DE10036868A1

DE10036868A1 - Hochdrucksammelraum-integrierter Injektor für Einspritzsysteme

Info

Publication number: DE10036868A1
Application number: DE10036868A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: JP2002089394A; GB0118461D0; DE10036868B4; GB2365072B; FR2812346A1; US6508231B2; US20020056767A1; FR2812346B1; GB2365072A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einem Hochdrucksammelraum (2). Ein Steuerteil (16) verschließt oder öffnet einen Ventilraum (22). Vom Ventilraum (22) aus zweigt eine Düsenzuleitung (23) zu einer Einspritzdüse ab, die in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine hineinragt. In den Hochdrucksammelraum (2) ist ein Steuerraum (12) integriert, mit welchem das Steuerteil (16) betätigt werden kann.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor eines Einspritzsystems mit einem Hochdrucksammelraum (Common Rail) und einer in den Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine hineinragenden Einspritzdüse. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der im Hochdrucksammelraum anstehende Druck nicht dauerhaft an der Einspritzdüse eines Einspritzsystemes ansteht, sondern mittels eines separaten Steuerteiles steuerbar ist. Es ist anzustreben, das Steuervolumen des unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoffes möglichst klein zu halten.

Stand der Technik

Aus DE 198 35 494 A1 ist eine Pumpe-Düse-Einheit bekannt, mit der Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Pumpe-Düse-Einheit enthält eine Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdruckes zum Einspritzen des Kraftstoffes über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die ein Steuerteil umfaßt. Ferner ist eine Ventilbetätigungseinheit vorgesehen, die zur Steuerung des Druckaufbaues dient. Um eine Pumpe-Düse-Einheit bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist, klein bauend ist und insbesondere eine kurze Ansprechzeit aufweist, ist die Ventilbetätigungseinheit als piezo-elektrischer Aktor ausgebildet. In der Konfiguration des Standes der Technik ist die Ventilbetätigungseinheit seitlich an den Injektor angebaut und benötigt damit zusätzlichen Bauraum am Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, der dort äußerst knapp zur Verfügung steht.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Lösung geht einerseits der Vorteil einher, daß sie wesentlich kompakter baut. Eine gesonderte Zuleitung vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) zum Steuerteil kann entfallen, da das Steuerteil nunmehr platzsparend im Innenraum des Hochdrucksammelraumes angeordnet ist. Druckpulsationen im Leitungssystem übertragen sich nicht auf die die Einspritzung vornehmende Einspritzdüse, die in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine hineinragt und die Einspritzmenge zumißt. Dadurch kann Nacheinspritzern wirksam begegnet werden.

Andererseits kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erreicht werden, daß das Steuervolumen klein bleibt. Durch eine von dem Hochdrucksammelraum in den Steuerraum mündende Zulaufdrossel, ist stets ein zur Ansteuerung des Steuerteils ausreichendes Teilvolumen von Kraftstoff vorhanden, um eine Ansteuerung des den Hochdrucksammelraum teilweise durchsetzenden Steuerteiles zu gewährleisten. Das Steuerteil ist von einer Dichtfeder beaufschlagt, die im geschlossenen Zustand des Steuerteiles dessen Einpressen an eine Sitzfläche des Gehäuses des Hochdrucksammelraumes und damit eine wirksame Abdichtung des Hochdrucksammelraumes gegen den Ventilraum gewährleistet.

Der Steuerraum ist in dem Abschnitt des Steuerteils vorgesehen, der im Hohlraum des Hochdrucksammelraumes liegt. Die Zulaufdrossel zum Steuerraum mündet ebenfalls in diesen Hohlraum. Am ablaufseitigen Ende des im Hohlraum des Hochdruck-Sammelraumes kraftausgeglichen Ventil-Steuerteiles ist eine Ablaufdrossel vorgesehen, die in eine Sitzfläche mündet; die Sitzfläche wird von einem beispielsweise in Kugelform ausgeführten Dichtelement verschlossen. Das ablaufseitige Steuerventil kann über einen Elektromagneten, oder einem Piezo- Aktor zur Entlastung des Steuerraumes im Steuerteil betätigt werden.

Unterhalb des Ventilraumes im Ventilgehäuse ist ein Leckölraum vorgesehen, von dem aus ein Leckölrail abzweigt. Das Leckölrail ist über eine oder mehrere lösbare Verschlüsse verschlossen und kann über diese entleert werden. Das Leckölrail kann neben einer an den Verschlüssen jeweils individuell vornehmbaren Entleerung auch so ausgestaltet sein, daß es in den Kraftstofftank mündet.

Durch die am Gehäuse des Injektors ausgebildeten Sitzflächen für das Steuerteil und die am Steuerteil ausgebildete Steuerkante ist das Ventil im geöffneten Zustand leckölseitig geschlossen. Der Hochdrucksammelraum ist somit wirksam gegen eine Direktverbindung zum Leckölraum abgesichert.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Hochdrucksammelraum mit darin integriertem Steuerteil, welches über einen fremdbetätigten Aktor betätigbar ist.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt einen im wesentlichen kraftausgeglichenen Injektor, der einen Hochdrucksammelraum enthält, welcher von einem Teil eines Steuerteiles durchsetzt ist.

Der Hochdrucksammelraum 2 ist von einem Gehäuse 1 umschlossen, in dem ein unter sehr hohem Druck stehender Kraftstoffvorrat 29 aufgenommen ist. Durch eine die Wandung des Steuerteiles 16 durchsetzende Zulaufdrossel 15 strömt ein Teilvolumen des Kraftstoffvorrates 29 in den Steuerraum 12. Dieser ist in einer Hülse ausgebildet, die sich koaxial zur Symmetrielinie des Steuerteiles 16 erstreckt.

In die Wandung 3 des Hochdrucksammelraumes 2 ist ein Steueranschluß 5 eingeschraubt oder auch auf anderem Wege befestigt, welcher ein Entlastungsventil für den Steuerraum 12 enthält. Der sich im wesentlichen koaxial durch ein Hülsenteil erstreckende Steuerraum 12 mündet an einer Sitzfläche 10 in einen Steueranschluß 5. Die Sitzfläche 10 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch ein kugelförmiges Dichtelement 7 verschlossen. Das kugelförmige Dichtelement 7 kann beispielsweise über einen Druckbolzen 8 über einen Elektromagneten oder einem Piezo-Aktor oder eine andere Ventilbetätigungseinheit druckentlastet werden. Mit Bezugszeichen 9 ist in Fig. 1 die Aktorwirkrichtung bezeichnet, in der der Aktor - sei es ein Elektromagnet oder sei es ein Piezo-Aktor - über den Druckbolzen 8 Druck auf das Dichtelement 7 ausdrückt, welches die Dichtfläche 10 zum Steuerraum 12 verschließt.

Innerhalb des von der Wandung 3 des Hochdrucksammelraumes 2 begrenzten Hohlraumes ist ein Kraftstoffvorrat 29 aufgenommen, der unter extrem hohem Druck steht. Der Hochdrucksammelraum 2 seinerseits ist als Rail ausgebildet und wird teilweise vom Steuerteil 16 des Steuerventiles durchsetzt. Die als Dichtfeder 13 wirkende Druckfeder innerhalb des Hohlraumes des Hochdrucksammelraumes 2 stützt sich an einer Stirnseite des Steueranschlusses 5 ab und drückt den den Steuerraum 12 samt Zulaufdrossel 15 enthaltenen Teil des Steuerteiles 16 an eine Sitzfläche 4 im Gehäuse 1. Die den Steuerraum 12 begrenzende Hülse ist in einem ersten Durchmesser 17 d₁) ausgeführt und wirkt als Führung für die Dichtfeder 13, um deren Knicken zu verhindern. Der den Steuerraum samt Zulaufdrossel 15 enthaltene Teil des Steuerteiles 16 ist in einem zweiten Durchmesser 18 ausgeführt, während das Steuerteil 16 im Bereich seines Dichtsitzes der Sitzfläche 4 einen Sitzdurchmesser 19 aufweist. Der Sitzdurchmesser 19 ist oberhalb eines am Steuerteil 16 ausgebildeten Einschnürstelle 21 ausgebildet und so gewählt, daß er bei Wirkkraft der Dichtfeder 13 das Innere des Hochdrucksammelraumes 2 gegen den den Steuerteil 16 umgebenden Ventilraum 22 abdichtet.

Im unteren Teil des Gehäuses 1 des Injektors ist das die Kraftstoffzumessung in den Düsenzulauf 23 bewirkende Steuerteil 16 in einem wesentlich geringeren Durchmesser ausgebildet. Ausgehend vom an der Sitzfläche 4 des Gehäuses wirksamen Sitzdurchmesser 19 des Steuerteiles 16 erfährt das Steuerteil einen gekrümmten Verlauf im Rahmen einer Einschnürung 21, die an einer Steuerkante 20 des Steuerteiles 16 ausläuft. An die Steuerkante 20 des Steuerteiles 16 schließt sich ein Bereich des Steuerteiles 16 an, in dem seitlich einander gegenüberliegende Flächen 25 ausgebildet sind. Diese ermöglichen eine Abströmung überschüssigen Kraftstoffes von einem ringförmigen, die Steuerkante 20 des Steuerteiles 16 umgebenden Raum in einen Leckölraum 24. Vom Leckölraum 24 kann das Kraftstoffvolumen in ein Leckölrail 26 abfließen, welches im unteren Bereich des Gehäuses 1 des Injektors ausgebildet ist. Die Leckölleitung 26 kann parallel zum Hochdrucksammelraum 2 verlaufen, der sich im oberen Bereich des Gehäuses 1 des Injektors befindet und in den Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges münden und auf diese Weise einen Leckölverlust verhindern.

Andererseits können am Gehäuse 1 auch einzelne eine Entleerung des Leckölrail 26 ermöglichende Verschlüsse 27 vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gemäß Fig. 1 ist die Leckölleitung 26 durch eine von der Unterseite des Gehäuses 1 zugänglichen Verschluß 27 in Gestalt einer Leckölschraube entleerbar.

Vom Ventilraum 22 innerhalb des Gehäuses 1 des Injektors zweigt eine Hochdruckleitung 23 ab, die die Kraftstoffversorgung der Einspritzdüse gewährleistet. Innerhalb des Gehäuses 1 des Injektors ist der Zulauf zur Düse 23 als Bohrung ausgebildet, die in einem Düsenanschlußstück 28 am Gehäuse 1 des Injektors ausläuft. An Düsenanschlußstück 28 kann eine Zuleitung zur Einspritzdüse befestigt werden, die in das Innere eines mit Kraftstoff zu versorgenden Einspritzraumes hineinragt.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß gemäß Fig. 1 vorgeschlagenen Injektors zum Einspritzen von unter extrem hohen Druck stehenden Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine stellt sich wie folgt dar:
Bei Betätigung der via Druckbolzen 8 auf das Dichtelement 7 einwirkenden Ventilbetätigungseinheit in Gestalt eines Elektromagneten oder Piezo-Aktors, wird der Druckbolzen 8 entgegen der Aktorwirkrichtung 9 verfahren, wodurch die Sitzfläche 10 am Dichtelement 7 freigegeben wird und im Steuerraum 12 anstehender unter hohem Druck stehender Kraftstoff via Ablaufdrossel 11 ablaufseitig in den Leckölbereich austritt. Dadurch erfolgt eine Kompression der Dichtfeder 13, da der im zweiten Durchmesser 18 (d₃) ausgebildete Teil des Steuerteiles 16 die Dichtfeder 13 komprimiert und sich in vertikale Richtung nach oben bewegt. Bei dieser Bewegung wird diese Fläche 4 an der Unterseite des Hochdrucksammelraumes 2 freigegeben und unter extrem hohem Druck stehender Kraftstoff kann die zwischen Sitzfläche 4 des Gehäuses 1 und dem Sitzdurchmesser 19 des Schiebers freigegebene Öffnung passieren und tritt in den Ventilraum 22, begrenzt durch eine Einschnürstelle 21 am Steuerteil 21 und den Gehäusewänden, ein. Bei einer Vertikalbewegung des Steuerteiles 16 in Richtung des Steueranschlusses 5 in vertikale Richtung, überdeckt die die Unterkante des der Einschnürung 21 bildende Steuerkante 20 des Steuerteiles 16 eine Kante des Gehäuses 1 des Injektors und dichtet somit bei Öffnen der Hochdruckzuleitung den ablaufseitigen Leckölhohlraum 24 gegen den unter hohem Druck stehenden Kraftstoffvorrat 29 wirksam ab. Damit ist sichergestellt, daß bei Öffnen des Steuerteiles 16 an der Sitzfläche 4 keine direkte Verbindung vom Hochdrucksammelraum 2 zum Leckölraum 24 und dem diesen nachgeordneten Leitungssystem auftreten kann.

Im geöffenten Zustand der Sitzfläche 4 am Gehäuse 1 des Hochdrucksammelraumes 2 strömt der unter hohem Druck stehende Kraftstoffvorrat 29 in den Ventilraum 22 ein und von dort durch die Zulaufleitung 23 zur Einspritzdüse. Die Einspritzdüse wird in Fig. 1 nicht dargestellt; die Düsenzuleitung kann am Düsenanschlußstück 28 mit dem Gehäuse 1 des Injektors verbunden werden.

Wird nach erfolgter Einspritzung der hier nicht näher dargestellte Elektromagnet oder Piezo-Aktor, der als Ventilbetätigungselement für das Dichtelement 7 dient, in Aktorwirkrichtung 9 betätigt, wird die Sitzfläche 10 oberhalb der Ablaufdrossel 11 des Steuerraumes 12 verschlossen. Durch die Wirkung der Dichtfeder 13, die den Hochdrucksammelraum 2 durchsetzt, wird das Steuerelement 16, ausgeführt im zweiten Durchmesser 18, mit seinem Sitzdurchmesser 19 in die Sitzfläche 4 der Wandung 3 des Hochdrucksammelraumes 2 gedrückt und schließt den Ventilraum 22 gegen Nachströmen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff 29 aus dem Hochdrucksammelraum (Common Rail) ab. Bei der Abwärtsbewegung des Steuerteiles 16, welches im wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner Symmetrieachse ausgebildet ist, gibt die sich vertikal nach unten bewegende Steuerkante 20 einen ringförmig das Steuerteil 16 umschließenden Hohlraum frei, so daß im Ventilraum 22 noch befindlicher Kraftstoff über die am Steuerteil 16 ausgebildeten Flächen 25 in den Leckölraum 24 abströmen kann. Von dort strömt der Kraftstoff ablaufseitig in eine Leckölleitung 26 ein, die beispielsweise mit dem Kraftstofftank verbunden sein kann.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich die im Steuerraum 12 des Steuerteiles 16 vorgesehene Kraftstoffmenge sehr klein halten, ferner baut der erfindungsgemäß vorgeschlagene Injektorkörper sehr klein, da ein Zuleitungssystem vom Hochdrucksammelraum 2 zum Injektor entfallen kann und auch die Ventilbetätigungseinheit direkt in die Wandung 3 des Hochdrucksammelraumes 2 integriert werden kann. Diese läßt sich in vorteilhafter Weise als Einschraubelement an der Oberseite der Sitzfläche 4 zum Ventilraum 22 unterbringen. Anstelle einer Verschraubung des Steueranschlusses 5 mit der Wandung 3 des Hochdrucksammelraumes 2 lassen sich auch andere Verbindungen ausbilden. Eine derart kompakt bauende Injektoreinheit eines Injektors für eine direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschine gestattet es, in einen sich rohrförmig parallel zum Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine erstreckenden Hochdrucksammelraum 2 an den Zylindern und damit den Einspritzräumen entsprechend benachbarten Stellen am Zylinderkopf integrieren. Eine derartige Konfiguration eines Hochdrucksammelraumes 2 mit integriertem Injektor gestattet einen Kraftausgleich des Injektors, so daß eine lange Lebensdauer eines solchen Bauteiles gewährleistet ist. Ferner läßt sich das zur Betätigung des Injektors erforderliche Steuervolumen klein halten, wodurch der Wirkungsgrad des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektors nicht beeinträchtigt wird.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Hochdrucksammelraum (Common Rail)

3

Wandung

4

Sitzfläche

5

Steueranschluß

6

Verschraubung

7

Dichtelement

8

Druckbolzen

9

Aktorwirkrichtung

10

Sitzfläche Dichtelement

11

Ablaufdrossel

12

Steuerraum

13

Dichtfeder

14

Steuerhülse

15

Zulaufdrossel

16

Steuerteil

17

erster Durchmesser

18

zweiter Durchmesser

19

Sitzdurchmesser Steuerteil

20

Steuerkante Steuerteil

21

Einschnürung

22

Ventilraum

23

Düsenzulauf

24

Leckölraum

25

Flächen

26

Lecköl-Leitung

27

Verschluß

28

Düsenanschlußstück

29

Kraftstoffvorrat

Claims

1. Injektor zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Hochdrucksammelraum (2), mit einem Steuerteil (16), welches einen Ventilraum (22) verschließt oder öffnet, von dem aus eine Düsenzulaufleitung (23) zu einer Einspritzdüse abzweigt, die in den Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine mündet, dadurch gekennzeichnet, daß im Hochdrucksammelraum (2) ein mit diesem verbundener Steuerraum (12) vorgesehen ist, über welchen das Steuerteil (16) betätigbar ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) im Steuerteil (16) ausgebildet ist und im Hochdrucksammelraum (2) von unter hohem Druck stehenden Medium (29) umgeben ist.

3. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) über eine Zulaufdrossel (15) mit einem Steuervolumen beaufschlagt wird.

4. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) über ein durch ein fremdbetätigbaren Aktor betätigbares Dichtelement (7) entlastbar ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (12) ablaufseitig eine Ablaufdrossel (11) aufweist.

6. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdrucksammelraum (2) eine Sitzfläche (4) aufweist, an welche der Sitzdurchmesser (19) des Steuerteiles (16) durch eine Dichtfeder (13) angedrückt wird.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Steuerraum (12) begrenzende Hülse (14) in einen Steueranschluß (5) integriert ist, der mit dem Gehäuse (1) des Hochdrucksammelraumes (2) verschraubt ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichtfeder (13) an der Wandung (3) des Hochdrucksammelraumes (2) abstützt.

9. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerteil (16) eine Steuerkante (20) ausgebildet ist, die bei geöffneter Sitzfläche (4) am Hochdrucksammelraum (2) einen Ventilraum (22) gegen einen Leckölraum (24) abdichtet.

10. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenzuleitung (22) in den Ventilraum (22) im zwischen Steuerkante (20) des Steuerteiles (16) und Sitzfläche (4) des Gehäuses (2) liegenden Bereich mündet.

11. Injektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckölraum (24) mit einem Leckölrail (26) verbunden ist, welches mit einem lösbaren Verschluß (27) abdichtbar ist.

12. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fremdbetätigbare Aktor ein Elektromagnet ist.

13. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fremdbetätigbare Aktor ein Piezo-Aktor ist.

14. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fremdbetätigbare Aktor ein hydraulisch-mechanischer Übersetzer ist.