DE102004030446A1

DE102004030446A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102004030446A1
Application number: DE200410030446
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12
Also published as: WO2006000487A8; WO2006000487A1

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1) mit einem Einspritzventil (8), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (8) eine äußere Ventilnadel (11) (oder Nadel oder Ventilkolben) aufweist, die rohrförmig ist und eine innere Ventilnadel (20) (oder Nadel, Ventilkolben) koaxial umgibt, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigeben von Einspritzöffnungen (12) ausgebildet ist, wobei die äußere Ventilnadel (11) im Betrieb in Abhängigkeit von ihrer Stellung die Zufuhr von Kraftstoff zu dem unteren Endbereich der inneren Ventilnadel (20) freigibt oder drosselt, wobei eine Steuerkammer (35) vorgesehen ist, die im Betrieb von einer Hochdruckleitung (5) für Kraftstoff her gefüllt wird, und wobei ein Steuerventil (40) vorgesehen ist, das für seine Betätigung mit einem Aktor (38) gekoppelt ist und das zur Beeinflussung des Drucks in der Steuerkammer (35) dient, und wobei das obere Ende der äußeren Ventilnadel (11) eine untere Begrenzung der Steuerkammer (35) bildet und die Stellung der äußeren Ventilnadel (11) in Abhängigkeit vom Druck in ihrem unteren Endbereich und dem Druck in der Steuerkammer (35) hubgesteuert ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkammer (35) unmittelbar über eine erste Zuflussdrossel (37) mit einer bei Betrieb Kraftstoff unter hohem Druck führenden Leitung verbunden ist, dass das Steuerventil (40) über einen ersten Anschluss (51) mit einem Bereich niedrigen Drucks verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss (65) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind druckgesteuerte CR-Injektoren PCI der Anmelderin bekannt. Sie haben eine einzige druckgesteuerte Ventilnadel (Düsennadel) und ein getrenntes Servosteuerventil. Sie werden in Common-Rail-Systemen verwendet, die mit Hochdruckwellen arbeiten. Die bekannten Injektoren haben einen komplizierten Aufbau wegen der getrennten Steuerung der äußeren und inneren Ventilnadel durch getrennte Steuerräume und damit getrennte Schaltventile.

Ebenfalls bekannt ist ein CR-Injektor mit KVD-Düse der Anmelderin mit zwei hubgesteuerten Ventilnadeln, die über ein Steuerventil gesteuert werden. Die KVD-Düse (KVD = Koaxial-Vario-Düse) hat eine so genannte erste Ventilnadel oder äußere Ventilnadel, die im wesentlichen die Form eines kreiszylindrischen Hohlzylinders hat und koaxial eine so genannte zweite Ventilnadel oder innere Ventilnadel umgibt, die im wesentlichen bolzenförmig ist und mit ihrem im wesentlichen kegelförmigen unteren Endbereich Einspritzöffnungen für in einen Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoff öffnet beziehungsweise verschließt. Die äußere Ventilnadel dient zur Steuerung des an die innere Ventilnadel gelangenden Drucks des Kraftstoffs. Die zylindrische Außenfläche der inneren Ventilnadel und die zylindrische Innenfläche der äußeren Ventilnadel berühren sich. Die oberen Endflächen der beiden Ventilnadeln bilden Kolbenflächen, die in eine gemeinsame Steuerkammer eingreifen. Die Steuerkammer wird vom CR-Druck her gefüllt (CR-Druck = Common-Rail-Druck). Bei hohem Druck in der Steuerkammer sind die beiden Ventilnadeln in ihrer unteren Endstellung und geschlossen. Wenn der Druck in der Steuerkammer abnimmt, so bewegt sich auf Grund des Flächenverhältnisses der Kolbenflächen der Ventilnadeln in der Steuerkammer und der Flächen der Druckstufen am jeweiligen unteren Ende (unter Berücksichtigung etwa vorhandener, auf die Ventilnadeln wirkender Federn) die äußere Ventilnadel zuerst nach oben und gibt den Druck des Kraftstoffs frei, der somit zu diesem Zeitpunkt zunächst noch von einer Dichtkante der inneren Ventilnadel aufgenommen wird, so dass zunächst noch keine Einspritzung erfolgt. Wenn der Druck in der Steuerkammer weiter abnimmt, so öffnet sich die innere Ventilnadel. Die Steuerung des Drucks in der Steuerkammer erfolgt durch ein Steuerventil, das den Druck in der Steuerkammer durch Ablassen von Kraftstoff über eine Abflussdrossel (A-Drossel) steuert.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung gestattet es durch Integration des Steuerventils in die Düsenkonstruktion, eine sehr kompakte Einheit aufzubauen. Durch die Erfindung wird ein druckgesteuerter hochintegrierter CR-Injektor ermöglicht. Die Erfindung hat Kostenvorteile und vermeidet räumlich getrennte Schaltventile.

Die Erfindung nach Anspruch 1 schafft eine Einspritzvorrichtung mit hubgesteuerter äußerer Ventilnadel und druckgesteuerter innerer Ventilnadel, wobei ein einfach aufgebautes Steuerventil genügt.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur ist nicht maßstäblich. Insbesondere können die Außendurchmesser der beiden Ventilnadeln in der Praxis relativ zueinander andere Größen haben. Die in der Figur gezeigte Einspritzvorrichtung 1 wird im Betrieb von einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 3 über eine Hochdruckleitung 5 mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Die Einspritzvorrichtung 1 weist ein Einspritzventil 8 auf. Dieses enthält in einem Gehäuse 9 einen mit der Hochdruckleitung 5 verbundenen ringförmigen Raum 10, und radial innerhalb von diesem eine so genannte äußere Ventilnadel 11 (auch erste Ventilnadel genannt), die im wesentlichen als Hohlzylinder mit rundem Querschnitt ausgebildet ist. In ihrem unteren (d. h. den Einspritzöffnungen 12 zugewandten) Bereich ist die äußere Ventilnadel 11 zunächst bei 14 relativ steil kegelstumpfförmig verjüngt und geht bei einem eine Dichtkante 15 bildenden Knick in einen schwächer geneigten kegelförmigen Abschnitt 16 über. Der Abschnitt 14 bildet bei geschlossener äußerer Ventilnadel 11 eine Druckstufe.
Eine innere Ventilnadel 20 ist großenteils als runder Vollzylinder ausgebildet und in ihrem unteren Endbereich zunächst bei 22 steiler kegelstumpfförmig verjüngt und schließlich bei 24 mit schwächerer Neigung kegelförmig verjüngt. Der Übergang zwischen den verjüngten Teil 22 und 24 bildet eine Dichtkante 26, mit der die innere Ventilnadel 20 in geschlossenen Zustand an einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses 9 dichtend anliegt.
Das Gehäuse 9 ist von einer Kanalplatte 25 abgedeckt, in der verschiedene Kanäle untergebracht sind. An der Außenfläche der äußeren Ventilnadel 11 ist eine Hülse 26 verschiebbar geführt, die durch eine an der äußeren Ventilnadel 11 abgestützte Druckfeder 27 nach oben vorgespannt ist und an der Unterseite der Kanalplatte 25 mit einer scharfen Kante (Beißkante) dichtend anliegt. Unterhalb der äußeren Ventilnadel 11 befindet sich ein Ringraum 13.
Die innere Düsennadel 20 ist in ihrem oberen Endbereich, der im Beispiel bei geschlossener äußerer Düsennadel 11 ganz grob etwa bis zum unteren Drittel (von unten her gerechnet) der äußeren Düsennadel reicht, durch eine Feder 28 gegen einen Vorsprung 29 der Kanalplatte 25 und somit gegen ein ortsfestes Teil abgestützt. Der Vorsprung 29 hat den gleichen Durchmesser wie die innere Düsennadel 20 und stützt gleitend den oberen Bereich der äußeren Düsennadel 11 innen ab. Der Raum 30, in dem sich die Feder 28 befindet, ist durch eine Entlastungsleitung 31 mit einem Bereich niedrigen Drucks, im Beispiel mit einem Leckageanschluss verbunden; der genannte Druck ist jedenfalls erheblich kleiner als der CR-Druck. Innerhalb des kreiszylindrischen Bereichs der inneren Düsennadel 20 ist eine Entlastungsdrossel 32 vorgesehen, die mittels zweier linear hintereinander angeordneter Bohrungen einerseits zum Raum 30 hin verbunden ist, andererseits zum Ringraum 13 hin, der sich bei geschlossenen Ventilnadeln zwischen den Dichtkanten 15 und 26 erstreckt.
Zwischen einer Unterseite 34 der Kanalplatte 25, der zylindrischen Seitenfläche des Vorsprungs 29 und der Innennläche der Hülse 26 ist eine Steuerkammer 35 begrenzt, die mit dem oberen Ende der äußeren Ventilnadel zur Hubsteuerung zusammen wirkt. Die Steuerkammer 35 wird von der Hochdruckleitung 5 her über eine Zuflussdrossel 37 gefüllt und durch ein Steuerventil 40 von Druck entlastet. Dieses wird mittels eines Aktors 38 über eine Schubstange 39 betätigt. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung 5 ist bei geöffneter äußerer Ventilnadel 11 und geschlossener innerer Ventilnadel 20 mit der Dichtkante 26 in Verbindung. Ist die äußere Ventilnadel 11 geschlossen, so gelang der Kraftstoff unter hohem Druck aus der Leitung 5 nur bis zur Dichtkante 15. Die äußere Ventilnadel 11 dient zur Steuerung des Drucks, der an die innere Ventilnadel 20 gelangt; die innere Ventilnadel 20 dient zur Steuerung der Einspritzöffnungen 12.
Wenn durch entsprechende Steuerung des Steuerventils 40 die äußere Düsennadel 11 angehoben worden ist, gelangt der Kraftstoff unter hohem Druck zu Fläche 22 und hebt die innere Düsennadel 20 druckgesteuert an, sobald der Kraftstoffdruck in der Lage ist, die Kraft der Feder 28 zu überwinden. Die Anordnung ist vor allem für den Betrieb bei solchen Kraftstoffversorgungen gedacht, bei denen der Druck sich in seiner Größe ändert, weil Hochdruckwellen veranlasst werden. Wenn das Öffnen der inneren Düsennadel durch eine solche Hochdruckwelle erfolgt ist, und der sehr hohe Druck der Hochdruckwelle anschließend abnimmt, so wird ein besonders schnelles Schließen der inneren Ventilnadel 20 dadurch begünstigt, dass der Druck in dem Ringraum 13 durch die Entlastungsdrossel 32 beschleunigt reduziert werden kann.
Da der Raum 30 ständig von Druck entlastet ist, ist auch die innere Ventilnadel 20 gegenüber Lecköl entlastet. Beim Schließen der äußeren Ventilnadel 11 ist zunächst die innere Ventilnadel 20 noch offen. Es entlastet sich nun der Ringraum 13 über die Entlastungsdrossel 32 und die geöffnete innere Ventilnadel 20. Dann wird auch die innere Ventilnadel 20 durch die Feder 28 (Schließfeder) geschlossen.
Das Steuerventil 40 enthält ein bewegliches Ventilelement 42, das einen Ventilteller 43 und einen mit diesem fest verbundenen, als Vollzylinder ausgebildeten Ventilschaft 44 aufweist. Letzterer wirkt nur als Hubbegrenzung des Ventilelements 42. Das Ventilteil 42 ist durch eine Feder 46 in Richtung auf einen Ventilsitz 47 vorgespannt. An dem Ventilsitz 47 liegt der Ventilteller 42 dann dichtend an, wenn der Aktor 38 nicht bestromt ist. Der Aktor 38 ist im Beispiel ein Piezoaktor, der nur im bestromten Zustand auf die Schubstange 39 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt.
Bei stromlosem Aktor 38 ist wegen der soeben geschilderten Anlage am Ventilsitz 47 der Weg für Kraftstoff aus einem Innenraum 50 des Steuerventils 40 zu einem ersten Anschluss 51 des Steuerventils 40 versperrt. Vom ersten Anschluss 51 führt ein Abflusskanal 52 zu einem Leckageanschluss 53, allgemein zu einem Bereich niedrigen Drucks. Zusätzlich weist das Steuerventil 40 an seiner Unterseite einen zweiten Anschluss 65 auf, der über eine in der Kanalplatte 25 vorgesehene Abflussdrossel 66 (A-Drossel) und einen im Inneren der Kanalplatte 30 angeordneten Kanal 67 mit der Steuerkammer 35 verbunden ist.
Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Das Steuerventil 40 wird über den Aktor 38 angesteuert. Mit dem Steuerventil sollen die zwei Ventilnadeln 11 und 20 der Einspritzvorrichtung gesteuert werden. Bei geschlossenen Ventilnadeln herrscht in der Steuerkammer 35 CR-Druck (Hochdruck, Common-Rail-Druck), der dadurch hergestellt wird, dass bei gesperrtem Steuerventil (Ventilteller 43 abdichtend am Ventilsitz 47) von der Hochdruckleitung 5 über die Zuflussdrossel (Z-Drossel) 37 Kraftstoff in die Steuerkammer 35 gelangt. Zum Steuern der Ventilnadeln in Öffnungsrichtung muss in der Steuerkammer 35 der CR-Druck soweit abgesenkt werden, dass die Ventilnadeln mit ihrer jeweiligen Druckstufe 14 beziehungsweise 22 öffnen. Hierzu wird das Ventilelement 42 durch den Aktor 38 vom Ventilsitz weg bewegt.
Ein Vorteil der beschriebenen Vorrichtung liegt in der kompakten Bauweise eines druckgesteuerten CR-Injektors, bei dem das einfach konstruierte Steuerventil direkt in die Düse integriert ist.

Claims

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1) mit einem Einspritzventil (8), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (8) eine äußere Ventilnadel (11) (oder Nadel oder Ventilkolben) aufweist, die rohrförmig ist und eine innere Ventilnadel (20) (oder Nadel, Ventilkolben) koaxial umgibt, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigegeben von Einspritzöffnungen (12) ausgebildet ist, wobei die äußere Ventilnadel (11) im Betrieb in Abhängigkeit von ihrer Stellung die Zufuhr von Kraftstoff zu dem unteren Endbereich der inneren Ventilnadel (20) freigibt oder drosselt, wobei eine Steuerkammer (35) vorgesehen ist, die im Betrieb von einer Hochdruckleitung (5) für Kraftstoff her gefüllt wird, und wobei ein Steuerventil (40) vorgesehen ist, das für seine Bestätigung mit einem Aktor (38) gekoppelt ist und das zur Beeinflussung des Drucks in der Steuerkammer (35) dient, und wobei das obere Ende der äußeren Ventilnadel (11) eine untere Begrenzung der Steuerkammer (35) bildet und die Stellung der äußeren Ventilnadel (11) in Abhängigkeit vom Druck in ihrem unteren Endbereich und dem Druck in der Steuerkammer (35) hubgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkammer (35) unmittelbar über eine erste Zuflussdrossel (37) mit einer bei Betrieb Kraftstoff unter hohem Druck führenden Leitung verbunden ist, dass das Steuerventil (40) über einen ersten Anschluss (51) mit einem Bereich niedrigen Drucks verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss (65) über eine Abflussdrossel (A-Drossel) (66) mit der Steuerkammer (35) verbunden ist, wobei das Steuerventil eine Sperrstellung und eine Durchlassstellung hat, und wobei die innere Ventilnadel (20) druckgesteuert ist und durch eine Feder (28) gegen ein ortsfestes Teil der Vorrichtung abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Feder (28) aufnehmender Raum (30) durch eine Entlastungsleitung (31) mit einem Bereich niedrigen Drucks verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der inneren Ventilnadel (20) eine Entlastungsdrossel (32) angeordnet ist, die eine Verbindung zwischen dem Raum (30) und der Außenseite der inneren Ventilnadel (20) herstellt.