3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (19) in einen Druckraum (5) ragt.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (5) über einen Zulaufkanal (3) mit einem Hochdruckkraftstoffspeicher in Verbindung steht.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) über eine Zulaufdrossel (8) mit einem Hochdruckkraftstoffspeicher mindestens mittelbar in Verbindung steht.

6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) über eine Zulaufdrossel (8) mit dem Druckraum (5) in Verbindung steht.

7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) über einen Ablaufkanal (13), eine Ablaufdrossel (14) und ein Steuerventil (11), insbesondere ein 2/2-Steuerventil (11) oder ein 2/3-Steuerventil (11) mit einem Kraftstoffrücklauf verbindbar ist.

8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufkanal (13) und eine Ablaufdrossel (14) in dem Ventilkörper (19) angeordnet sind.

9. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckraum (5) eine sich gegen den Ventilkörper (19) und eine mindestens mittelbar gegen die Düsennadel (21) abstützende Schließfeder (33) vorhanden ist.

10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (33) gegen einen Absatz (31) der Düsennadel (21) abstützt.

11. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilsteuerraum (9) eine sich gegen den Injektor und gegen die Düsennadel (21) abstützende Schließfeder (33) vorhanden ist.

12. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d₂) der Stirnfläche (23) der Düsennadel (21) größer als der Durchmesser (d₁) der Dichtlinie zwischen Düsennadel (21) und einem Düsennadelsitz (29) ist.

13. Injektor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (11) von einem Piezoaktor betätigt wird.

14. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe und mit mindestens einem Injektor mit einem eine Düsennadel (21) steuernden Ventilsteuerraum (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerraum (9) von einer Stirnfläche (23) der Düsennadel (21) begrenzt wird.

15. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzsystem einen Hochdruckkraftstoffspeicher aufweist.