DE10110678A1 - Dosiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Dosiervorrichtung, aufweisend DOLLAR A - ein einen Injektorantrieb (5) völlig umschließendes Injektorgehäuse (3), DOLLAR A - ein Rohr (2), welches das Injektorgehäuse (3) umschließt, DOLLAR A wobei DOLLAR A - das Injektorgehäuse (3) und das Rohr (2) mit einem Ventilgehäuse (1) dicht verbunden sind, DOLLAR A - das Rohr (2) an der dem Ventilgehäuse (1) abgewandten Seite mit dem Injektorgehäuse (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung, ein Verfahren zur Dosierung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Dosier­ vorrichtung.

Unter anderem bei Kraftstoffeinspritzventilen als einer spe­ ziellen Art von Dosiervorrichtung muss der Kraftstoff der Einspritzdüse zugeführt werden. Der Zuführungsanschluss für den Kraftstoff befindet sich in der Regel an dem der Ein­ spritzdüse gegenüberliegenden Ende des Kraftstoffeinspritz­ ventils ("top feed"). Andere Konstruktionen, bei denen sich Kraftstoffanschluss im mittleren oder unteren Gehäusebereich des Kraftstoffeinspritzventils befindet, sind zwar bekannt, insbesondere aber wenig verbreitet ("bottom feed"). An die injektorinterne Kraftstoffleitung bestehen dabei folgende An­ forderungen:

• - absolute Dichtheit
• - größtmögliches Volumen
• - größtmögliche Nähe zur Einspritzdüse
• - geringstmöglicher Strömungswiderstand
• - geringer Außendurchmesser des Kraftstoffeinspritzventils
• - einfache Herstellbarkeit/Montierbarkeit.

Beim Öffnen und Schließen der Einspritzdüse von Hochdruckin­ jektoren entstehen Druckschwingungen hoher Amplitude, die ei­ nen ungünstigen Einfluss auf die Dosiercharakteristik haben und die Haltbarkeit von Dichtungselementen nachteilig beein­ flussen. Ein wirksames Mittel zur Verringerung der Druck­ schwingungsamplitude besteht in der Vergrößerung des der Ein­ spritzdüse unmittelbar nachgeschalteten injektorinternen Vo­ lumens der Kraftstoffzuführungsleitung, da für die Höhe der Druckschwingung die Speicherwirkung des Fluides, welches sich aus der Kompressibilität des Kraftstoffes und aus dem Spei­ chervolumen ergibt, maßgeblich ist.

Darüber hinaus ist bei modernen Mehrventilmotoren der Bau­ raum, insbesondere der Bohrungsdurchmesser im Zylinderkopf zur Aufnahme des Injektors, sehr eingeschränkt. Aus diesem Grund wird ein möglichst kleiner Injektoraußendurchmesser an­ gestrebt, wodurch die injektorinterne Kraftstoffzuführung zur Einspritzdüse gemäß obiger Kriterien sehr erschwert ist.

Es besteht das Problem, eine Möglichkeit zur Reduzierung von Druckschwingungen bereitzustellen, welches einen vergleichs­ weise kleinen Injektoraußendurchmesser aufweist. Dieses Prob­ lem wird durch die Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Dosiervor­ richtung schematisch näher dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Benzin-Hochdruckdirekteinspritzventil. Die äußerlich sichtbaren Injektorteile bestehen aus der Ventil­ gruppe (1) mit der Einspritzdüse, dem Injektorkörper (2), welcher den Ventilnadelantrieb beinhaltet, dem Injektorboden (3) und einer Andruckplatte (5). Die Teile (1), (2) und (3) sind durch Verschraubung oder Verschweißung fest miteinander verbunden. Die Kraftstoffzuführung erfolgt bei diesem Injek­ tor über ein Kraftstoffröhrchen (4), welches in Ausfräsungen der Injektorteile (2), (3) und (5) versenkt ist. Das Kraft­ stoffröhrchen (4) endet in der Ventilgruppe (1) und ist dort mittels einer Dichtung (z. B. O-Ring, Cu-Ring) abgedichtet. Um das Kraftstoffröhrchen (4) an einem Herauswandern aus der Ventilgruppe (1) zu hindern, ist es vorteilhafterweise an dem Injektorkörper (2) und/oder dem Injektorboden (3) z. B. durch Punktschweißung oder durch Verklemmung befestigt. Diese Lö­ sung entspricht nicht allen oben beschriebenen Forderungen, da das Kraftstoffröhrchen (4) ein nur geringes Speichervolu­ men aufweist. Die dadurch hervorgerufenen hohen Druckschwin­ gungen von z. B. +/-100 bar bei einem Kraftstoffdruck von 200 bar führen zu massiven Problemen bei der Dauerhaltbarkeit der elastomeren O-Ring-Dichtung des Kraftstoffröhrchens 4 in der Ventilgruppe 1 und beeinträchtigen die Linearität der Ein­ spritzmengenkennlinie.

Fig. 2 zeigt ein zweites Benzin- Hochdruckdirekteinspritzventil, bei dem das Kraftstoffröhr­ chen 4 beidseitig einerseits in der Ventilgruppe 1 und ande­ rerseits in dem Injektorboden 3 mittels O-Ringen gedichtet ist. Diese Ausgestaltung bietet zwar montagetechnische Vor­ teile, weist aber ebenfalls die Nachteile eines zu geringen Speichervolumens und der dadurch hervorgerufenen Druckwellen hoher Amplitude auf, die zu den schon bei Fig. 1 beschriebe­ nen Nachteilen führen.

Andere Lösungen sind bei Hochdruckdirekteinspritzventilen der gezeigten Bauart, insbesondere solchen mit einem Festkörpe­ raktor als Antrieb, in Form eines piezoelektrischen, piezore­ sistiven oder magnetostriktiven Aktors, nicht bekannt.

Das Problem wird vollständig mittels der in Fig. 3 gezeigten Dosiervorrichtung gelöst, welche eine zylindrische Ausgestal­ tung aufweist, bei der das Injektorgehäuse 3 den Injekto­ rantrieb vollständig umschließt und stirnseitig mit dem Ven­ tilgehäuse 1 durch eine umlaufende (Laser)schweißnaht 6 so­ wohl mechanisch als auch hermetisch dicht verbunden ist und welches von einem zylindrischen Rohr 2 umschlossen ist, wel­ ches mittels umlaufender (Laser)schweißnähte 7 einerseits mit dem Injektorgehäuse 3 und andererseits mit der Ventilgruppe 1 hermetisch dicht verbunden ist, so dass ein großes Speicher­ volumen 12 gebildet wird, welches in ungedrosselter fluidi­ scher Verbindung mit dem Kraftstoffanschluss 14 und der Ein­ spritzdüse 10 steht.

Außer zylindrischen Querschnitten sind auch andere Quer­ schnittsgeometrien möglich, z. B. elliptisch, quadratisch, po­ lygon, etc.

Zur Durchführung der elektrischen Leitungen für den elektro­ mechanischen Injektorantrieb 5 sind in der Wandung des Injektorgehäuses 3 eine oder mehrere Bohrungen 8 vorgesehen, die den Antriebsraum 5 mit der Umgebung außerhalb des Injektors verbinden (siehe auch Schnitte B-B und C-C). Die Auslösung eines Einspritzvorganges erfolgt durch elektrische Ansteue­ rung des Injektorbetriebes 5, welcher einen Hub auf die Ein­ spritznadel 9 ausübt und zu einem Öffnen der Einspritzdüse 10 führt. Durch ein flexibles Hochdruckdichtelement 11 wird der Injektorantrieb 5 vor Kraftstoff geschützt.

Durch den in Fig. 3 gezeigten Aufbau ergibt sich unmittelbar hinter der Ventilgruppe 1 ein maximales ringspaltförmiges den gesamten Injektor umschließendes Speichervolumen 12. Dieser wird gebildet durch den Außendurchmesser des Injektorgehäuses 5, den Innendurchmesser des Rohres 2 (siehe Schnitte C-C und D-D) und im wesentlichen der Länge des Rohres 2. Zur mög­ lichst ungedrosselten Verbindung des Speichervolumens 12 mit der Einspritzdüse (10) befinden sich in der Ventilgruppe (1) eine oder mehrere Zuführungsbohrungen 13 (siehe Schnitt E-E). Ebenso weist das Injektorgehäuse 3 im Bereich des Kraftstoff­ anschlusses 14 eine oder mehrere Zuführungsbohrungen 15 auf (siehe Schnitt B-B).

Fig. 4 zeigt eine Montagesequenz für den Injektor mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffspeicherkammer/zuführung. Ausge­ hend von Fig. 4a mit Injektorantrieb 5 und Ventilgruppe 1 mit der Ventilnadel 9 wird in Fig. 4b zunächst das Injektor­ gehäuse 3 über den Injektorantrieb 5 geschoben und stirnsei­ tig auf Anlage mit der Ventilgruppe 1 gebracht. In Fig. 4c wird das Injektorgehäuse 5 nun mit der Ventilgruppe 1 herme­ tisch dicht (laser)verschweißt 6. Nun wird wie in Fig. 4d dargestellt, das Rohr 2 von der Seite des Kraftstoffanschlus­ ses 14 des Injektorgehäuses 3 her soweit über den Injektor geschoben, bis es au Anlage mit der Ventilpumpe 1 ist. Fig. 4e zeigt, wie das Rohr 2 in dieser Position sowohl mit der Ventilgruppe 1 als auch mit dem Injektorgehäuse 3 hermetisch dicht (laser)verschweißt wird 7.

Für die erfindungsgemäße Lösung ist es unmaßgeblich, von wel­ cher Seite das Rohr 2 über den Injektor geschoben wird. In Fig. 3 und Fig. 4 weist das Rohr 2 hierzu einen geringfügig größeren Innendurchmesser auf, als das Injektorgehäuse 3 im oberen Bereich (Schnitt B-B). Umgekehrt kann das Rohr 2 na­ türlich auch von der Seite der Ventilgruppe 1 her übergescho­ ben werden, wenn diese einen an das Rohr 2 angepassten Außen­ durchmesser aufweist. Darüber hinaus können die Ventilgruppe 1 und das Injektorgehäuse 3 auch beide einen etwas geringeren Außendurchmesser haben als dem Innendurchmesser des Rohres 2 entspricht, so dass es keine Rolle spielt, von welcher Seite her das Rohr 2 übergeschoben wird.

Als weitere Ausführungsvarianten kann das Injektorgehäuse 3 auch mehrteilig ausgeführt sein, wobei zunächst, bevor das Rohr 2 übergeschoben und verschweißt wird, alle Einzelteile des Injektorgehäuses miteinander und diese dann mit der Ven­ tilgruppe dicht verbunden werden.

Wesentliche Vorteile der Erfindung gegenüber bekannten Lösun­ gen sind:

• - Extreme Vergrößerung des Kraftstoffspeichervolumens im In­ jektor bei minimierter Bauform (insbesondere Injektor­ durchmesser)
• - Absenkung der beim Öffnen/Schließen des Hochdruckinjektors entstehenden Druckwellen auf ein niedriges Niveau
• - Dauerstandfestigkeit der injektorinternen Kraftstoffzufüh­ rung durch Absenkung des Druckwellenniveaus und Ersatz von elastomeren Dichtelementen durch Laserschweißnähte
• - verbesserte Linearität der Mengenkennlinie durch Vermei­ dung störender die Durchflussrate modulierender Druckwel­ len
• - ungedrosselte Kraftstoffzuführung/niedriger Strömungswi­ derstand aufgrund großer Leitungsquerschnitte
• - einfache Montierbarkeit und volle Kompatibilität zu her­ kömmlichen piezoelektrischen Benzin-Direkteinspritzventile (Anmerkung: das Verfahren ist grundsätzlich bei allen Arten von Injektorantrieben anwendbar als auch bei elektro­ magnetischen, es eignet sich aber in besonderer Weise für Injektoren mit festkörperaktorischem Antrieb, d. h. solchen mit piezoelektrischem, elektrostriktivem oder magne­ tostriktivem Antrieb)
• - zusätzliche Kraftstoffkühlung des Piezoaktors.

Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist, dass ein außen­ liegendes großes ringspaltförmiges Speichervolumen gebildet wird, welches in ungedrosselter fluidischer Verbindung mit dem Kraftstoffanschluss und der Einspritzdüse steht und nach außen hin abgedichtet ist und welches einen innenliegenden Injektorantrieb hermetisch dicht umschließt.

Die beschriebene Erfindung eignet sich in bevorzugter Weise für die neuen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Benzin-Direkteinspritzventil für die in der Entwicklung befindlichen verbrauchs- und emissionsarmen Ben­ zin-Magermotoren der nächsten Generation (SOP 2003).

Claims (1)

1. Dosiervorrichtung, aufweisend
   ein einen Injektorantrieb (5) völlig umschließendes Injek­ torgehäuse (3),
   ein Rohr (2), welches das Injektorgehäuse (3) umschließt,
   wobei
   das Injektorgehäuse (3) und das Rohr (2) mit einem Ven­ tilgehäuse (1) dicht verbunden sind,
   das Rohr (2) an der dem Ventilgehäuse (1) abgewandten Seite mit dem Injektorgehäuse (3) verbunden ist.