DE10055270A1

DE10055270A1 - Injektor mit geteiltem Druckübersetzer

Info

Publication number: DE10055270A1
Application number: DE10055270A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-23
Also published as: US6550454B2; KR20020035766A; ITMI20012314A1; FR2816372A1; JP2002195127A; US20020084348A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Steuerventil (3), welches den primärseitigen Zulauf (12) zum Steuerraum (13) steuert. Dieser beaufschlagt einen Druckübersetzer, der im Gehäuse (2) des Injektors (1) bewegbar ist. Der Druckübersetzer ist als zweiteiliger Kolben (14, 22) ausgebildet, wobei deren Einzelkolben (14, 22) axial gegeneinander vorgespannt sein können.

Description

Technisches Gebiet

In Kraftstoffeinspritzsystemen zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraft stoff in den Brennraum direkteinspritzender Verbrennungskraftmaschinen kommen Injek toren zum Einsatz. Mit diesen wird der Spritzbeginn und die Einspritzmenge eingestellt. Die Injektoren sind an die Stelle von bisher verwendeten Düsenhalterkombinationen ge treten. Die Injektoren lassen sich ohne wesentliche Modifikationen am Zylinderkopf von Verbrennungskraftmaschinen einsetzen, wobei die Injektoren Druckübersetzer enthalten können, mit denen ein eingangsseitiger Primärdruck signifikant erhöht werden kann.

Stand der Technik

DE 198 35 494 A1 bezieht sich auf eine Pumpe-Düse-Einheit. Mit dieser wird den Brenn räumen einer Verbrennungskraftmaschine unter hohem Druck stehender Kraftstoff zuge führt. Eine Pumpeneinheit dient zum Aufbau eines Einspritzdruckes, so dass der Kraftstoff über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine einge spritzt werden kann. Ferner ist ein mit einer Steuereinheit verbundenes Steuerventil vorge sehen, welches als nach außen öffnendes A-Ventil ausgebildet ist. Mittels einer Ventilbetä tigungseinheit wird der Druckaufbau in der Pumpeneinheit gesteuert. Um eine Pumpe- Düse-Einheit mit einer Steuereinheit zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat, klein bauend ist und die insbesondere eine kurze Ansprechzeit hat, wird vorgeschlagen, die Ventilbetätigungseinheit als einen piezoelektrischen Aktor auszubilden.

Bei dieser Pumpe-Düse-Einheit ist einer Ventilbetätigungseinheit ein einteiliger hydrauli scher Übersetzer zugeordnet. Dieser dient bei entsprechender Auslegung zur Übertragung der kleinen Ausdehnungsbewegung des Aktors in eine größere Ventilbetätigungsbewe gung.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen zweiteiligen Ausführung des Druckübersetzers lässt sich zum einen dessen einfacher Aufbau realisieren, so dass eine kostengünstige Her stellung gewährleistet ist. Wird der Druckübersetzer, der aus zwei Kolbenelementen be steht, so ausgebildet, dass an diesem jeweils radiales Spiel in bezug auf die Kolben auf nehmende Bohrung des Injektorgehäuses vorliegt, so kann eine teure und aufwendige Fer tigung eines einteiligen Kolbens, der hochgenaue Passungstoleranzen aufweisen müsste, vermieden werden. Die Aufteilung des Kolbenelementes in zwei Einzelkolben erlaubt, durch eine Teilung des die Kolben aufnehmenden Gehäuses, eine kostengünstigere Her stellung sowohl der als Druckübersetzer dienenden Einzelkolben als auch des zweiteilig ausgebildeten Gehäuses.

Die beiden Kolben, von denen einer eine Begrenzungsfläche eines mit Steuerdruck beauf schlagten Steuerraumes bildet und der andere Kolben, der mit einer Stirnseite in einen Druckraum hineinragt, werden zur Verhinderung der Trennung an den Kontaktflächen durch ein Federelement gespreizt, d. h. vorgespannt. Damit ist sichergestellt, dass sich die Kolben während einer axial verlaufenden Hubbewegung nicht trennen.

Die Einzelkolben der Kolbenanordnung sind gegeneinander in axiale Richtung vorge spannt, um eine Trennung der Kolben während des Hubs an ihren Kontaktflächen zu ver meiden. Zum Ausgleich von Gehäusetoleranzen hingegen sind die Einzelkolben mit Spiel zueinander aufgenommen, d. h. der äußere Einzelkolben ist in der oberen Gehäusehälfte, der innere Kolben in der unteren Gehäusehälfte jeweils mit Spiel geführt. Damit lassen sich die Gehäusetoleranzen und Fertigungstoleranzen der Bauteile ausgleichen, so dass die Her stellung des Druckübersetzers samt Gehäuse wesentlich kostengünstiger erfolgen kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt den Schnittverlauf durch einen zweiteilig ausgeführten Kolben ei nes Druckübersetzers.

Ausführungsvarianten

Der erfindungsgemäß konfigurierte Injektor umfasst ein 3/2-Wege-Steuerventil 3, welches innerhalb des Injektorgehäuses 2 aufgenommen ist. In einer Bohrung 4 im Injektorgehäuse 2 ist ein Ventilkörper 7 beweglich aufgenommen, der im Bereich eines gehäuseseitig mün denden Zulaufes 5 vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) mit einer Einschnürstelle 6 verbunden ist. Die Einschnürstelle 6 am Ventilkörper 7 geht in einen konischen Bereich 10 über, an welchem ein Sitzdurchmesser ausgebildet ist, der mit einer gehäuseseitig vor gesehenen Sitzfläche 9 zusammenwirkt und einen Steuerraumzulauf 12 zu einem Steuer raum 13 freigibt oder verschließt. Der Ventilkörper 7 ist vom Ventilraum 8 umgeben, der auf der vom Hochdrucksammelraum 5 abgewandten Seite des Injektorgehäuses in eine Leckölbohrung 11 mündet.

In einer Bohrung im Injektorgehäuse 2 ist ein äußerer Kolben 14 eines Druckübersetzers aufgenommen. Dieser ragt mit seiner oberen ringförmig konfigurierten Stirnfläche in einen Steuerraum 13 im Injektorgehäuse 2 ein, der über den oben bereits erwähnten Steuerraum zulauf 12 mit einem Steuerraumvolumen beaufschlagt werden kann. Der äußere Kolben 14 ist gemäß der Darstellung in der Figur topfförmig ausgebildet und mit einem Einschraub element 15 versehen. Das mit einem Außengewinde 17 versehene Einschraubelement 15 kann in den äußeren Kolben 14 eingeschraubt werden und ist zu diesem Zwecke mit einem Werkzeugansatz 16 versehen, der beispielsweise als eine Sechskantansatzfläche ausgeführt sein kann. Das Einschraubelement 15, welches in den äußeren Kolben 14 eingeschraubt werden kann, weist an seiner unteren Stirnfläche 18 einen Ring 19 auf, der der Zentrierung eines Federelementes 20 dient. Das in der Figur dargestellte Federelement 20 ist als eine Tellerfeder ausgebildet, welche einerseits an der unteren Stirnfläche 18 des Einschraube lementes 15 anliegt und sich mit ihren äußeren Randbereichen auf der oberen Stirnfläche 23 eines inneren Kolbens 22 abstützt. Der innere Kolben 22 liegt mit seinem Kopfbereich an einer ringförmig sich um eine untere Öffnung im äußeren Kolben 14 erstreckenden Flä che an. Mittels des zwischen unterer Stirnfläche 18 des Einschraubelementes 15 und oberer Stirnfläche 23 des inneren Kolbens 22 aufgenommenen Federelement 20 lässt sich eine in axiale Richtung wirkende Vorspannung zwischen dem äußeren Kolben 14 und dem inneren Kolben 22 erzeugen. Der Kopfbereich des inneren Kolbens 22 ist in bezug auf die Bohrung im äußeren Kolben 14 mit radialem Spiel 21 geführt; Spiel 25 herrscht auch zwischen dem Schaftbereich 24 des inneren Kolbens 22 und der Bohrung im Boden des äußeren Kolbens 14. Der äußeren Kolben 14 ist im wesentlichen von einer oberen Gehäusehälfte des Injek torgehäuses 2 umschlossen, während der Schaft 24 des inneren Gehäuses 22 im wesentli chen in eine untere Gehäusehälfte des Injektorgehäuses 2 hineinragt. Die beiden Gehäuse hälften des Injektorgehäuses 2 liegen entlang der Trennfuge 26 aneinander an.

Der äußere Kolben 14 stützt sich gehäuseseitig auf einem Federelement 27 ab, welches beispielsweise als eine Spiralfeder ausgebildet werden kann, die in der Darstellung gemäß Fig. 1 annähernd auf Blocklänge zusammengedrückt ist. Die Spiralfeder stützt sich an einer im Injektorgehäuse 2 vorgesehenen Bodenfläche 37 ab. Vom Hohlraum, in welchem sich das spiralförmig konfigurierte Federelement 27 abstützt, zweigt eine Ableitung 29 ab, die in eine Bohrung 28 in der unteren Gehäusehälfte des Injektorgehäuses 2 mündet. Über diese ist ein Befüllungsventil 30 beaufschlagt, welches unter Zwischenschaltung eines Drosselelementes einen Druckraum 34 mit einem unter hohem Druck stehenden Kraft stoffvolumen beaufschlagt.

Das Befüllungsventil 30 umfasst im wesentlichen ein als Kugelkörper 31 ausgebildetes Dichtelement, welches über ein Federelement 33 vorgespannt ist; durch die Auslegung des Federelementes kann der Öffnungsdruck des Dichtkörpers 31 im Befüllungsventil 30 fest gelegt werden. Durch die stetige Beaufschlagung des Druckraumes 34 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff via Befüllungsventil 30 und Zulaufbohrung 28 ist sicherge stellt, dass im Druckraum 34 zu allen Zeiten ein ausreichendes Kraftstoffvolumen ansteht. Dieses erfährt bei Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 13 durch den sich abwärts be wegenden äußeren Kolben 14 und die Zwangsführung des inneren Kolbens 22 eine Kom pression durch die untere Stirnseite 35 des inneren Kolbens 22, der sich in den Druckraum 34 hineinbewegt. Aufgrund der sich einstellenden Druckerhöhung im Druckraum 34 strömt ein Kraftstoffvolumen über den Düsenzulauf 36 in Richtung Einspritzdüse.

Mittels des Federelementes 20, welches im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur als Tel lerfeder ausgebildet ist, lässt sich eine axiale Vorspannung des äußeren Kolbens 14 und des inneren Kolbens 22 gegeneinander erreichen, die über das Einschraubelement 15 bzw. des sen Einschraubtiefe mit seinem Außengewinde 17 in den äußeren Kolben 14 einstellbar ist. Daneben kann eine Auslegung der Federkraft durch die Anordnung mehrerer Tellerfedern, seien sie gleichsinnig oder gegensinnig, zwischen der unteren Stirnfläche 18 des Ein schraubelementes 15 und der oberen Stirnfläche 23 des inneren Kolbens 22 aufgenommen, eingestellt werden. Die in der Figur vorgeschlagene Lösung zeichnet sich vor allem da durch aus, dass nunmehr Gehäusetoleranzen bzw. Druckübersetzertoleranzen wesentlich kostengünstiger gewählt werden können, da durch das radiale Spiel 21 bzw. 25, welches der Kopfbereich des inneren Kolbens bzw. dessen Schaft 24 relativ zum äußeren Kolben 14 aufweisen, Gehäusetoleranzen eines bevorzugt zweiteilig vorgesehenen Gehäuses aus geglichen werden können. Die Toleranzen des äußeren Kolbens 14 wie auch die des inne ren Kolbens 22 lassen sich in bezug auf den Herstellungsprozess günstig wählen, wenn insbesondere auch das Injektorgehäuse 2 als zweiteilig konfiguriertes Gehäuse ausgebildet ist, deren Flächen an der Trennfuge 26 aneinander liegen.

Neben der Steuerung des Steuerraumvolumens des Steuerraumes 13 über das 3/2-Wege ventil 3 und dessen Zulauf 12 lässt sich die Kolbenanordnung 14, 22, d. h. der Drucküber setzer auch über den unteren Raum steuern, in welchem im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur das Federelement 27 aufgenommen ist. Dies lässt sich dann durchführen, wenn auf der Sekundärseite des Druckübersetzers, d. h. an der Stirnfläche 35 des inneren Kolbens 22, ebenfalls Steuerdruck anliegt.

Bezugszeichenliste

1

Injektor

2

Injektorgehäuse

3

3/2-Wege-Steuerventil

4

Bohrung

5

Zulauf Hochdrucksammelraum

6

Einschnürung

7

Ventilkörper

8

Ventilraum

9

Sitzfläche

10

Konus

11

Leckölleitung

12

Steuerraumzulauf

13

Steuerraum

14

äußerer Kolben

15

Einschraubelement

16

Werkzeugansatz

17

Außengewinde

18

untere Stirnfläche

19

Ring

20

Federelement

21

radiales Spiel

22

innerer Kolben

23

Stirnfläche

24

Schaft

25

radiales Spiel

26

Gehäusebohrung

27

Spiralfeder

28

Bohrung

29

Ableitung

30

Befüllungsventil

31

Dichtkörper

32

Dichtsitz

33

Federelement

34

Druckraum

35

druckraumseitige Stirnfläche

36

Düsenzulauf

37

Gehäuseboden

Claims

1. Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brenn räume einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Steuerventil (3), welches den pri märseitigen Zulauf (12) zu einem Steuerraum (13) steuert, der einen Druckübersetzer beaufschlagt, der im Injektorgehäuse (2) des Injektors bewegbar ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Druckübersetzer als zweiteilige Kolbenanordnung (14, 22) ausgebil det ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung einen äußeren Kolben (14) umfasst, in welchem ein innerer Kolben (22) eingesetzt ist.

3. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kolben (14) und der innere Kolben (22) axial gegeneinander vorgespannt sind.

4. Injektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer unteren Stirnfläche (18) eines Einschraubelementes (15) und der Stirnseite (23) des inneren Kolbens (22) ein Federelement (20) angeordnet ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Einschraubele mentes (15) die Vorspannung zwischen dem äußeren Kolben (14) und dem inneren Kolben (22) einstellbar ist.

6. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kolben (22) mit radialem Spiel (21, 25) im äußeren Kolben (14) geführt ist.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kolben (14) in einer Hälfte des Gehäuses (2) aufgenommen ist und der innere Kolben (22) mit seinem Schaft (24) von der anderen Hälfte des Gehäuses (2) umschlossen ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einzelkolben (14, 22) der Kolbenanordnung im an einer Trennfuge (26) geteilten Gehäuse (2) radial zu einander ausrichten.

9. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kolben (14) mittels eines sich am Injektorgehäuse (2) abstützenden Federelementes (27) gegen den Steuerraum (13) vorgespannt ist.