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Technisches
Gebiet
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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.
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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 piezoelektrischer 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.
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DE 197 01 879 A1 betrifft einen Kraftstoffinjektor
für Brennkraftmaschinen.
Dieser umfasst einen von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllbaren gemeinsamen
Hochdrucksammelraum (Common Rail), der über Einspritzleitungen mit
in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden
Einspritzventilen verbunden ist. Die Öffnungs- bzw. Schließbewegung
der Einspritzventile wird jeweils von einem elektrisch angesteuerten Steuerventil
gesteuert, wobei dieses als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet ist, das
einen an einer Einspritzöffnung
des Einspritzventils mündenden
Hochdruckkanal mit Einspritzleitung oder einer Entlastungsleitung
verbindet. Dabei ist am Steuerventilglied des Steuerventils ein
mit Kraftstoffhochdruck befüllbarer
hydraulischer Arbeitsraum vorgesehen, der zur Verstellung der Einstellposition
des Steuerventilgliedes des Steuerventils in einen Entlastungskanal
aufsteuerbar ist.
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DE 198 12 170 A1 hat eine Kraftstoffeinspritzanlage
für eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine zum Gegenstand. Die Kraftstoffeinspritzanlage
umfasst eine nockenangetriebene Hochdruckeinspritzpumpe zur Förderung
des Kraftstoffes in eine als Hochdruckspeicher wirkende gemeinsame
Versorgungsleitung (Common Rail), von der Einspritzleitungen zu
Einspritzdüsen
führen
und mit einer den jeweiligen Förderbeginn
bestimmenden Magnetventilsteuerung. In jeder als freiliegende Kraftstoffleitung zwischen
Versorgungsleitung und Einspritzdüse ausgeführten Einspritzleitung ist
ein den Förderbeginn steuerndes
Magnetventil im nahen Bereich der gemeinsamen Versorgungsleitung
vorgesehen.
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DE 197 44 094 C2 bezieht sich auf ein Einspritzsystem
für eine
Brennkraftmaschine. Das Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit
einem Hochdruckspeicher zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher über einen
Injektor in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine umfasst einen
einstückigen
Hochdruckspeicher, der ein Kraftstoff führendes Verbindungsstück enthält. Das
Kraftstoff führende
Verbindungsstück
stellt ein Kraftstoff führendes
Teil eines Injektors dar.
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DE 197 44 518 A1 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen.
Das Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper angeordneten, axial verschiebbaren
Ventilglied weist an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine
zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche auf. Mit dieser wirkt es
mit einer konischen Ventilsitzfläche
am Ventilkörper
zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes zusammen. Dabei ist das
Ventilglied über
eine Innenführung
gleitverschiebbar auf einem Zapfen eines ortsfesten Einsatzkörpers geführt. Bei
dieser Lösung sind
sehr kleine Stellkräfte
und schnell Ventilhubbewegungen des Ventilgliedes des Einspritzventils möglich.
DE 199 63 720 A1 bezieht
sich auf ein Common-Rail-System. Dieses dient der Kraftstoffversorgung
von Brennkraftmaschinen insbesondere von Dieselmotoren in Personenkraftwagen.
Das Common-Rail-System umfasst einen zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher,
der über
Kraftstoffhochdruckleitungen mit mehrere Injektoren verbunden ist,
deren Öffnungs-
und Schließbewegung
jeweils von einer Steuereinrichtung gesteuert werden. Um das Common-Rail-System
auch für
Kleinmotoren einsetzen zu können,
ist die Steuereinrichtung in den Kraftstoffhochdruckspeicher integriert
bzw. an den Kraftstoffhochdruckspeicher angebaut.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine möglichst
kompakt bauende in einen Hochdrucksammelraum integrierte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch
einen Hochdrucksammelraum mit darin integriertem Steuerteil, welches über einen
fremdbetätigten
Aktor betätigbar
ist.
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Ausführungsvarianten
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Die einzige Figur zeigt einen im
wesentlichen kraftausgeglichenen Injektor, der einen. Hochdrucksammelraum
enthält,
welcher von einem Teil eines Steuerteiles durchsetzt ist.
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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.
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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 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 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.
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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.
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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.
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Andererseits können am Gehäuse 1 auch einzelne
eine Entleerung des Leckölrail 26 ermöglichende
Verschlüsse 27 vorgesehen
sein. Im Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes gemäß 1 ist die Leckölleitung 26 durch
eine von der Unterseite des Gehäuses 1 zugänglichen
Verschluß 27 in
Gestalt einer Leckölschraube
entleerbar.
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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.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäß gemäß 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.
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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 1 nicht dargestellt;
die Düsenzuleitung kann
am Düsenanschlußstück 28 mit
dem Gehäuse 1 des
Injektors verbunden werden.
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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.
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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.
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- 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