DE102004057246A1

DE102004057246A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE102004057246A1
Application number: DE200410057246
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-01
Also published as: EP1825134B1; DE502005008728D1; WO2006056522A1; JP2008522069A; EP1825134A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit Spritzlöchern (11, 16), eine in einer Führungsbohrung (3) des Düsenkörpers (2) axial geführte, als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (11) steuert, eine in der äußeren Düsennadel (4) koaxial geführte innere Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (16) steuert, sowie erfindungsgemäß einen axial verschiebbar geführten Kolben (17) mit einem ersten Vorsprung (22), der die äußere Düsennadel (4) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, und mit einem zweiten Vorsprung (23), der nach einem Vorhub (h¶1¶) die innere Düsennadel (5) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, einen Stellantrieb (19) zum Verschieben des Kolbens (17), einen ersten und einen zweiten Düsenrückraum (25, 31), die jeweils durch eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (24, 30) der äußeren bzw. der inneren Düsennadel (4, 5) begrenzt sind, einen mit Kraftstoff gefüllten ersten Steuerraum (27), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (17) begrenzt und über eine Drossel (26) mit dem ersten Düsenrückraum (25) verbunden ist, und einen mit Kraftstoff gefüllten zweiten Steuerraum (33), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (17) oder ein Stellglied (18) des Stellantriebs (19) begrenzt und über eine Drossel (32) mit dem zweiten ...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Eine solche, beispielsweise aus der DE 100 58 153 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen weist zwei Düsennadeln auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Die äußere Düsennadel wird geöffnet, wenn die vom Kraftstoff auf eine Druckschulter der äußeren Düsennadel ausgeübte Öffnungskraft größer als die Wirkung einer Schließfeder ist. Die innere Düsennadel wird geöffnet, indem der Druck eines in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkenden Hydraulikfluids in einem Steuerraum abgesenkt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kraftstoffeinspritzdüse einfach und direkt ansteuerbar ist. Dabei ist der separate Aufbau der Steuerung über getrennte Steuerräume der zwei Düsennadeln besonders vorteilhaft. Durch Verwendung einer direkten Nadelsteuerung können beide Düsennadeln schnell gesteuert geöffnet und somit der Injektor optimal gesteuert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in einem Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse 1 für Brennkraftmaschinen weist einen ein- oder mehrstückigen, zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Führungsbohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, in der eine innere Düsennadel 5 koaxial angeordnet und ebenfalls axial verschiebbar geführt ist.
Im Düsenkörper 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der durch die äußere Düsennadel 4 radial nach innen begrenzt ist. Über eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 ist der Ringraum 6 mit einem nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) verbunden.
Eine erste Schließfeder 8 presst die äußere Düsennadel 4 in einen ersten Dichtsitz 9 am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Im geschlossenen Zustand der äußeren Düsennadel 4 verhindert ein Dichtkonus 10 der äußeren Düsennadel 4 in Verbindung mit dem ersten Dichtsitz 9, dass Kraftstoff aus dem Ringraum 6 durch erste Spritzlöcher 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. In gleicher Weise presst eine zweite Schließfeder 12 die innere Düsennadel 5 in einen zweiten Dichtsitz 13 am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Im geschlossenen Zustand der inneren Düsennadel 5 verhindert ein Dichtkonus 14 der inneren Düsennadel 5 in Verbindung mit dem zweiten Dichtsitz 13, dass Kraftstoff weder bei geschlossener äußerer Düsennadel 4 aus dem zwischen beiden Düsennadeln 4, 5 vorhandenen Ringspalt, der über eine Bohrung 15 in der äußeren Düsennadel 5 an den Ringraum 6 angeschlossen ist, noch bei geöffneter äußerer Düsennadel 4 durch zweite Spritzlöcher 16 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Dichtsitze 9, 13 durch eine gemeinsame Konusfläche gebildet.
Die Schließfedern 8, 12 der beiden Düsennadeln 4, 5 sind an einem Kolben 17 abgestützt, der in einem nach unten offenen Übersetzerkolben 18 axial verschiebbar geführt ist. Der Übersetzerkolben 18 bildet das Stellglied eines invers betriebenen piezoelektrischen Stellantriebs 19. Im gezeigten geschlossenen Zustand beider Düsennadeln 4, 5 ist der piezoelektrische Stellantrieb 19 bestromt, wodurch der Übersetzerkolben 18 gegen die Wirkung einer Zugfeder (z.B. Rohrfeder) 20 nach unten gedrückt ist. Der Kolben 17 ist über einen Übersetzerraum 21, der mit unter Raildruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, hydraulisch mit dem Übersetzerkolben 18 gekoppelt, um einen 1:1-Temperaturausgleich des Stellantriebs 19 zu ermöglichen.
Die beiden Düsennadel 4, 5 sind jeweils am Kolben 17 verschiebbar geführt. Dazu hat der Kolben 17 eine nach unten offene Kolbenkammer, an deren Kammerwand die beiden Düsennadeln 4, 5 geführt sind. Der Kolben 17 hintergreift mit einem ringförmigen ersten Vorsprung 22 die äußere Düsennadel 4 und mit einem ringförmigen zweiten Vorsprung 23 die innere Düsennadel 5 jeweils in Öffnungsrichtung. Im gezeigten geschlossenen Zustand der beiden Düsennadeln liegt die äußere Düsennadel 4 in Öffnungsrichtung am ersten Vorsprung 22 an, während die innere Düsennadel 5 in Öffnungsrichtung vom zweiten Vorsprung 23 um h₁ beabstandet ist.
Die äußere Düsennadeln 4 begrenzt mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 24 in der Kolbenkammer einen ersten Düsenrückraum 25, der über eine erste Drossel 26 mit einem ersten Steuerraum 27 verbunden ist. Der erste Steuerraum 27 ist radial nach innen durch den Kolben 17, radial nach außen durch eine Dichthülse 28, in Öffnungsrichtung durch den Kolben 17 sowie in Schließrichtung durch den Düsenkörper 2 begrenzt. Über die Dichthülse 30, die durch eine gehäuseseitig abgestützte Druckfeder 29 in Anlage an eine Schulter des Düsenkörpers 2 abgestützt ist, ist der erste Steuerraum 27 gedrosselt an die Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 angeschlossen.
In gleicher Weise begrenzt die innere Düsennadel 5 mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 30 in der Kolbenkammer einen zweiten Düsenrückraum 31, der über eine zweite Drossel 32 mit einem zweiten Steuerraum 33 verbunden ist. Der zweite Steuerraum 33 ist radial nach innen durch den Kolben 17, radial nach außen durch eine Dichthülse 34, in Öffnungsrichtung durch den Übersetzerkolben 18 sowie in Schließrichtung durch den Düsenkörper 2 begrenzt. Über die Dichthülse 34, die durch eine gehäuseseitig abgestützte Druckfeder 35 in Anlage an eine Schulter des Düsenkörpers 2 abgestützt ist, ist der zweite Steuerraum 33 gedrosselt an die Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 angeschlossen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.
Wenn der piezoelektrischen Stellantrieb 19 nicht mehr bestromt wird, zieht die Zugfeder 20 den Übersetzerkolben 18 nach oben, d.h. in Öffnungsrichtung. Dadurch sinkt der Druck im Übersetzerraum 21 unter Raildruck, und über die hydraulische Kopplung wird auch der Kolben 17 nach oben gezogen, der über den ersten Vorsprung 22 die äußere Düsennadel 4 in Öffnungsrichtung mitnimmt. Die äußere Düsennadel 4 hebt von ihrem Dichtsitz 9 ab, und über die nun freigegebenen ersten Spritzlöcher 11 wird Kraftstoff aus dem Ringraum 6 in den Brennraum eingespritzt. Der Öffnungshub des Kolbens 17 führt zu einer Volumenvergrößerung im ersten Steuerraum 27, so dass der darin herrschende Raildruck sinkt. Über die Drossel 26 sinkt auch der Druck im ersten Düsenrückraum 25 unter den Raildruck ab. Dies führt, da am Dichtkonus 10 der äußeren Düsennadel 4 der Raildruck in Öffnungsrichtung wirkt, zu einem Abheben der äußeren Düsennadel 4 vom ersten Vorsprung 22, d.h. zu einem weiteren Aufsteuern der äußeren Düsennadel 4, gegen die Wirkung der Schließfeder 8.
Nach einem Vorhub h₁ nimmt der Kolben 17 über den zweiten Vorsprung 23 auch die innere Düsennadel 5 in Öffnungsrichtung mit. Die innere Düsennadel 5 hebt von ihrem Dichtsitz 13 ab, und Kraftstoff aus dem Ringraum 6 wird auch über die nun freigegebenen zweiten Spritzlöcher 16 in den Brennraum eingespritzt. Da auch am Dichtkonus 14 der inneren Düsennadel 5 der Raildruck in Öffnungsrichtung wirkt, hebt die innere Düsennadel 5 vom zweiten Vorsprung 23 ab und wird gegen die Wirkung der Schließfeder 12 weiter aufgesteuert.
Somit werden die beiden Düsennadeln 4, 5 mit nur minimalem Öffnungshub des Stellantriebs 19 weit aufgesteuert.
Zum Schließen der Düsennadeln 4, 5 werden durch Bestromen des Stellantriebs 19 der Übersetzerkolben 17 und der Kolben 18 gegen die Wirkung der Zugfeder 20 in Schließrichtung verschoben, wodurch sich das Volumen der beiden Steuerräume 27, 33 verringert. Der darin jeweils herrschende Druck steigt über den Raildruck an, und die Düsennadeln 4, 5 schließen.

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen, umfassend einen Düsenkörper (2) mit Spritzlöchern (11, 16), eine in einer Führungsbohrung (3) des Düsenkörpers (2) axial geführte, als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (11) steuert, und eine in der äußeren Düsennadel (4) koaxial geführte innere Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (16) steuert, gekennzeichnet durch: – einen axial verschiebbar geführten Kolben (17) mit einem ersten Vorsprung (22), der die äußere Düsennadel (4) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, und mit einem zweiten Vorsprung (23), der nach einem Vorhub (h₁) die innere Düsennadel (5) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, wobei die beiden Düsennadeln (4, 5) relativ zum Kolben (17) in Öffnungsrichtung jeweils gegen die Wirkung einer Schließfeder (8, 12) verschiebbar sind, – einen Stellantrieb (19) zum Verschieben des Kolbens (17), – einen ersten und einen zweiten Düsenrückraum (25, 31), die jeweils durch eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (24, 30) der äußeren bzw. der inneren Düsennadel (4, 5) begrenzt sind, – einen mit Kraftstoff gefüllten ersten Steuerraum (27), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (17) begrenzt und über eine Drossel (26) mit dem ersten Düsenrückraum (25) verbunden ist, und – einen mit Kraftstoff gefüllten zweiten Steuerraum (33), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (17) oder ein Stellglied (18) des Stellantriebs (19) begrenzt und über eine Drossel (32) mit dem zweiten Düsenrückraum (31) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (17) eine in Schließrichtung offene Kolbenkammer aufweist und dass darin die beiden Düsennadeln (4, 5) jeweils mit ihren Steuerflächen (24, 30) die beiden Düsenrückräume (25, 31) begrenzen.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Düsennadeln (4, 5) an der Kammerwand der Kolbenkammer geführt sind.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (8) der äußeren Düsennadel (4) im ersten Düsenrückraum (25) angeordnet und am Kolben (17) abgestützt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (12) der inneren Düsennadel (5) im zweiten Düsenrückraum (31) angeordnet und am Kolben (17) abgestützt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19) als Stellelement einen Übersetzerkolben (18) aufweist, der hydraulisch mit dem Kolben (17) bewegungsgekoppelt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (19) ein gegen die Wirkung einer Zugfeder (20) invers betriebener piezoelektrischer Antrieb ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (17) die äußere Düsennadel (4) erst ab einem Vorhub, der kleiner als der Vorhub (h₁) der inneren Düsennadel (5) ist, in Öffnungsrichtung mitnimmt.