DE19717833A1

DE19717833A1 - Hydraulisches Servosteuerelement

Info

Publication number: DE19717833A1
Application number: DE19717833A
Authority: DE
Inventors: Peter Klaus Affolter
Original assignee: Dualon International S A
Current assignee: Dualon International S A
Priority date: 1996-05-12
Filing date: 1997-04-26
Publication date: 1997-11-20
Also published as: DE29723706U1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Servosteuerelement, insbesondere für Einspritzinjektoren von Diesel-Motoren mit einer Hochdruck-Dieseleinspritzung.

In der Diesel-Einspritztechnik kommt der Entwicklung von Hochdruck-Systemen eine besondere Bedeutung zu. Dieselkraftstoff wird um so feiner zerstäubt, je höher die Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftstoff und Luft und je höher die die Dichte der Luft im Brennraum ist. Mit Einspritzdrücken größer als 1300 bar kann beispielsweise die Rußemission bei kleiner Drehzahl deutlich verringert werden.

Neben den Einspritzsystemen mit zeitgerechter, d. h. zum Motorkolbenhub winkelgerechter Druckerzeugung, steht die Weiterentwicklung der Einspritzsysteme mit zentralem Hochdruckspeicher im Mittelpunkt des Geschehens. Bei derartigen Systemen wird über magnetventilbetätigte Einspritzventile zylinderzugeordnet und zeitgerecht die jeweils erforderliche Einspritzmenge abgegeben. Ein für den Einsatz der Erfindung geeignetes Einspritzsystem ist in Folge 9 des "Shell-Lexikons Verbrennungsmotor" (Ein Supplement der ATZ und MTZ) unter dem Stichwort "Einspritzsysteme für Dieselmotoren" beschrieben. Zum besseren Verständnis der Erfindung sei hier insbesondere auf das Bild E.53 "Common-Rail-Einzelinjektor" verwiesen.

Die Erfindung zielt gegenüber diesem Stand der Technik darauf ab, ein hydraulisches Servosteuerelement, insbesondere für Einspritzinjektoren von Diesel-Motoren, zu schaffen, das unkompliziert herstellbar ist und dennoch eine hochpräzise Steuerung der Dieseleinspritzung unterstützt.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Die Erfindung setzt bereits bei der Idee der Schaffung eines integrierten hydraulischen Servosteuerelementes für Diesel-Einspritzsysteme an. Die Erfindung ist insbesondere für Hochdruck-Einspritzsysteme von Diesel-Motoren einsetzbar und vereinigt die Funktionen "Aktorabschnitt", "hydraulische Steuerung" (Blende als Teil der Steuerung) und "Hochdruck-Durchfluß" in vorteilhafter Weise zu einer baulichen Einheit. Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird ferner ein in die bauliche Einheit integrierter Dichtungs- und Verbindungsabschnitt realisiert. Die Kombination dieser Funktionen in einer baulichen Einheit bedingt fertigungs- und einbautechnische Vorteile und ist bei verschiedensten Einspritzsystemen anwendbar.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung weist das hydraulische Servosteuerelement wenigstens eine Drossel auf, wobei insbesondere eine der Drosseln zwischen einer druckbeaufschlagten Kraftstoff-Leitung und dem Steuerraum (Bohrung) angeordnet ist. Die Anordnung und Ausbildung dieser Drossel ermöglicht auf einfache Weise ein hochpräzises Steuern des Einspritzvorganges.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1a eine teilgeschnittene, schematische Darstellung der Erfindung;

Fig. 1b eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1a.

Fig. 1a zeigt ein hydraulisches Servosteuerelement 1, welches im Belieben des Fachmannes zum Beispiel an das in Bild E. 53 des o.g. Shell-Lexikons "Verbrennungsmotor" abgebildete Einspritzsystem anpaßbar ist.

Das hydraulische Servosteuerelement (ein beispielsweise zylindrischer Stahlkörper 1 mit Dichtfunktion ausübenden Seiten) weist einen in einer Axialbohrung (Steuerraum) 2 geführten Steuerkolben 3 (Aktorabschnitt) auf, der beispielsweise über ein (nicht dargestelltes) Solenoid oder ein Piezoelement betätigt wird, das in Hinsicht auf die Perspektive der Fig. rechts der im Vergleich zur Bohrung 2 dünneren Verschlußnadel 4 angeordnet ist. Das Servosteuerelement übernimmt damit u. a. auch infolge der Blendenfunktion einer Drossel 6′ die Funktion einer hydraulischen Steuerung.

Zur Dieseleinspritzung wird die Verschlußnadel 4 betätigt, so daß der unter Hochdruck stehende Diesel durch die Bohrung 9 abfließt und dadurch den Steuerkolben 3 abhebt (in der Figur wird der Steuerkolben 3 also in der Bohrung 2 nach rechts verschoben). Durch Abschalten des Solenoids oder Piezoelementes wird die Bohrung 9 verschlossen und der Steuerkolben 3 durch Zulauf nach links verschoben, so daß die Einspritznadel die Hochdruck-Dieselleitung 5 (Hochdruck-Durchflußfunktion) an einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Position verschließt.

Zwischen den Steuerraum rechts des Steuerkolbens 3 (ein Teil der Bohrung 2) und die unter Hochdruck stehende Diesel-Zuführleitung 5 ist eine Drossel 6 geschaltet, die den Steuerraum in geeigneter Weise speist. Die Drossel 6 weist zwei Bohrungen 7, 8 verschiedener Weite auf, deren Durchmesser hydrodynamisch aufeinander abgestimmt sind.

Nach Fig. 1b werden die Drossel 6 sowie die weitere (Blenden)Drossel 6′ (zwischen Nadel 4 und Steuerraum 2) in vorteilhafter Weise als separate, in das Steuerelement 1 einsetzbare, Einsatzhülsen 10 ausgelegt; sie können aber auch direkt in den Körper 1 integriert werden.

Die kleinere Bohrung 7 weist typischerweise einen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm auf. Sie wird z. B. mittels Laserbearbeitung oder durch Elektroerosion (LB oder EDM) eingebracht und kalibriert. Die größere Bohrung 8 weist aus hydraulischen Gründen einen zwei- bis zehnmal so großen Durchmesser auf. Die Einströmform der Kalibrieröffnung 7 ist dabei bevorzugt derart optimiert, daß das Rundungsverhältnis des Eintrittbereiches zum Bohrungsdurchmesser 0,25 bis 0,35 beträgt. Die Blendencharakteristik und der Formfaktor werden zudem nach Guillon so ausgelegt, daß die Widerstandsbeiwerte ζ zwischen 0,2 bis 1,5 liegen; je nach Dichte, dynamischer Viskosität, Durchflußgeschwindigkeit und Strömungsart (RE-Zahl) des Mediums. Diese Größen sind zum Beispiel durch FE-Fluid-Ahalysen und/oder experimentelle (LDA etc.) Modell- und Realversuche optimierbar.

Claims

1. Hydraulisches Servosteuerelement, insbesondere für Einspritzinjektoren von Diesel-Motoren mit einer Hochdruck-Dieseleinspritzung, das

a) einen Aktorabschnitt (2, 3),
b) einen hydraulischen Steuerteilabschnitt (6′) und
c) einen Hochdruck-Durchflußabschnitt (5)

in einer baulichen Einheit (1) integriert.

2. Hydraulisches Servosteuerelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

d) einen in die bauliche Einheit (Stahlkörper 1) integrierten Dichtungs- und Verbindungsabschnitt (9).

3. Hydraulisches Servosteuerelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Drossel (6, 6′).

4. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Drosseln (6′) in den Dichtungs- und Verbindungsabschnitt (9) integriert ist, an einen Steuerraum (2) mit verschieblichem Steuerkolben (3) angrenzt und nach Art einer Blende einen Teil der Steuerfunktion ausübt, bevorzugt in Verbindung mit einer Verschlußnadel (4) eines Solenoids oder eines Piezoelementes.

5. Hydraulisches Servosteuerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Drosseln (6) zwischen einer druckbeaufschlagten Kraftstoffleitung (5) und dem Steuerraum (2) angeordnet ist.

6. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (6, 6′) zwei Bohrungen (7, 8) verschiedener Weite aufweisen.

7. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der zwei Bohrungen (7, 8) der Drosseln (6, 6′) hydrodynamisch aufeinander abgestimmt sind.

8. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (6, 6′) als separate, in das Steuerelement einsetzbare, Einsatzhülsen (10) ausgelegt sind.

9. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (7) der Drossel (6) einen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm und daß die weitere Öffnung (8) einen zwei- bis zehnmal so großen Durchmesser aufweist.

10. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmpassage der ersten Öffnung (7) derart ausgelegt ist, daß das Verhältnis des Rundungsradius der Einströmpassage zum Bohrungsdurchmesser 0,25 bis 0,35 beträgt.

11. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendencharakteristik und der Formfaktor der Drossel (6) nach Guillon so optimiert sind, daß die Widerstandsbeiwerte zwischen 0,2 und 1,5 liegen.

12. Hydraulisches Servosteuerelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Dichtungs- und Verbindungsabschnitt (9) eine Düsennadel (4) angeschlossen ist.