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Die Erfindung betrifft einen Einspritzinjektor für Diesel- und Otto-Direkteinspritzsysteme, welche nach dem Common Rail-Prinzip arbeiten. Durch eine hydraulisch/elektronische Steuerung wird die Einspritzmenge abhängig von den Motorparametern zugemessen. Die Ansteuerung des Systems erfolgt dabei durch schnelle Elektromagnete oder piezokeramische Aktoren.
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Der technische Stand und die Nachteile der derzeitigen hydraulischen Steuerung werden anhand der Zeichnung nach 5, die einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen Einspritzinjektor mit hydraulischer Steuerung zeigt, beschrieben.
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Dem Injektorkörper 1 wird durch den Zulaufanschluss 2 der Kraftstoff mit hohem Druck zugeführt. Mit diesem Kraftstoffdruck wird über den Zuführkanal 3 einerseits die Einspritzdüse 4, andererseits über die Einlassdrossel 5 der Steuerraum 6 beaufschlagt. Der Steuerkolben 7 ist in einer Steuerhülse 8 spielarm geführt und hat direkten Kontakt mit der Düsennadel 9 in der Einspritzdüse 4. Infolge des größeren Flächenverhältnisses des Steuerkolbens 7 zur Druckschulter der Düsennadel 9 bleibt die Einspritzdüse 4 geschlossen, eine Einspritzung findet nicht statt.
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Um die Einspritzung einzuleiten, wird durch das elektrische System (magnetisch bzw. piezokeramisch), hier stellvertretend dargestellt durch den Ankerbolzen 10, das Auslasssteuerventil 11 geöffnet und damit über die Auslassdrossel 12 der Steuerraum 6 entlastet. Somit kann der hohe, auf die Druckschulter der Düsennadel 9 wirkende Kraftstoffdruck dieselbe anheben, wodurch die Einspritzung eingeleitet wird. Diese findet solange statt, bis das elektrische System bzw. eine Federkraft das Auslasssteuerventil 11 schließt und der über die Einlassdrossel 5 nachfließende Kraftstoff den Druck im Steuerraum 6 wieder erhöht, wodurch der Steuerkolben 7 die Düsennadel 9 abwärts bewegt und die Einspritzdüse 4 schließt.
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Es ist dabei nachteilig, dass nach Öffnen des Auslasssteuerventils 11, also beim Einspritzvorgang, die Einlassdrossel 5 in voller Größe geöffnet bleibt, so dass bei der beabsichtigten Entlastung des Steuerraumes 6 hochgespannter Kraftstoff in diesen Steuerraum 6 nachfließt. Dies verhindert ein schnelles Reagieren des Systems und führt zu einem beträchtlichen energetischen Verlust. Allein durch dieses unexakte Arbeitsprinzip treten hydraulische Steuerverluste bis zu 15% der Gesamtverlustleistung auf.
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Es sind bereits Ausführungen von Einspritzinjektoren vorgeschlagen worden, mit denen die genannten Nachteile beseitigt werden sollen.
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In
DE 4302668 A1 wird eine Einspritzeinrichtung beschrieben, bei welcher die Düsennadel direkt von einem Elektromagnet betätigt wird und eine hydraulische Steuerung nur insofern erfolgt, dass mit erfolgtem Hub der Düsennadel ein Kugelventil aufgestoßen wird. Die Einleitung des Einspritzvorganges erfolgt also rein mechanisch, lediglich das Schließen der Düsennadel wird hydraulisch unterstützt. Eine eigentliche hydraulische Steuerung, die mit Drosseln zur Reduzierung der Betätigungskräfte arbeitet, liegt hier nicht vor.
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In
DE 19715234 A1 wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, dass von der grundsätzlichen Bauweise, wie sie in
5 dargestellt ist, stark abweicht. Ein mit der Düsennadel in Wirkverbindung stehender Steuerkolben ist nicht vorhanden. Ein solcher ist getrennt angeordnet und wird über ein kompliziertes System von Kugelventilen gesteuert. Die Einrichtung ist aufwendig und erfüllt die Anforderung an ein massenhaft herzustellendes Erzeugnis nicht.
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In
DE 19939446 A1 wird eine Einspritzvorrichtung mit Piezoaktoren beschrieben, wobei durch zwei solcher Aktoren ein hydraulischer Koppler mit Wegübersetzung, also der Vergrößerung der Hubwege, angeordnet ist.
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In
DE 19919432 C2 wird ein Common Rail-Injektor geschützt, bei welchem durch ein umfangreiches hydraulisches System mittels eines Servokolbens und darin befindlicher Ventile die Bewegung der Düsennadel darstellbar ist. Für eine Massenproduktion scheint dieses System wenig geeignet. Schließlich beschreibt die
DE 19744235 A1 ein Einspritzventil mit einem Piezoaktor und einem hydraulischen Wegübersetzer, der Schaltventile als einfache Rückschlagventile enthält.
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Einspritzinjektoren für Common Rail-Systeme werden in großen Mengen benötigt. Sie müssen deshalb technologisch übersichtlich und einfach aufgebaut sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass in 5 beschriebene hydraulische Steuersystem, welches auf die Lit. [1] zurückgeht, bei Beibehaltung eines einfachen Aufbaues durch Verringerung der Steuerverluste und mit exakteren Steuervorgängen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer kompakten Steuereinheit ein Einlasssteuerventil korrespondierend zum Auslasssteuerventil direkt und über ein Stellglied mit Zwischenstück schaltbar ist, wobei die Steuereinheit in der Begrenzungswand einer Steuerhülse unmittelbar am Steuerraum angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Zeichnungen zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch den Einspritzinjektor, wobei nur der mittlere Abschnitt des Injektor dargestellt ist,
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2 einen vergrößerten Abschnitt aus 1, wobei die Ventilstellungen auf „keine Einspritzung” stehen,
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3 die gleiche Darstellung mit den Ventilstellungen „Einspritzung”,
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4 die gleiche Darstellung mit anderen Ventilausführungen,
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5 das Prinzipbild eines herkömmlichen hydraulisch gesteuerten Injektors.
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In der 1 ist im Kopfteil des Injektorkörpers 1 der Ankerbolzen 10 mit der Druckfeder 13 und dem Elektromagnet 14 in der prinzipiellen Arbeitsweise dargestellt. Mittels der Druckfeder 13 wird des Auslasssteuerventil 11 (ASt, hier als Kugel) auf seinen Sitz gedrückt und vom Elektromagneten 14 entgegen der Druckfeder 13 angehoben. Insoweit entspricht die Erfindung dem bisher bekannten technischen Stand. Nun aber wird der hochgespannte Kraftstoff dem Steuerraum 6 nicht mehr über die ständig offene Einlassdrossel 5 (vgl. auch 5) zugeführt, sondern über eine kompakte Steuereinheit 15, welche aus einem Einlasssteuerventil 16 (ESt), einem Auslasssteuerventil 11 (ASt), einem Schiebestück 17 und weiteren Elementen besteht, zum Steuerraum 6 geführt, wobei diese Steuereinheit 15 im Kopf der Steuerhülse 8 und direkt am Steuerraum 6 angeordnet ist. Der Kraftstoff wird vom Zulaufanschluss 2 über den Zuführkanal 3 zur Einspritzdüse geleitet, und zugleich über die Bohrungen 18 der Steuereinheit 15 zugeführt, wobei die Einlassdrossel 5 der Steuereinheit 15 vorgeschaltet ist.
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In der 2 ist diese Steuereinheit 15 im Zusammenwirken mit dem Steuerraum 6 und dem Ankerbolzen 10/Elektromagnet 14 vergrößert dargestellt. Der Kraftstoff tritt über das geöffnete ESt 16 in den Steuerraum 6 ein und beaufschlagt den Steuerkolben 7, wodurch die Einspritzdüse geschlossen gehalten wird. Zugleich wird über die Kanäle 19 das ASt 11 mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt.
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Wenn nun, wie 3 zeigt, zur Einleitung der Einspritzung das ASt 11 durch Anheben des Ankerbolzen 10 geöffnet wird und der Druck im Steuerraum 6 zusammenbricht, schließt zugleich das federbelastete ESt 16 und über die Einlassdrossel 5 kann kein Kraftstoff nachfließen. Damit werden hochdruckseitige Steuerverluste stark reduziert und der bisher „schleichende” Steuervorgang läuft präziser ab.
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Zur Beendigung der Einspritzung, d. h. das ASt 11 schließt unter Einwirkung des Ankerbolzens 10, wird über das Schiebestück 17 das ESt 16 wieder aufgestoßen und der hochgespannte Kraftstoff beaufschlagt über die Einlassdrossel 5 wieder den Steuerraum 6, womit der Steuerkolben 7 die Einspritzdüse schließt.
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In der 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit Kegelsitzventilen dargestellt. Der Steuerraum 6 wird wiederum über die Bohrungen 18 und das ESt 16 mit Steuerdruck beaufschlagt und zugleich liegt dieser Steuerdruck über die Kanäle 19 am ASt 11 an. Beide Ventile ASt 11 und ESt 16 bilden hier die Steuereinheit 15 und verkörpern zugleich das spielarm in der Steuerhülse 8 bewegte Schiebestück 17. Dabei können die an beiden Ventilen ASt 11 und ESt 16 gebildeten Ringräume 20 so eng bemessen sein, dass sie als Drosselquerschnitte zusätzlich oder anstelle der Einlass/Auslassdrosseln 5/12 dienen.
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Anstelle des Elektromagneten 14 kann auch ein Piezoaktor als elektrisch/elektronisches Stellglied Anwendung finden. Ebenso können kraftverstärkende oder wegvergrößernde Bauelemente in den Stellgliedern, vorgeschaltet dem Ankerbolzen 10, eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Injektorkörper
- 2
- Zulaufanschluss
- 3
- Zuführkanal
- 4
- Einspritzdüse
- 5
- Einlassdrossel
- 6
- Steuerraum
- 7
- Steuerkolben
- 8
- Steuerhülse
- 9
- Düsennadel
- 10
- Ankerbolzen
- 11
- Auslasssteuerventil (ASt)
- 12
- Auslassdrossel
- 13
- Druckfeder
- 14
- Elektromagnet
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Einlasssteuerventil (ESt)
- 17
- Schiebestück
- 18
- Bohrungen
- 19
- Kanäle
- 20
- Ringräume
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4302668 A1 [0007]
- DE 19715234 A1 [0008]
- DE 19939446 A1 [0009]
- DE 19919432 C2 [0010]
- DE 19744235 A1 [0010]
