DE10121340A1

DE10121340A1 - Common-Rail-Injektor

Info

Publication number: DE10121340A1
Application number: DE2001121340
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stoecklein; Dietmar Schmieder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2002-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, bei der der Steuerraum (30) von einem Einsatzstück und einer Düsennadel (8) begrenzt wird. Dadurch werden die Zahl der Hochdruckdichtstellen und der benötigte Bauraum reduziert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, mit einer im Injektorgehäuse geführten Düsennadel und mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum von einer Hülse, einer Stirnfläche der Düsennadel und einer Zwischenscheibe begrenzt wird.

Bei einem in der DE 199 36 668 A1 beschriebenen Injektor wird der Steuerraum von einer Hülse, einer Stirnfläche der Düsennadel und einer Zwischenscheibe begrenzt. Die Zahl dieser Bauteile verursacht hohe Herstellungskosten und erfordert eine aufwendige Abdichtung des Steuerraums.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail-Injektor bereitzustellen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Außerdem soll das Betriebsverhalten weiter verbessert werden.

Die Aufgabe ist bei einem Injektor für ein Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, mit einer im Injektorgehäuse geführten Düsennadel und mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum von einer Hülse, einer Stirnfläche der Düsennadel und einer Zwischenscheibe begrenzt wird, dadurch gelöst, dass die Hülse und die Zwischenscheibe einstückig als Einsatzstück ausgeführt sind.

Vorteile der Erfindung

Durch das Zusammenfassen der Hülse und der Zwischenscheibe kann die Zahl der Bauteile reduziert werden. Außerdem entfällt eine Hochdruckdichtstelle zwischen Hülse und Zwischenscheibe, so dass die Leckage verringert wird. Weil das Einsatzstück sowohl von der Düsenfeder als auch durch die von dem im Steuerraum und dem im Düsenfederraum befindlichen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff verursachten hydraulischen Kräfte gegen das Injektorgehäuse gepresst wird, hebt das Einsatzstück auch nicht von dem Injektorgehäuse ab, wenn das Ventilglied eines Steuerventils gegen das Einsatzstück gesteuert wird. Durch eine geeignete Wahl des Außendurchmessers des Einsatzstücks kann dies bei allen Betriebszuständen gewährleistet werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass in dem Einsatzstück eine Zulaufdrossel und/oder eine Ablaufdrossel vorhanden ist. Wenn die Ablaufdrossel in dem Einsatzstück vorhanden ist, kann deren Herstellung, insbesondere durch hydroerosives Verrunden, vereinfacht werden, da das Einsatzstück leichter als eine nach beiden Seiten offene Hülse abgedichtet werden kann. Wenn sowohl Zulaufdrossel als auch Ablaufdrossel in dem Einsatzstück vorhanden sind, können beide Drosseln aufeinander abgestimmt werden, was zu einer Verbesserung des Betriebsverhaltens des Injektors führt.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist die Düsenfeder in einem Düsenfederraum des Injektorgehäuses angeordnet, der sowohl mit einem Kraftstoffzulauf als auch einem Druckraum des Injektors in Verbindung steht. Dadurch hat die Düsennadelführung zwischen Düsenfederraum und Druckraum keine Dichtfunktion mehr, was die Herstellungskosten der Führung verringert. Weil auf beiden Seiten der Führung der gleiche Druck herrscht, tritt auch keine Führungsleckage mehr auf.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenfederraum über eine Bohrung mit dem Druckraum in Verbindung steht. Dadurch kann der komplette Umfang der Düsennadel zur Führung benutzt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum mindestens eine Abflachung ausgebildet ist, an der vorbei Kraftstoff von dem Düsenfederraum in den Druckraum gelangen kann. Diese Ausführungsart bietet insbesondere in Bezug auf die Hochdruckfestigkeit Vorteile.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Düsennadel eine Stufe ausgebildet, die mindestens mittelbar ein Widerlager für die Düsenfeder bildet, so dass die Kraftübertragung von der Düsenfeder auf die Düsennadel auf einfache Weise erfolgt.

Eine alternative Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsennadel eine Umfangsnut ausgespart ist, in der sich ein Haltering abstützt, der ein Widerlager für die Düsennadel bildet. Bei dieser Ausführungsart können der Außendurchmesser der Düsennadel im Steuerraum und der Führungsdurchmesser der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum gleich groß sein. Das ist bei der Fertigung, z. B. durch Läppen, von Vorteil. Der Haltering kann auch zweiteilig ausgeführt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub und die Düsenfedervorspannung mit Hilfe von Scheiben einstellbar sind, die zwischen der Stufe bzw. dem Einsatzstück und der Düsenfeder angeordnet sind. Dadurch kann das Schließverhalten des Injektors verbessert werden.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen dem Einsatzstück und dem Federteller bzw der Stufe oder einem eigens dafür vorgesehenen Absatz in der Düsennadel festgelegt werden. Diese rein mechanischen Düselnadelhubanschläge haben den Vorteil, dass der Düsennadelhub exakt reproduzierbar ist. Dadurch kann der Einspritzverlauf zuverlässig geformt werden. Ein sogenanntes hydraulisches Kleben wird vermieden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel und dem Einsatzstück definiert ist. Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass sie fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren ist.

Erfindungsgemäß kann die Düsenfeder in radialer Richtung auch von der Düsennadel geführt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Durchmesser der Düsenfeder und damit auch der Durchmesser des Düsenfederraums deutlich verringert werden können. In Folge dessen kann die Federrate der Düsenfeder erhöht und somit auch die Schließgeschwindigkeit erhöht werden. Außerdem reduzieren sich die auf die Sirnseiten des Düsenfederraums wirkenden Druckkräfte, wenn der Durchmesser des Düsenfederraums veringert wird. Somit ist der erfindungsgemäße Injektor auch leichter gegen die Umgebung abzudichten. Weiterhin können Ansprech- und Einspritzverhalten des Injektors weiter verbessert werden.

Durch eine Reduktion des Durchmessers der Düsennnadel im Bereich des Düsenfederraums kann ein unerwünschtes Reiben von Düsenfeder und Düsennadel vermieden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Zeichnung

Die Zeichnung zeigt

ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Figur im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 axial gegen einen Ventilkörper 3 mit einer Überwurfmutter 5 verspannt.

In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 6 ausgespart. In der Führungsbohrung 6 ist eine Düsennadel 8 axial verschiebbar geführt. An der Spitze 9 der Düsennadel 8 ist eine Dichtfläche ausgebildet, die mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkt, der an dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Der Durchmesser des Düsennadelsitzes ist in Fig. 1 mit d₁ bezeichnet.

Wenn sich die Spitze 9 der Düsennadel 8 mit ihrer Dichtfläche in Anlage an dem Düsennadelsitz befindet, sind die nicht dargestellten Spritzlöcher in dem Düsenkörper 2 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 9 von ihrem Düsennadelsitz abhebt, wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher (nicht dargestellt) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Ausgehend von der Spitze 9 weist die Düsennadel 8 zwei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern d₂ und d₃ auf. Der Durchmesser d₂ ist am größten und dient zur Führung der Düsennadel 8 in dem Düsenkörper 2. Der Durchmesser d₃ ist größer als der Durchmesser d₁, aber kleiner als der Durchmesser d₂. Der Durchmesser d₃ wird auch als Steuerdurchmesser bezeichnet.

Mit ihrem brennraumfernen Ende mit dem Durchmesser d₃ ragt die Düsennadel 8 in eine Bohrung 10 eines Einsatzstückes 11. Die Bohrung 10 und eine Stirnfläche 12 des Einsatzstückes 11 begrenzen einen Steuerraum 13 des Injektors. Die Passung zwischen Düsennadel 8 und Bohrung 10 sowie deren Überdeckung sind so gewählt, dass die Düsennadel 8 relativ zum Einsatzstück verschiebbar ist und gleichzeitig die Leckage zwischen dem Steuerraum 13 und dem Düsenfederraum 20 gering ist. Eine größere Überdeckung und eine engere Passung verringern die Leckagemenge und erhöhen den Reibungswiderstand zwischen Düsennadel 8 und Bohrung 10.

Der Steuerraum 13 wird über eine Zulaufdrossel 14 von einem Kraftstoffzulauf 15 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoffzulauf 15 wird von einem nicht dargestellten Rail mit Kraftstoff versorgt.

Zur Druckentlastung des Steuerraums 13 ist eine Ablaufdrossel 16 vorgesehen, die von einem Ventilglied 17 eines Steuerventils 18 verschlossen werden kann.

Die Düsennadel 8 ist mit Hilfe einer zwischen Einsatzstück 11 und Düsennadel 8 angeordneten Düsenfeder 19 gegen den Düsennadelsitz vorgespannt. Die Düsenfeder 19 ist in einem Düsenfederraum 20 angeordnet in den der Kraftstoffzulauf 15 mündet. Über Abflachungen 22 gelangt der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff aus dem Düsenfederraum 20 in einen Druckraum 24. Der Druckraum 24 steht über einen Ringraum 25 mit den nicht dargestellten Spritzlöchern in Verbindung, wenn die Düsennadel 1 entgegen der Vorspannkraft der Düsenfeder 19 von ihrem Düsennadelsitz abgehoben ist.

Im Düsenfederraum 20 ist an der Düsennadel 8 eine Stufe 26 ausgebildet an der sich die Düsenfeder 19 über einen Federteller 27 abstützt. Anderenends stützt sich die Düsenfeder 19 über eine Scheibe 28 gegen das Einsatzstück 11 ab. Über den Federteller 27 und die Scheibe 28 kann die Vorspannkraft der Düsenfeder 19 eingestellt werden.

Das Steuerventil 18 weist einen oberen Ventilsitz 30 und einen unteren Ventilsitz 32 auf. Der obere Ventilsitz 30 ist im Ventilkörper 3 angeordnet, während der untere Ventilsitz Teil des Einsatzstücks 11 ist. Damit ein eventuell durch Herstellungungenauigkeiten bedingter axialer Versatz zwischen unterem Ventilsitz 32 und Ventilglied 17 keine Funktionsstörungen verursacht, ist der untere Ventilsitz bei dem in der Figur dargestellten Ausfürhungsbeispiel als Flachsitz ausgeführt. Alternativ kann auch das Ventilglied aus zwei Halbkugeln bestehen, die zueinander in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Ventilglieds 17 verschiebbar sind. Diese Variante ist in der Figur nicht dargestellt.

Der in Fig. 1 dargestellte Injektor funktioniert wie folgt: Über den Kraftstoffzulauf 15 gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Düsenfederraum 20. Von dort gelangt der einerseits über die Zulaufdrossel 14 in den Steuerraum 13 und andererseits über die Abflachungen 22 in den Druckraum 24. Die Durchmesserverhältnisse sind in bekannter Weise so gewählt, dass sich die Düsennadel 8 infolge des Hochdrucks in dem Steuerraum 30 mit ihrer Spitze 9 in Anlage an dem Düsennadelsitz befindet. Wenn das Steuerventil 18 die Ablaufdrossel 16 öffnet, wird der Steuerraum 30 druckentlastet und die Düsennadelspitze 9 hebt von ihrem Sitz ab. Dann wird so lange mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher (nicht dargestellt) in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, bis das Steuerventil 18 die Ablaufdrossel 16 wieder schließt. In Folge dessen steigt der Druck im Steuerraum 30 an und die Düsennadel 8 wird mit ihrer Spitze 9 wieder gegen den zugehörigen Düsennadelsitz gedrückt.

Die Dimensionierung der Durchmesser von Zulaufdrossel 14 und Ablaufdrossel 16 beeinflußt das Öffnungs- und Schließverhalten der Düsennadel stark. Deshalb ist es wichtig, Zulaufdrossel 14 und Ablaufdrossel 16 aufeinander abzustimmen. Wenn, wie bei dem erfindungsgemäßen Injektor vorgesehen, beide Drosseln in dem Einsatzstück 11 vorhanden sind, können beide Drosseln einfach hergestellt und aufeinander abgestimmt werden. Dies ist vor allem für die Fertigung großer Serien von Bedeutung.

Ein Hub H₁ der Düsennadel 8 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur durch den Federteller 27 begrenzt.

Alternativ kann der Hub auch durch den Abstand zwischen Stirnfläche 12 der Düsennadel 8 und dem Einsatzstück 11 begrenzt werden. Zur Begrenzung des Hubs der Düsennadel 8 kann in der Düsennadel 8 auch ein nicht dargstellter mit dem Einsatzstück 11 zusammenwirkender Absatz in der Düsennadel 8 vorgesehen wewrden.

Die Düsenfeder kann auch, abweichend von der Darstellung in Fig. 1, auch von der Düsennadel 8 in radialer Richtung geführt werden. In diesem Fall reduziert sich der Federteller 27 zu einer Scheibe und der Durchmesser des Düsenfederraums 20 kann verringert werden. Dadurch wird Bauraum eingespart und die Druckkräfte in axialer Richtung reduzieren sich. Bei einem Prototypen konnten die Druckkräfte durch diese Maßnahme um ca 23% reduziert werden. Durch den kleineren Durchmesser der Düsenfeder 19 erhöht sich deren Federrate, was zu einem schnelleren Schließen der Düsennadel 8 führt.

Alternativ zu den Abflachungen 23 kann auch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Bohrung im Injektorgehäuse 1 vorgesehen werden, um Düsenfederraum 20 und Druckraum 24 miteinander zu verbinden.

Alternativ zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Stufe 26 in der Düsennadel 8 kann sich der Federteller auch über einen Haltering (nicht dargestellt), der in einer Umfangsnut (nicht dargstellt) der Düsennadel 8 montiert ist, an der Düsennadel 8 abstützen. Um ein Einsetzen des Halterings zu ermöglichen, bzw. zu erleichtern, kann der Haltering geschlitzt oder zweiteilig ausgebildet werden.

Claims

1. Injektor für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (1), mit einer im Injektorgehäuse (1) geführten Düsennadel (8) und mit einem Steuerraum (13), wobei der Steuerraum (13) von einer Hülse, einer Stirnfläche (12) der Düsennadel (8) und einer Zwischenscheibe begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse und die Zwischenscheibe einstückig als Einsatzstück (11) ausgeführt sind.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsatzstück (11) eine Ablaufdrossel (16) vorgesehen ist.

3. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsatzstück (11) eine Zulaufdrossel (14) vorhanden ist.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Düsennadel (8) und dem Einsatzstück (11) eine Düsenfeder (19) vorhanden ist.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenfeder (19) in einem Düsenfederraum (20) des Injektorgehäuses (1) angeordnet ist, und dass ein Kraftstoffzulauf (15) über den Düsenfederraum (20) mit einem Druckraum (24) des Injektors in Verbindung steht.

6. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenfederraum (20) über eine Bohrung mit dem Druckraum (24) in Verbindung steht.

7. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (8) zwischen dem Düsenfederraum (20) und dem Druckraum (24) mindestens eine Abflachung (22) ausgebildet ist.

8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (8) eine Stufe (26) ausgebildet ist, die mindestens mittelbar ein Widerlager für die Düsenfeder (19) bildet.

9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsennadel (8) eine Umfangsnut ausgespart ist, in der sich ein Haltering abstützt, der mindestens mittelbar ein Widerlager für die Düsenfeder (19) bildet.

10. Injektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stufe (26) bzw. Haltering oder Einsatzstück (11) und Düsenfeder (19) ein Federteller (27) vorgesehen ist.

11. Injektor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub durch den Abstand (H₁) zwischen dem Einsatzstück (11) und dem Federteller (27) bestimmt wird.

12. Injektor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H1) durch eine zwischen der Stufe (26) und dem Federteller (27) eingelegte Scheibe einstellbar ist.

13. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H₁) durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche (12) der Düsennadel (8) und dem Einsatzstück (11) begrenzt ist.

14. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H₁) durch den Abstand zwischen einem Absatz oder der Stufe (26) der Düsennadel (8) und dem Einsatzstück (11) begrenzt ist.

15. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenfeder (19) von der Düsennadel (8) radial geführt wird.

16. Injektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennnadel (8) im Bereich des Düsenfederraums teilweise einen reduzierten Durchmesser aufweist.