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DE19951144A1 - Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit hydraulischer Vorspannung des Druckübersetzers - Google Patents

Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit hydraulischer Vorspannung des Druckübersetzers

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DE19951144A1
DE19951144A1 DE19951144A DE19951144A DE19951144A1 DE 19951144 A1 DE19951144 A1 DE 19951144A1 DE 19951144 A DE19951144 A DE 19951144A DE 19951144 A DE19951144 A DE 19951144A DE 19951144 A1 DE19951144 A1 DE 19951144A1
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Patrick Mattes
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein von einem Piezo-Aktor mit hydraulischem Übersetzer betätigter Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei dem der Druckübersetzer stets hydraulisch vorgespannt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Druckübersetzer), der einen ersten in einer ersten Führungsbohrung geführten ersten Kolben und einen in einer zweiten Führungsbohrung geführten zweiten Kolben aufweist, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben einen mindestens unter einem Versorgungsdruck stehenden Druckraum begrenzen, und mit einem Leckölrücklauf und wobei der erste Kolben von einem Aktor betätigt wird und der zweite Kolben mindestens mittelbar das Stellglied eines Steuerventils betätigt und ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Um einen definierten Betriebszustand des Injektors und in Folge desen ein gutes Betriebsverhalten und vor allem ein günstiges Startverhalten der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können, wird der zweite Kolben des hydraulischen Druckübersetzers bislang durch eine Feder, beispielsweise eine Tellerfeder, gegen das Stellglied des Steuerventils gepresst.
Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass der zweite Kolben des hydraulischen Druckübersetzers stets eine definierte Lage einnimmt, allerdings können Lufteinschlüsse odgl. dazu führen, dass trotzdem kein definierter Betriebszustand des Injektors vorliegt und insbesondere das Startverhalten der Brennkraftmaschine mangelhaft ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Druckübersetzer mit verbessertem Betriebsverhalten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Druckübersetzer, der einen ersten in einer ersten Führungsbohrung geführten ersten Kolben und einen in einer zweiten Führungsbohrung geführten zweiten Kolben aufweist, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben einen mindestens unter einem Versorgungsdruck stehenden Druckraum begrenzen, und mit einem Leckölrücklauf, wobei der erste Kolben von einem Aktor betätigt wird und der zweite Kolben mindestens mittelbar das Stellglied eines Steuerventils betätigt, wobei die zweite Führungsbohrung mit dem Leckölrücklauf hydraulisch in Verbindung steht und wobei der Druck p1 im Leckölrücklauf geringer als der Versorgungsdruck ist.
Vorteile der Erfindung
Durch die herrschende Druckdifferenz zwischen Druckraum und Leckölrücklauf wirkt auf den zweiten Kolben stets eine hydraulische Kraft, welche den zweiten Kolben auf des Stellglied des Steuerventils presst. Dadurch wird nicht nur eine definierte Lage des zweiten Kolbens des hydraulischen Druckübersetzers gewährleistet, sondern zusätzlich erfolgt ein steter Austausch des im Druckübersetzer vorhandenen Kraftstoffs, bzw. evtl. vorhandener Lufteinschlüsse. Dadurch verbessert sich das Betriebsverhalten und insbesondere das Startverhalten der Brennkraftmaschine.
Aufgrund des niedrigen Druckniveaus im Injektor direkt nach dem Steuerventil verbessert sich auch das Betriebsverhalten der zwischen Steuerraum und Steuerventil angeordneten Ablaufdrossel.
Bei Varianten der Erfindung sind die erste Führungsbohrung, der erste Kolben und das Gehäuse, insbesondere mit einem Faltenbalg, gegen die Umgebung abgedichtet, so dass keine Leckagen entstehen und der Versorgungsdruck im Druckraum hoch bleibt.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Versorgungsdruck im Druckraum durch eine in den von Gehäuse, Faltenbalg und erstem Kolben gebildeten Raum mündende Versorgungsleitung bereitgestellt wird, so dass sämtliche Leitungen (31, 25, 27) und Räume (34, 17, 29) stets von Kraftstoff durchströmt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Versorgungsleitung ein Druckhalteventil angeordnet, so dass der Druck p2 in der Versorgungsleitung, insbesondere auf 50 bar, begrenzt ist.
Eine andere Ausführungsform weist eine Ausnehmung an der zweiten Führungsbohrung auf, die mit dem Leckölrücklauf in Verbindung steht, so dass die Steuer- und Leckagemengen problemlos angeführt werden können.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung betätigt der zweite Kolben das Stellglied des Steuerventils über einen Stößel, so dass die Abschnitte der zweiten Führungsbohrung, welche zweiten Kolben und Stößel führen, nicht genau fluchten müssen und unterschiedliche Toleranzen möglich sind.
In Ergänzung der Erfindung mündet die Auslassseite des Steuerventils in den Leckölrücklauf, so dass die Steuermenge abgeführt wird.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor ein Piezo-Aktor, so dass große Steuerkräfte verfügbar sind.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, das Gehäuse, das Steuerventil und der Aktor in einem Haltekörper zu montieren, so dass einerseits Herstellung und Montage erleichtert werden und andererseits eine spielfreie und vorgespannte Verbindung der Bauteile erreicht wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst, durch ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit einem Hochdruck- Kraftstoffspeicher und mit mindestens einem Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem zum Tragen kommen.
Zeichnung
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben kommen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors mit einem hydraulischem Druckübersetzer dargestellt. In einem zweiteiligen Gehäuse 1 und 3 sind eine erste Führungsbohrung 5 und eine zweite Führungsbohrung 7 koaxial zueinander angeordnet. In der ersten Führungsbohrung 5 ist ein erster Kolben 9 geführt. Die zweite Führungsbohrung 7 führt einen zweiten Kolben 11 und einen Stößel 13. Der zweite Kolben 11 wirkt über den Stößel 13 auf das kugelförmige Stellglied 15 des nicht dargestellten Steuerventils des Injektors. Durch die zweiteilige Ausführung von zweitem Kolben 11 und Stößel 13 müssen die beiden Abschnitte der zweiten Führungsbohrung 7 nicht genau miteinander fluchten; außerdem kann das Spiel zwischen zweitem Kolben 11 und zweiter Führungsbohrung 7 sowie Stößel 13 und zweiter Führungsbohrung 7 verschieden gewählt werden.
Der erste Kolben 9 und der zweite Kolben 11 begrenzen einen Druckraum 17 eines hydraulischen Druckübersetzers 19. Auf den ersten Kolben 9 wirkt ein Piezoaktor 21. Wenn der Piezoaktor 21 betätigt wird, drückt er den ersten Kolben 9 in Pfeilrichtung in den Druckraum 17. Sobald der dadurch ansteigende Druck im Druckraum 17 ausreicht, um auf die in den Druckraum 17 ragende Stirnfläche des zweiten Kolbens 11 eine hydraulische Kraft auszuüben, die größer ist als die hydraulische Kraft, die der unter Steuerdruck stehende Kraftstoff im Steuerraum 23 auf das Stellglied 15 ausübt, öffnet das Stellglied 15 und stellt eine hydraulische Verbindung zwischen Steuerraum 23 und einem Leckölrücklauf 25 her. Diese Verbindung erfolgt über einen Abschnitt der zweiten Führungsbohrung 7, eine Verbindungsleitung 27 und eine Ausnehmung 29 der zweiten Führungsbohrung 7. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 23 und die nicht dargestellte Einspritzdüse öffnet.
Sobald die Betätigung des Piezoaktors 21 endet, bewegt sich dieser zusammen mit dem ersten Kolben 9 entgegen der Pfeilrichtung in seine Ausgangslage zurück. Dadurch sinkt der Druck im Druckraum 17. Eine Versorgungsleitung 31, in der ein Versorgungsdruck p2 herrscht, versorgt über eine Bohrung im Gehäuse 1 und einem Faltenbalg 33 mittelbar den Druckraum 17 mit Kraftstoff.
Das Gehäuse 1 und der erste Kolben 9 sind durch den Faltenbalg 33 gegen die Umgebung abgedichtet. Die Versorgungsleitung 31 mündet in den von Gehäuse 1, erstem Kolben 9 und Faltenbalg 33 begrenzten Raum (34) und füllt diesen mit unter dem Druck p2 stehenden Kraftstoff. Durch den Ringspalt zwischen erster Führungsbohrung 5 und erstem Kolben 9 gelangt Kraftstoff in den Druckraum 17, so dass dieser stets mit Kraftstoff gefüllt ist und auch mindestens annähernd ein Druck vom Betrag p2 im Druckraum 17 herrscht.
In der Ausnehmung 29 herrscht ebenso wie im Leckölrücklauf 25 ein Druck p1, der kleiner als der Versorgungsdruck p2 ist. In Folge dessen wirkt auf den zweiten Kolben 11 eine hydraulische Kraft mit Richtung vom Piezoaktor 21 zum Stellglied 23. Als Folge dieser Kraftwirkung werden der zweite Kolben 11 und das Stellglied 13 auf das Stellglied 23 gepresst, so dass kein Spiel zwischen zweitem Kolben 11, Stößel 13 und Stellglied 15 entstehen kann. Der Druckübersetzer 19 ist vielmehr vorgespannt.
Da in der Ausnehmung 29 nur der Druck p1 herrscht, strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 17 durch den Ringspalt zwischen zweiter Führungsbohrung 7 und zweitem Kolben 11 in die Ausnehmung 29. Neben dem oben genannten Effekt, dass die Druckdifferenz zwischen Druckraum 17 und Ausnehmung 29 den Kolben spielfrei mit dem Stellglied 15 verbindet, führt der beschriebene Strom des Kraftstoffs von der Versorgungsleitung 31 bis zum Leckölrücklauf 25 dazu, dass der gesamte Druckübersetzer stets von frischem und relativ kühlem Kraftstoff durchströmt wird, so dass die Gefahr von Fressern verringert wird und außerdem eventuell vorhandene Luft oder Dampfblasen stets aus dem Druckübersetzer 19 in den Leckölrücklauf 25 befördert werden.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausführung ist auch, dass der Faltenbalg, im Gegensatz zum Stand der Technik, nur statisch mit Druck beaufschlagt wird. Daraus resultiert eine mögliche Angebung des Versorgungsdrucks p2, ohne dass der Faltenbalg 33 verändert werden müsste, und damit eine Erhöhung der Vorspannung des Piezo-Aktors. Der Versorgungsdruck p2 kann beispielsweise 50 bar betragen.
Der gesamte Injektor bestehend aus Piezoaktor 21, Druckübersetzer 19 sowie das nicht dargestellte Steuerventil und die eigentliche Einspritzdüse werden von einem Haltekörper 35 zusammengehalten. Der aus der Versorgungsleitung 31 durch den Haltekörper 35 strömende Kraftstoff wird durch zwei O-Ringe, die zwischen Haltekörper 35 und Gehäuse 1 angeordnet sind, daran gehindert, in die Umgebung zu strömen.
In der Versorgungsleitung 31 ist ein Druckhalteventil 37 angeordnet, welches dafür sorgt, dass in der Versorgungsleitung 31 und den mit der Versorgungsleitung 31 hydraulisch in Verbindung stehenden Räumen 17 des Druckübersetzers 19 ein zulässiger Maximaldruck nie überschritten wird. Sobald dieser Maximaldruck erreicht wird, öffnet das Druckhalteventil 37. Die Auslassseite des Druckhalteventils 37 kann beispielsweise mit dem Leckölrücklauf 25 in Verbindung stehen.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (12)

1. Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Druckübersetzer (19), der einen ersten in einer ersten Führungsbohrung (5) geführten ersten Kolben (9) und einen in einer zweiten Führungsbohrung (7) geführten zweiten Kolben (11) aufweist, wobei der erste Kolben (9) und der zweite Kolben (11) einen mindestens unter einem Versorgungsdruck stehenden Druckraum (17) begrenzen, und mit einem Leckölrücklauf, wobei der erste Kolben (9) von einem Aktor (21) betätigt wird und der zweite Kolben (11) mindestens mittelbar das Stellglied (15) eines Steuerventils betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Führungsbohrung (7) mit dem Leckölrücklauf (25) hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Druck p1 im Leckölrücklauf (25) geringer als der Versorgungsdruck ist.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führungsbohrung (5), der erste Kolben (9) und das Gehäuse (1, 3) gegen die Umgebung abgedichtet sind.
3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führungsbohrung (5), der ersten Kolben (9) und das Gehäuse (1, 3) mit einem Faltenbalg (33) gegen die Umgebung abgedichtet sind.
4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsdruck im Druckraum (17) durch eine in den von Gehäuse (1, 3), Faltenbalg (33) und erstem Kolben gebildeten Raum (34) mündende Versorgungsleitung (31) bereitgestellt wird.
5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungsleitung (31) ein Druckhalteventil (37) angeordnet ist.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (37) den Druck p2 in der Versorgungsleitung (31) auf 50 bar begrenzt.
7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Führungsbohrung (7) eine Ausnehmung (29) vorhanden ist, die mit dem Leckölrücklauf (25) in Verbindung steht.
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (11) das Stellglied (15) des Steuerventils über einen Stößel (13) betätigt.
9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseite des Steuerventils in den Leckölrücklauf (25) mündet.
10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezo-Aktor (21) ist.
11. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1, 3), das Steuerventil und der Aktor (21) in einem Haltekörper (35) montiert sind.
12. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit einem Hochdruck- Kraftstoffspeicher und mit mindestens einem Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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