DE10055272A1

DE10055272A1 - Druckgesteuerter Injektor mit in Reihe geschalteten Steuerventilen

Info

Publication number: DE10055272A1
Application number: DE2000155272
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: KR20020035768A; ITMI20012239A1; FR2816371A1; US20020079378A1; US6553968B2; JP2002213327A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. In einer Gehäusebohrung (2) ist der 2/2-Steuerventilkörper (8) vertikal verfahrbar aufgenommen, der von einem Ringraum (12) umschlossen ist. In diesen mündet der Zulauf (15) des Hochdrucksammelraums. Die Vertikalbewegung des Steuerventilkörpers (8) verbindet oder trennt einen Düsenzulauf (19, 20) vom Zulauf (15) vom Hochdrucksammelraum. Innerhalb des Gehäuses (3) des Injektors (1) sind zwei 2/2-Wege-Steuerventile (7, 21) in Reihe geschaltet, von denen eines im geöffneten Zustand kraftausgeglichen ist.

Description

Technisches Gebiet

Bei Kraftstoffeinspritzsystemen mit Hochdrucksammelräumen (Common Rail), die einen Hochdruck im Kraftstoffeinspritzsystem aufrechterhalten, werden Einspritzbeginn und Einspritzende mit elektrisch ansteuerbaren Injektoren eingestellt. Die Injektoren werden mit Spannelementen am Zylinderkopf von Verbrennungskraftmaschinen befestigt, ohne das am Zylinderkopf wesentliche Veränderungen vorzunehmen wären. Je nachdem, welche Höchstdrücke während der Einspritzung auftreten, kann es bei Injektoren mit geringer Schieber-Scheuerkantenüberdeckung bei Hochdruck zu großen Leckagen kommen, die den Wirkungsgrad eines solchen Injektors erheblich beeinträchtigen.

Stand der Technik

DE 197 01 879 A1 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftma schinen. Die hier offenbarte Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen umfaßt einen von einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllbaren gemeinsamen Hochdrucksammel raum (Common Rail), der über Einspritzleitungen mit in den Brennraum der zu versorgen den Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist. Die Öffnungs- und Schließbewegungen der Einspritzventile werden jeweils von einem elektrisch angesteuer ten Steuerventil gesteuert, wobei das Steuerventil als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet sein kann, das einen an eine Einspritzöffnung des Einspritzventils mündenden Hochdruckkanal mit der Einspritzleitung oder einer Entlastungsleitung verbindet. Dabei ist am Steuerventil glied des Steuerventils ein mit Kraftstoffhochdruck befüllbarer hydraulischer Arbeitraum vorgesehen, der zur Verstellung der Einstellposition des Steuerventilgliedes des Steuer ventils in einen Entlastungskanal aufsteuerbar ist.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich ein druckgesteuerter Injektor bereitstellen, der in bezug auf die sich einstellende Leckage unkritisch ist. Die in Reihe hintereinander geschalteten 2/2-Wege-Ventile erlauben es, das obere Steuerteil, an wel chem konstant Hochdruck vom Hochdrucksammelraum aus ansteht, im geöffneten Zustand kraftausgeglichen zu gestalten, da der Sitzdurchmesser des Steuerkörpers des oberen 2/2- Wege-Ventils dem Führungsdurchmesser entspricht; demzufolge läßt sich das dem Hoch druck vom Hochdrucksammelraum ausgesetzte 2/2-Wege-Steuerteil über die ansteuerbare Betätigungseinheit beispielsweise einem Piezosteller, dem ein hydraulischer Übersetzer vorgeschaltet ist, auf direktem Wege ansteuern.

Neben der Kraftausgeglichenheit des Ventilkörpers des oberen, dem Hochdruck vom Hochdrucksammelraum stets ausgesetzten 2/2-Wege-Ventils und dessen verkantungsfreier Führung mittels zweier Führungsabschnitte ist leckölseitig ein 2/2-Wege-Ventil als Kugel ventil ausgestaltet, welches preiswert und einfach herstellbar ist. Wird der Piezosteller an gesteuert, wird dessen Öffnungsbewegung entgegengesetzt, der Kugelkörper in seinen Dichtsitz gedrückt. Bei maximaler Öffnung des oberen 2/2-Wege-Ventils ist ein definiertes Schließen des Kugelkörpers des unteren 2/2-Ventils sichergestellt, so daß den nachteiligen Folgen wie einer überhöhten Leckage bei geringer Schieber-Scheuerkantenüberdeckung von nur wenigen Zehntelmillimetern abgeholfen ist.

Bei geschlossenem oberen 2/2-Wege-Ventil kann über das in einem gehäuseseitigen Hohl raum aufgenommene Kugelelement, das untere 2/2-Wege-Ventil, der Düsenzulauf zum Düsenraum der Einspritzdüse druckentlastet werden. Aufgrund der Tatsache, daß der Ku gelkörper des unteren 2/2-Wege-Ventils druckfederbeaufschlagt ist, kann das Leckölventil, welches entgegengesetzt zum Piezosteller wirkt, den Steuernventilkörper des oberen 2/2- Wege-Ventils schließen, bzw. zu dessen Schließbewegung in vertikaler Richtung beitra gen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäß konfigurierten, druckgesteuerten Injektor, dessen bei de 2/2-Wege-Ventile in Reihe gestaltet sind. In einer Gehäusebohrung 2 des erfindungsgemäß konfigurierten Injektors 1 gemäß Fig. 1 sind in Reihe geschaltet, ein oberes 2/2-Wege- Steuerventil 7 sowie ein unteres, kugelförmig konfiguriertes 2/2-Wege-Steuerventil 21 angeordnet.

Das obere 2/2-Wege-Steuerventil 7 ist im wesentlichen als ein zur Symmetrielinie 29 rota tionssymmetrischer Körper ausgebildet. An der Oberseite des 2/2-Steuerventilkörpers 8 befindet sich eine erste Stirnfläche 18, während die dieser gegenüberliegende Stirnfläche des rotationssymmetrisch ausgebildeten 2/2-Steuerventilkörpers 8 mit Bezugszeichen 17 identifiziert ist.

Oberhalb der oberen Stirnfläche 18 ist das Steuervolumen eines hydraulischen Überset zers 6 vorgesehen, welches seinerseits durch einen Kolben 5 druckbeaufschlagt werden kann. Der Kolben 5 seinerseits wird über einen ansteuerbaren Piezosteller 4 beaufschlagt, der hier im einzelnen nicht dargestellt ist. Anstelle eines Piezostellers 4 läßt sich auch der Einsatz eines Magnetventils mit kurzen Ansteuerzeiten sowie ein mechanisch- hydraulischer Übersetzer zur Betätigung des Kolbens 5 einsetzen.

Der als rotationssymmetrisches Bauteil beschaffene 2/2-Steuerventilkörper 8 enthält eine Einschnürstelle 13, an welche sich ein Sitzdurchmesser 14 anschließt. Im geschlossenen Zustand des 2/2-Steuerventilkörpers 8 liegt dieser mit seinem Sitzdurchmesser 14 an einer gehäuseseitig vorgesehenen Sitzfläche 11 an und verschließt auf diese Weise den Zulauf 15 von Hochdrucksammelraum aus kommend. Im geschlossenen Zustand ist die Querboh rung 19 sowie der mit Bezugszeichen 20 bezeichnete Düsenzulauf zum Düsenraum einer Einspritzdüse, die hier nicht näher dargestellt ist, vom Hochdruck abgeschlossen.

Der Zulauf 15, vom Hochdrucksammelraum aus kommend, mündet in einen innerhalb des Gehäuses 3 des Injektors 1 vorgesehenen Ringraum 12. In diesem steht das vom Hoch drucksammelraum aus über den Zulauf 15 anstehende Kraftstoffvolumen und damit stets Hochdruck an.

Der 2/2-Steuerventilkörper 8 ist im Gehäuse 3, d. h. in dessen Gehäusebohrung gelagert. Der 2/2-Steuerventilkörper 8 umfaßt einen ersten Führungsabschnitt 9 sowie einen zweiten Führungsabschnitt 16. Mittels beider Führungsabschnitte 9 bzw. 16 ist der 2/2- Steuerventilkörper 8 im Gehäuse 3 des Injektors 1 verkantungsfrei geführt. Die Kraftaus geglichenheit des 2/2-Steuerventilkörpers 8 im geöffneten Zustand, d. h. bei Verbindung des Düsenzulaufs 15 mit der Querbohrung 19 des Zwischenzulaufs 20 rührt daher, daß der erste bzw. der zweite Führungsabschnitt 9 bzw. 16 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 in glei chem Durchmesser ausgeführt sind, wie der mit der Steuerkante 11 gehäuseseitig zusammenarbeitende Sitzdurchmesser 14 des 2/2-Steuerventilkörpers 8. Aufgrund dieser Dimen sionierung läßt sich in geöffnetem Zustand der 2/2-Steuerventilkörper 8 durch den Pie zosteller 4 betätigen. Leckölseitig ist dem oberen 2/2-Wege-Steuerventil 7 ein kugelförmig konfiguriertes 2/2-Steuerventil 21 nachgeschaltet. Dessen kugelförmig konfiguriertes Schließelement 23 liegt an der unteren Stirnfläche 17 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 an. Das kugelförmige Schließelement 23 ist von einem Hohlraum 25 im Gehäuse 3 des Injektors 1 umschlossen und wird durch ein sich gehäuseseitig abstützendes Federelement 26 konstant gegen die untere Stirnfläche 17 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 angestellt. In den Hohlraum 25, in welchem sich das federvorgespannte Schließelement 23 des kugelförmigen 2/2- Steuerventils 21 befindet, mündet eine Leckölleitung 22 ein. Unterhalb des über einen Ab zweig 28 vom Düsenzulauf 19/20 mit Kraftstoffvolumen beaufschlagbaren Hohlraums 25 ist ein Drosselelement 27 vorgesehen.

Wird die beispielsweise als Piezosteller ausgebildete Betätigungseinheit 4 bestromt, wird der Kolben 5 beaufschlagt, der hydraulische Übersetzer 6 erfährt eine Druckerhöhung, so daß die obere Stirnfläche 18 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 mit Druck beaufschlagt wird. Der 2/2-Steuerventilkörper 8 fährt im Gehäuse 3 des Injektors 1 nach unten, so daß der die Sitzfläche 11 im Gehäuse verschließende Sitzdurchmesser 14 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 aus seinem Sitz zurückfährt und den Zulauf 15 vom Hochdrucksammelraum über den Rin graum 12 zur Querbohrung 19 zum Düsenzulauf 20 freigibt. Damit steht unter hohem Druck stehender Kraftstoff im Düsenraum der hier nicht näher dargestellten Einspritzdüse an. Die vertikal nach unten gerichtete Bewegung im Gehäuse 3 des Injektors 1 des 2/2- Steuerventilkörpers 8 bewirkt ein Einfahren der unteren Stirnfläche 17 des 2/2-Steuer ventilkörpers 8 in den unteren Hohlraum 25. Dadurch wird das kugelförmige Schließ element 23 des 2/2-Steuerventils 21 im unteren Hohlraum 25 entgegen der Wirkung der es beaufschlagenden Vorspannfeder 26 in seinen Sitz gefahren. Der Sitzdurchmesser 24 des kugelförmig konfigurierten Schließelements 23 verschließt daher den Zulauf, in welchem ein Drosselelement 27 eingelassen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Düsenzulauf 19/20 mit Hochdruck beaufschlagt, während die Leckölleitung 22 durch das in seinen Dichtsitz 24 gefahrene, über die Stirnfläche 17 beaufschlagte, kugelförmige Schließelement 23 vom Hochdruck abgeschlossen ist.

Wird der Piezosteller nicht mehr bestromt, fährt der Kolben 5 nach oben aus, entlastet den hydraulischen Übersetzer 6, so daß die Stirnfläche 18 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 nach oben auffährt. Dadurch fährt der 2/2-Steuerventilkörper 8, geführt in seinen Führungsab schnitten 9 und 16 im Gehäuse 3, mit seinem Sitzdurchmesser 14 in die Sitzfläche 11 und schließt des Düsenzulauf 19 bzw. 20 vom Zulauf 15 des Hochdrucksammelraums ab. Der im Düsenzulauf 19 bzw. 20 herrschende Restdruck steht über den Abzweig 28 bzw. das Drosselelement 27 am Dichtsitz 24 des Schließelements 23 des unteren kugelförmig konfi gurierten 2/2-Wege-Steuerventils an. Der im Abzweig 28 und in der Querbohrung 19 bzw. dem Düsenzulauf 20 anstehende Restdruck unterstützt das Auffahren des kugelförmig kon figurierten Schließelements 23 aus seinem Dichtsitz und damit die Schließbewegung des oberen 2/2-Steuerventilkörpers 8 in seinem Dichtsitz. In diesem Zustand ist das kugelför mig konfigurierte Schließelement geöffnet, so daß der Düsenzulauf 20 über den Ab zweig 28 das Drosselelement 21 sowie den gehäuseseitig vorgesehenen Hohlraum 25 über die Leckölleitung 22 druckentlastet werden kann.

Da das kugelförmig konfigurierte Schließelement 23 über das sich am Hohlraum 25 abstüt zende Federelement 26 entgegen der Wirkrichtung des Piezostellers 4 beaufschlagt ist, kann die Öffnungsbewegung des kugelförmigen Schließelements 23 durch dessen Anlage an der unteren Stirnfläche 17 des 2/2-Steuerventilkörpers 8 zur Unterstützung der Schließ bewegung des 2/2-Steuerventilkörpers 8 in seinen Dichtsitz 11 im Gehäuse 3 herangezogen werden.

Bezugszeichenliste

1

Injektor

2

Gehäusebohrung

3

Gehäuse

4

Piezosteller

5

Kolben

6

hydraulische Übersetzer

7

2/2-Wege-Steuerventil

8

2/2-Steuerventilkörper

9

erster Führungsabschnitt

10

Führungsdurchmesser

11

Sitzflächegehäuse

12

Ringraum

13

Einschnürung

14

Sitzdurchmesser

15

Zulauf Hochdrucksammelraum

16

zweiter Führungsabschnitt

17

untere Stirnfläche

18

obere Stirnfläche

19

Querbohrung

20

Düsenzulauf

21

kugelförmiges 2/2-Wege-Steuerventil

22

Leckölleitung

23

Schließelement

24

Sitzdurchmesser

25

Leckölraum

26

Federelement

27

Drossel

28

Abzweig

29

Symmetrielinie

Claims

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungs kraftmaschine, mit einem in einer Gehäusebohrung (2) vertikal verfahrbar aufge nommenen Steuerventilkörper (8), der von einem Ringraum (12) umschlossen ist, in welchem ein Zulauf (15) vom Hochdrucksammelraum mündet und dessen Verti kalbewegung einen Düsenzulauf (19, 20) mit dem Zulauf (15) vom Hochdruck sammelraum verbindet oder von diesem trennt, dadurch gekennzeichnet, daß inner halb der Gehäuses (3) des Injektors 2/2-Wege-Steuerventile (7, 21) in Reihe ge schaltet sind, von denen eines im geöffneten Zustand kraftausgeglichen ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal in der Gehäu sebohrung (2) verfahrbare 2/2-Steuerventilkörper (8) mit zwei Führungsabschnitten (9, 16) im Gehäuse (3) geführt wird.

3. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (9, 16) in identischem Durchmesser ausgeführt sind.

4. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (9, 16) und der Sitzdurchmesser (14) des Steuerventilkörpers (8) in identischem Durchmesser ausgeführt sind.

5. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die 2/2-Wege- Steuerventil (7, 21) verstellenden Steller (3) ein hydraulischer Übersetzer (6) zuge ordnet ist.

6. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (23) des kugelförmigen 2/2-Wege-Steuerventils (21) durch ein in einem Hohlraum (25) des Gehäuses (3) aufgenommenes Federelement (26) gegen eine Stirnfläche (17) des 2/2-Steuerventilkörpers (8) angestellt ist.

7. Injektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (25) des kugelförmigen 2/2-Wege-Ventils (21) über ein Drosselelement (27) mit einem Ab zweig (28) vom Düsenzulauf (19, 20) verbunden ist.

8. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige 2/2- Wege-Ventil (21) mit seinem Schließelement (23) in dessen Dichtsitz (24) gefahren ist, wenn das obere 2/2-Wege-Steuerventil (7) geöffnet ist.

9. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige 2/2- Wege-Ventil in seine geöffnete Stellung gefahren ist, wenn das obere 2/2-Wege- Ventil (7) mit seinem Sitzdurchmesser (14) in seine gehäuseseitige Sitzfläche (11) gefahren ist.