DE19933328A1

DE19933328A1 - Common-Rail-Injektor

Info

Publication number: DE19933328A1
Application number: DE19933328A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2001-01-25
Also published as: WO2001006111A1; EP1114247B1; JP2003504556A; DE50008218D1; EP1114247A1; KR100692885B1; KR20010075090A; US6568368B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse (1) mit einem Kraftstoffzulauf (11) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses (1) und mit einem Druckraum (15) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils (18) eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung (3) in dem Injektorgehäuse (1) axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (8) hin und her bewegbare Düsennadel (4) von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum (15) größer als der Druck in einem Steuerraum (16) ist, der über eine Zulaufdrossel (19) mit dem Kraftstoffzulauf (11) und der über eine Ablaufdrossel (17) mit einem Entlastungsraum verbindbar ist. DOLLAR A Um einen Common-Rail-Injektor bereitzustellen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, ist die Verbindung (12, 13, 14) zwischen dem Kraftstoffzulauf (11) und dem Druckraum (15) relativ zu dem Steuerraum (16) innen angeordnet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse mit einem Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung in dem Injektorgehäuse axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder hin und her bewegbare Düsennadel von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum größer als der Druck in einem Steuerraum ist, der über eine Zulaufdrossel mit dem Kraftstoffzulauf und der über eine Ablaufdrossel mit einem Entlastungsraum verbindbar ist.

In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik angesteuert. Der Raildruck steht in dem Druckraum und an dem Steuerventil an. Wenn das Steuerventil öffnet, hebt die Düsennadel von ihrem Sitz ab, und mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff wird in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Bei herkömmlichen Injektoren, wie sie beispielsweise aus der DE 197 24 637 A1 bekannt sind, ist der Steuerraum am Brennraum fernen Ende der Längsbohrung zentral in dem Injektorgehäuse angeordnet. Die Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf und dem Druckraum wird durch eine außerhalb der Längsbohrung verlaufende Bohrung hergestellt. Diese zusätzliche Bohrung in dem Injektorgehäuse ist, zumindest während der Einspritzung, mit dem vollen Raildruck beaufschlagt. Deshalb ist die Abdichtung des Injektorgehäuses fertigungstechnisch recht aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail-Injektor der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll die Dichtigkeit verbessert werden.

Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse mit einem Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung in dem Injektorgehäuse axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder hin und her bewegbare Düsennadel von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum größer als der Druck in einem Steuerraum ist, der über eine Zulaufdrossel mit dem Kraftstoffzulauf und der über eine Ablaufdrossel mit einem Entlastungsraum verbindbar ist, dadurch gelöst, dass die Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf und dem Druckraum relativ zu dem Steuerraum innen angeordnet ist. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Injektors ist praktisch umgekehrt gegenüber den herkömmlichen Injektoren. Durch diese Maßnahme wird die Hochdruckabdichtung des Injektorgehäuses fertigungstechnisch erheblich vereinfacht.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel eine zentrale Bohrung aufweist, über die der Kraftstoffzulauf mit dem Druckraum verbunden ist. Die Bohrung in der Düsennadel hat die gleiche Funktion wie die Bohrung im Injektorgehäuse der herkömmlichen Injektoren. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Injektors kann das Injektorgehäuse viel kompakter ausgeführt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel zwischen dem Kraftstoffzulauf und dem Druckraum mindestens eine ebene Fläche ausgebildet ist, an der vorbei Kraftstoff von dem Kraftstoffzulauf in den Druckraum gelangen kann. Diese Ausführungsart bietet insbesondere in Bezug auf die Hochdruckfestigkeit des Injektors Vorteile.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zentralen Bohrung um eine axiale Sackbohrung handelt, deren Ende durch mindestens eine Radialbohrung mit dem Druckraum in Verbindung steht. Wenn vier Radialbohrungen sternförmig von der Sackbohrung ausgehen, wird der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gleichmäßig in dem ringförmigen Druckraum verteilt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum zwischen der inneren Umfangsfläche der Längsbohrung und der äußeren Umfangsfläche einer Hülse angeordnet ist, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel verschiebbar ist und mit Hilfe der Düsenfeder in Anlage an das Injektorgehäuse gehalten wird. Durch die Hülse wird eine einfache Lösung zur Abgrenzung des Steuerraums von dem Kraftstoffzulauf bereitgestellt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Fläche der Hülse, die sich in Anlage an dem Injektorgehäuse befindet, eine Beißkante ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass der außerhalb der Hülse ausgebildete Steuerraum von dem Kraftstoffzulauf im Inneren der Hülse druckdicht getrennt bleibt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel zwischen dem Steuerraum und dem Druckraum geführt ist. Die Düsennadel des erfindungsgemäßen Injektors kann kürzer als herkömmliche Düsennadeln ausgebildet sein. Deshalb ist eine Führung ausreichend, um eine einwandfreie Funktion des Injektors zu gewährleisten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel in die Hülse integriert ist. Die Zulaufdrossel dient dazu, Druckstöße im Betrieb zu verhindern.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel eine Stufe ausgebildet ist, die einen Anschlag für die Düsenfeder bildet. Das hat den Vorteil, dass auf einen Federteller verzichtet werden kann. Dadurch wird die Anzahl der Einzelteile verringert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel und dem Injektorgehäuse definiert ist. Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass sie fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Das in der Figur im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Spannmutter axial gegen einen Ventilkörper 20 und einen (nicht dargestellten) Injektorkörper vorgespannt.

In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 3 ausgespart. In der Führungsbohrung 3 ist eine Düsennadel 4 mit einer Spitze 5 axial verschiebbar geführt. An der Spitze 5 der Düsennadel 4 ist eine Dichtfläche ausgebildet, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, der an dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Wenn sich die Spitze 5 der Düsennadel 4 mit ihrer Dichtfläche in Anlage an dem Dichtsitz befindet, ist ein Spritzloch 6 in dem Düsenkörper 2 geschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 5 von ihrem Sitz abhebt, wird mit Hockdruck beaufschlagter Kraftstoff durch das Spritzloch 6 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Ausgehend von der Spitze 5 weist die Düsennadel 4 drei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern d₁, d₂ und d₃ auf. Der Durchmesser d₂ ist am größten und dient zur Führung der Düsennadel 4 in dem Düsenkörper 2. Der Durchmesser d₁ wird auch als Sitzdurchmesser bezeichnet und ist etwas kleiner als der Düsennadeldurchmesser d₃. Der Düsennadeldurchmesser d₃ ist kleiner als der Führungsdurchmesser d₂. Der Durchmesser d₃ wird auch als Steuerdurchmesser und der Durchmesser d₂ als Führungsdurchmesser bezeichnet.

Aufgrund des Unterschiedes zwischen den Durchmessern d₂ und d₃ ergibt sich eine Stufe 7 an der Düsennadel 4. Eine Düsenfeder 8 befindet sich in Anlage an der Stufe 7. Das andere Ende der Düsenfeder 8 befindet sich in Anlage an der unteren Stirnfläche einer Hülse 9. Auf diese Art und Weise ist die Düsenfeder 8 zwischen der Stufe 7 und der Hülse 9 vorgespannt. Die Vorspannkraft der Düsenfeder 8 sorgt einerseits dafür, dass die Spitze 5 der Düsennadel 4 gegen ihren Sitz gedrückt wird, und andererseits dafür, dass die obere Stirnfläche der Hülse 9 gegen den Ventilkörper 20 gedrückt wird. An der oberen, brennraumfernen Stirnfläche der Hülse 9 ist eine Beißkante 10 ausgebildet. Der Innendurchmesser der Hülse 9 ist etwas größer als der Durchmesser d₃ der Düsennadel 4. Das brennraumferne Ende der Düsennadel 4 ist unter Dichtwirkung in der Hülse 9 verschiebbar. Auf diese Art und Weise wird der Innenraum der Hülse 9 druckdicht von der Umgebung abgeschirmt.

In den Innenraum der Hülse 9 mündet ein Kraftstoffzulauf 11, der in den Ventilkörper 20 ausgebildet ist. Ausgehend erstreckt sich eine zentrale Axialbohrung 12 in der Düsennadel 4 bis zu der Höhe eines Druckraumes 15. Auf Höhe des Druckraumes 15 sind in der Düsennadel 4 zwei radiale Durchgangsbohrungen 13 und 14 kreuzweise angeordnet. Durch die Radialbohrungen 13 und 14 wird eine Verbindung zwischen dem Druckraum 15 und der Axialbohrung 12 geschaffen.

Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gelangt aus dem Rail über den Kraftstoffzulauf 11, den Innenraum der Hülse 9, die Axialbohrung 12 und die Radialbohrungen 13 und 14 bis in den Druckraum 15. Durch die gewählten Durchmesserverhältnisse zwischen den Durchmessern d₁, d₂ und d₃ ist die Düsennadel 4 teilkraftausgeglichen. Aufgrund der Vorspannkraft der Düsenfeder 8 wird die Düsennadelspitze 5 gegen ihren Sitz gedrückt.

Zwischen dem äußeren Umfang der Hülse 9 und der inneren Umfangsfläche der Längsbohrung 3 am brennraumfernen Ende des Düsenkörpers 2 ist ein Steuerraum 16 ausgebildet. Der Steuerraum 16 ist über eine Zulaufdrossel 19 mit dem Innenraum der Hülse 9 und somit mit dem Kraftstoffzulauf 11 verbunden. Zunächst herrscht also auch in dem Steuerraum 16 der Raildruck.

Über eine Ablaufdrossel 17 kann der Steuerraum 16 in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventilgliedes 18 mit einem (nicht dargestellten) Druckentlastungsraum verbunden werden. Wenn das der Fall ist, sinkt der Druck in dem Steuerraum 16 unter den Raildruck ab und das vorher ausgeglichene Verhältnis zwischen den druckbeaufschlagten Flächen der Düsennadel 4 ist nicht mehr gegeben. Das hat zur Folge, dass die Düsennadel 4 von ihrem Sitz abhebt und hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff aus dem Druckraum 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Wenn die Verbindung zu dem Entlastungsraum durch das Steuerventilglied 18 unterbrochen wird, steigt der Druck in dem Steuerraum 16 wieder langsam an und die Düsennadel 4 schließt.

Die Hülse 9 ist aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen kraftausgeglichen. Die Beißkante 10 ist am Innendurchmesser der Hülse 9 angeordnet.

Claims

1. Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse (1) mit einem Kraftstoffzulauf (11) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses (1) und mit einem Druckraum (15) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils (18) eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung (3) in dem Injektorgehäuse (1) axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (8) hin und her bewegbare Düsennadel (4) von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum (15) größer als der Druck in einem Steuerraum (16) ist, der über eine Zulaufdrossel (19) mit dem Kraftstoffzulauf (11) und der über eine Ablaufdrossel (17) mit einem Entlastungsraum verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (12, 13, 14) zwischen dem Kraftstoffzulauf (11) und dem Druckraum (15) relativ zu dem Steuerraum (16) innen angeordnet ist.

2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (4) eine zentrale Bohrung (12) aufweist, über die der Kraftstoffzulauf (11) mit dem Druckraum (15) verbunden ist.

3. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (4) zwischen dem Kraftstoffzulauf (12) und dem Druckraum (15) mindestens eine ebene Fläche ausgebildet ist, an der vorbei Kraftstoff von dem Kraftstoffzulauf (11) in den Druckraum (15) gelangen kann.

4. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zentralen Bohrung um eine axiale Sackbohrung (12) handelt, deren Ende durch mindestens eine Radialbohrung (13, 14) mit dem Druckraum (15) in Verbindung steht.

5. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (16) zwischen der inneren Umfangsfläche der Längsbohrung (3) und der äußeren Umfangsfläche einer Hülse (9) angeordnet ist, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (4) verschiebbar ist und mit Hilfe der Düsenfeder (8) in Anlage an dem Injektorgehäuse (1) gehalten wird.

6. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Fläche der Hülse (9), die sich in Anlage an dem Injektorgehäuse (1) befindet, eine Beißkante (10) ausgebildet ist.

7. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (4) zwischen dem Steuerraum (16) und dem Druckraum (15) geführt ist.

8. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (19) in die Hülse (9) integriert ist.

9. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (4) eine Stufe (7) ausgebildet ist, die einen Anschlag für die Düsenfeder (8) bildet.

10. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel (4) und dem Injektorgehäuse (1) definiert ist.