DE102009029412A1

DE102009029412A1 - Kraftstoffinjektor mit hydraulischer Kopplereinheit

Info

Publication number: DE102009029412A1
Application number: DE102009029412A
Authority: DE
Inventors: Jochen Doehring; Mathias Haenel; Andreas Ellenschlaeger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-17

Abstract

Es wird ein Kraftstoffinjektor mit einer hydraulischen Kopplereinheit (25) vorgeschlagen, die einen Kopplerkolben (27) und einen Ventilkolben (28) aufweist, die jeweils in einem Kopplerkörper (26) axial verschiebbar geführt sind und zwischen sich ein Kopplerspaltvolumen (29) aufweisen. Zur Vorspannung des Kopplerkolbens (27) in Richtung eines Aktorelements ist ein Vorspannfeder vorgesehen. Zur Reduzierung der Baulänge der hydraulischen Kopplereinheit (25) wird die Vorspannfeder von einer inneren Rohrfeder (34.1) und von einer davon beabstandeten äußeren Rohrfeder (34.2) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einer hydraulischen Kopplereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus DE 103 22 672 A1 ist ein derartiger Kraftstoffinjektor bekannt, bei welchem in einem Injektorgehäuse unter anderem eine hydraulische Kopplereinheit angeordnet ist. Die hydraulische Kopplereinheit umfasst einen Kopplerkörper, in welchem ein Kopplerkolben und ein Ventilkolben jeweils axial verschiebbar geführt sind, wobei beide Bauteile zwischen sich einen mit Kraftstoff gefüllten Druckraum definieren, welcher ein sogenanntes Kopplerspaltvolumen bildet. Der Kopplerkolben steht dabei mit einem Aktorelement in Verbindung, dessen Betätigung eine translatorische Bewegung des Kopplerkolbens in Richtung des Druckraums entgegen einer Vorspannfeder hervorruft, die koaxial außerhalb des Kopplerkörpers angeordnet ist und zum Einen eine Rückstellbewegung des Kopplerkolbens nach erfolgter Betätigung und zum Anderen eine nötige Vorspannung der Aktorbaueinheit gewährleistet. Der Ventilkolben steht mit seiner, dem Kopplerspalt abgewandten Seite mit einem Ventilelement in Verbindung, welches bei einer translatorischen Bewegung des Ventilkolbens vom einem Ventilsitz weggedrückt wird, wodurch ein Steuerraum, dem die Düsennadel mit einer Steuerfläche ausgesetzt ist, mit einem Rücklaufsystem verbunden wird. Dadurch wird die Düsennadel vom Düsennadelsitz abgehoben und Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die mögliche maximale Einspritzanzahl wird durch den Raildruck, den Rücklaufdruck, die Motordrehzahl und die Ansteuerdauer bestimmt. Bei einer schrittweisen Anhebung der Motordrehzahl und der Konstanthaltung der restlichen Rahmenbedingungen kommt es zu einem Leerlaufen des Kopplermoduls. Ist die Wiederbefüllmenge mit Kraftstoff, die über die Führungsspiele in den Kopplerspalt geringer als die Leckagemenge, die über die Führungsspiele ebenfalls entweicht, kommt es zu einem Leerlaufen des Kopplerspalts, wodurch der Kraftstoffinjektor ausfällt.
Offenbarung der Erfindung
Der Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die parallele Ineinanderschaltung von zwei im Durchmesser unterschiedlicher Druckfedern eine Erhöhung der Vorspannung des Piezo-Aktormoduls bei gleichzeitiger Baurraumeinsparung in axialer Richtung ermöglicht wird. Durch die Einsparung des Baurraums in axialer Richtung kann die Gesamtbaulänge des Kraftstoffinjektors reduziert werden, wodurch die Forderung der Automobilhersteller bezüglich kürzer bauender Motoren erfüllt werden können. Außerdem ermöglicht die Verkürzung der axialen Ausdehnung der Vorspannfeder eine Reduzierung der Massen durch eine Verkürzung von Kopplerkolben und/oder Ventilkolben. Durch einen verkürzten Kopplerkörper wird die Gesamtsteifigkeit des Systems erhöht, wodurch die Leckagemenge und die Wiederbefüllzeit des Kopplerspalts reduziert wird.
Weiterbildung der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Zur Vermeidung eines Reibschusses sind die beiden Druckfedern radial beanstandet voneinander koaxial um den Kopplerkörper angeordnet.
Eine zweckmäßige Ausführung des Kraftstoffinjektors besteht darin, wenn sich die beiden Druckfedern einerseits auf einem Umfangsbund des Kopplerkörpers und andererseits auf einer vom Kopplerkörper separaten Platte abstützen, wobei der Kopplerkolben mit einer Ringschulter an der zur Stützseite der Platte gegenüberliegenden Seite auf der Platte aufliegt.
Eine besonders große Vorspannkraft lässt sich erzielen, wenn die zwei koaxial angeordneten Druckfedern als Rohrfedern ausgeführt sind.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Kopplereinheit im Längsschnitt.
Die dargestellte Kopplereinheit 25 umfasst einen Kopplerkörper 26, in dem in der Zeichnungsebene oben ein Kopplerkolben 27 und in den Zeichnungsebene unten ein Ventilkolben 28 geführt sind. Zwischen Kopplerkolben 27 und Ventilkolben 28 ist ein Druckraum 29 angeordnet, welcher ein Kopplerspaltvolumen bildet, welches radial außen von einem Abschnitt des Kopplerkörpers 26 begrenzt ist.
Radial außerhalb des Kopplerkörpers 26 ist mit Radialabstand eine erste Rohrfeder 34.1 und eine mit einem davon weiteren Radialabstand zweite Rohrfeder 34.2 angeordnet. Beide Rohrfedern 34.1 und 34.2 stützen sich jeweils mit ihrem in der Zeichnungsebene unteren Enden 35 an einen Umfangsbund 36 des Kopplerkörpers 26 und jeweils mit einem in der Zeichnungsebene oberen Ende 37 an einer Platte 38 ab.
Die Platte 38 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 39 auf, welche von dem Kopplerkolben 27 durchsetzt ist. Der Kopplerkolben 27 stützt sich mit einer Ringschulter 40 an der Durchgangsöffnung 39 auf der Oberseite der Platte 38 ab. Durch das Angreifen der beiden Rohrfedern 34.1, 34.2 wird die Platte 38 in der Zeichnungsebene nach oben von einer Federkraft beaufschlagt, so dass die Platte 38 bestrebt ist den Kopplerkolben 27 nach oben in Richtung des nicht dargestellten Aktorelements zu drücken und diesen zugleich mit einer Vorspannkraft axial vorzuspannen.
An seinem unteren Abschnitt weist der Kopplerkörper 26 eine stirnseitig offene Aussparung 41 auf, in der eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Feder 42 angeordnet ist, die sich mit ihrem axial unteren Ende an einer Ringschulter 43 einer auf den Ventilkolben 28 befestigten Hülse 44 abstützt. Durch die Feder 42 wird der Ventilkolben 28 in der Zeichnungsebene nach unten gedrückt.
Bei einer Bestromung des nicht dargestellten piezoelektrischen Aktorelements bildet sich ein hoher Druck innerhalb des Kopplerspaltvolumens 29 aus, wodurch der sich im Kopplerspaltvolumen 29 befindliche Kraftstoff bestrebt ist, in beide Axialrichtungen durch Führungsspalte 46, 47 auszuströmen. Gleichzeitig ist der Kopplerkörper 26 während einer derartigen Kompressionsphase bestrebt, sich radial aufzuweiten, wodurch sich eine Vergrößerung der Führungsspalte 46, 47 und damit des Leckagevolumenstroms aus dem Kopplerspaltvolumen 29 heraus ergibt. Um diesen Effekt zu minimieren, ist der Kopplerkörper 26 beispielsweise mit axial beabstandeten Steifigkeitsrippen 48 an seiner Außenseite versehen. Die Steifigkeitsrippen 48 sind dabei beabstandet von der inneren Rohrfeder 34.1 angeordnet, wodurch ein Reibschluss zwischen dem Kopplerkörper 26 und der inneren Rohrfeder 34.1 vermieden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10322672 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor mit einer hydraulischen Kopplereinheit (25), welche einen Kopplerkolben (27) und einen Ventilkolben (28) umfasst, die gemeinsam in einem Kopplerkörper (26) axiale verschiebbar geführt sind und zwischen sich einen in radialer Richtung durch den Kopplerkörper (26) begrenzten Druckraum als Kopplerspaltvolumen (29) definieren, welcher mit Kraftstoff gefüllt ist, um eine axiale Bewegung des Kopplerkolbens (27) entsprechend eines Durchmesserverhältnisses von Ventilkolben (28) zu Kopplerkolben (27) in eine axiale Bewegung des Ventilkolbens (28) umzusetzen, wobei der Kopplerkolben (27) mittels einer Vorspannfeder vom Kopplerspaltvolumen (29) nach außen weisend gegen ein Aktorelement vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder von einer inneren Druckfeder (34.1) und einer äußeren Druckfeder (34.2) gebildet ist und dass die beiden Druckfedern (34.1, 34.2) koaxial angeordnet sind.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckfedern (34.1, 34,2) radial beanstandet voneinander angeordnet sind.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Druckfedern (34.1, 34.2) auf einem Umfangsbund (36) des Kopplerkörpers (26) und einer vom Kopplerkörper (26) separaten Platte (38) abstützen, und dass der Kopplerkolben (27) mit einer Ringschulter an der zur Stützseite der Platte (38) gegenüberliegenden Seite auf der Platte (38) aufliegt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckfedern (34.1) und (34.2) jeweils als Rohrfedern ausgebildet sind.