DE19945314A1 - Common-Rail-Injektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor mit einem Düsenkörper (1), der mit Hilfe einer Spannmutter (5) an einem Haltekörper (6) befestigt ist. Der Haltekörper (6) weist einen Kraftstoffzulauf (9) auf, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektors und mit einem Druckraum innerhalb des Injektors in Verbindung steht. Aus dem Druckraum wird in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils (16, 18) mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt. Das Steuerventil (16, 18) sorgt dafür, dass eine in einer Längsbohrung des Injektors axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (11), die in einem Düsenfederraum (10) aufgenommen ist, hin- und herbewegbare Düsennadel (7) von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum größer als der Druck in einem Steuerraum (15) ist, der über eine Zulaufdrossel (20) mit dem Kraftstoffzulauf (9) verbunden ist. DOLLAR A Um höhere Düsennadelgeschwindigkeiten zu ermöglichen, ist der Steuerraum (15) in den Düsenkörper (1) integriert. Außerdem ist an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (7) ein Steuerzapfen (14) ausgebildet, der in dem Steuerraum (15) geführt ist. Darüber hinaus ist der Düsenfederraum (10) außerhalb des Steuerraums (15) angeordnet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper, der mit Hilfe einer Spannmutter an einem Haltekörper befestigt ist, der einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektors und mit einem Druckraum innerhalb des Injektors in Verbindung steht, aus den mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung des Injektors axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder, die in einem Düsenfederraum aufgenommen ist, hin- und herbewegbare 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 verbunden 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, gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff an der gegen die Vorspannkraft der Düsenfeder abgehobenen Düsennadel vorbei in den Verbrennungsraum.

Bei herkömmlichen Injektoren, wie sie bspw. aus der DE 197 24 637 A1 bekannt sind, kommen relativ lange Düsennadeln mit einer sog. Druckstange zum Einsatz. Im Betrieb wirken auf die Düsennadeln in Folge der hohen Drücke und der schnellen Lastwechsel sehr große Kräfte. Diese Kräfte führen dazu, dass die Düsennadel in Längsrichtung gedehnt und gestaucht wird. Das wiederum hat zur Folge, dass der Düsennadelhub in Abhängigkeit von der auf die Düsennadel wirkenden Kräfte variiert.

In der nicht vorveröffentlichten DE 199 36 668 werden Injektoren beschrieben, die ohne Druckstange arbeiten. Zur Begrenzung des Steuerraums wird eine Hülse verwendet, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel verschiebbar ist und mit Hilfe der Düsenfeder in Anlage an dem Injektorgehäuse gehalten wird. Die Abdichtung des Steuerraums wird durch eine an der Anlagefläche der Hülse ausgebildete Beißkante erreicht. Wenn an der Beißkante eine Leckage auftritt, kann das zu einem Ausfall des betroffenen Injektors führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail-Injektor bereitzustellen, der unter Verwendung von konventionellen Einspritzdüsen deutlich höhere Düsennadelgeschwindigkeiten erlaubt und stabil arbeitet. Außerdem soll der erfindungsgemäße Injektor einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper, der mit Hilfe einer Spannmutter an einem Haltekörper befestigt ist, der einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektors und mit einem Druckraum innerhalb des Injektors 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 des Injektors axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder, die in einem Düsenfederraum aufgenommen ist, hin- und herbewegbare 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 verbunden ist, dadurch gelöst, dass der Steuerraum in den Düsenkörper integriert ist, dass an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel ein Steuerzapfen ausgebildet ist, der in dem Steuerraum geführt ist, und dass der Düsenfederraum außerhalb des Steuerraums angeordnet ist. Die Erfindung liefert den Vorteil, dass der Steuerraum und der Düsenfederraum am brennraumfernen Ende der Düsennadel angeordnet werden können, ohne dass das. Volumen des Steuerraums von dem Bauraum der Düsenfeder abhängt. Deshalb ist es möglich, eine großvolumige Düsenfeder mit einer hohen Federsteifigkeit einzubauen, die ein gutes Schließen der Düsennadel gewährleistet. Dadurch können die Einspritzzeit und der Einspritzzeitpunkt exakt festgelegt werden.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzulauf in den Düsenfederraum mündet und dass an der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum mindestens eine Abflachung ausgebildet ist. Dadurch wird eine Strömungsverbindung zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum geschaffen, durch die der einzuspritzende Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in den Druckraum gelangen kann. Die bei herkömmlichen Injektoren vorhandene Bohrung zum Druckraum kann entfallen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper zweiteilig ausgebildet ist, und dass der Steuerraum in dem brennraumfernen Teil des Düsenkörpers ausgebildet ist. Bei der Herstellung des Düsenkörpers wird ein verlängerter Düsenkörper benötigt. Vor dem Abtrennen des brennraumfernen Teils werden vorteilhaft eine Zentralbohrung für die Nadel und zwei Fixierbohrungen zur Aufnahme eines Fixierstiftes im zusammengebauten Zustand in den Düsenkörper eingebracht. Dadurch kann ein seitlicher Versatz von Nadel- und Führungsbohrung und somit eine überbestimmte Nadelführung vermieden werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem brennraumfernen Teil des Düsenkörpers ein Ventilstück angeordnet ist, das eine zentrale Anlaufbohrung mit einer Ablaufdrossel und einen Ventilsitz aufweist. Durch die zentrale Ablaufbohrung wird eine Verbindung zwischen dem Steuerraum und einem Entlastungsraum geschaffen. Der Ventilsitz wirkt mit einem Steuerventilglied zusammen, das den Einspritzverlauf des erfindungsgemäßen Injektors steuert. Durch die Integration der Ablaufdrossel in das Ventilstück wird eine leichte Auswechselbarkeit der Ablaufdrossel gewährleistet.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel in einer Bohrung in dem Düsenkörper vorgesehen ist, die den Steuerraum mit dem Düsenfederraum verbindet. Aus Fertigungs- und/oder Kostengründen kann die Zulaufdrossel auch in einem anderen Bauteil, z. B. der Düsennadel, vorgesehen sein.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel eine Stufe ausgebildet ist, die einen Anschlag für eine Zwischenscheibe bildet, die ein Widerlager für die Düsenfeder darstellt. Über eine geeignete Wahl der Dicke der Zwischenscheibe können die Vorspannung bzw. der Hub der Düsennadel eingestellt werden.

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.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors im Längsschnitt dargestellt. Der dargestellte Injektor umfasst einen Düsenkörper 1. Der Düsenkörper 1 ragt mit seinem freien Ende (nicht dargestellt) in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Der Düsenkörper 1 wird von einem brennraumnahen Teil 2 und einem brennraumfernen Teil 3 gebildet. Das brennraumnahe Teil 2 und das brennraumferne Teil 3 befinden sich in Anlage aneinander und werden im zusammengebauten Zustand durch einen Fixierstift 4 relativ zueinander in Position gehalten.

Der Düsenkörper 1 ist mit Hilfe einer Spannmutter 5 gegen einen Haltekörper 6 verspannt. In dem Düsenkörper 1 ist eine Düsennadel 7 axial verschiebbar aufgenommen. An der äußeren Umfangsfläche der Düsennadel 7 sind mehrere Abflachungen 8 ausgebildet, von denen in der Figur nur eine zu sehen ist. Die Abflachungen 8 schaffen eine Verbindung zwischen einem Kraftstoffzulauf 9, der sich durch den Haltekörper 6 und das brennraumferne Teil 3 des Düsenkörpers 1 in einen Düsenfederraum 10 erstreckt, und einen (nicht dargestellten) Druckraum.

In dem Düsenfederraum 10 ist eine Düsenfeder 11 aufgenommen, welche die Spitze der Düsennadel 7 gegen einen zugehörigen (nicht dargestellten) Sitz in Anlage hält. Die Düsenfeder 11 ist zwischen einer zum Brennraum gewandten Stirnfläche des brennraumfernen Teils 3 des Düsenkörpers 1 und einer Zwischenscheibe 12 vorgespannt. Die Zwischenscheibe 12 liegt an einem Absatz 13 an, der an der Düsennadel 7 ausgebildet ist.

Im Anschluss an den Absatz 13 ist an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 7 ein Steuerzapfen 14 mit einem geringeren Durchmesser als die Düsennadel 7 ausgebildet. Der Steuerzapfen 14 ist in einem Steuerraum 15 geführt, der von einer zentralen Bohrung in dem brennraumfernen Teil 3 des Düsenkörpers 1 gebildet ist. Die Düsenfeder 11 ist außerhalb des Steuerraums 15 konzentrisch zu dem Steuerzapfen 14 angeordnet.

Die zentrale Bohrung in dem brennraumfernen Teil 3 des Düsenkörpers 1 weist drei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der Steuerraum 15 ist in dem Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser angeordnet.

Auf der vom Brennraum abgewandten Seite wird der Steuerraum 15 von einem Ventilstück 16 begrenzt. Zwischen einem an dem Ventilstück 16 ausgebildeten Bund und einem umlaufenden Absatz an dem brennraumfernen Teil 3 des Düsenkörpers 1 ist ein Dichtring 17 aus Kupfer oder Stahl angeordnet. Der Dichtring 17 gewährleistet die Abdichtung des Steuerraums 15 auf der vom Brennraum abgewandten Seite.

Über eine Zulaufdrossel 20, die in dem brennraumfernen Teil 3 des Düsenkörpers 1 ausgebildet ist, gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 9 in den Steuerraum 15. Der Steuerraum 15 steht über eine Ablaufdrossel 21, die in dem Ventilstück 16 zentral ausgebildet ist, mit einem Entlastungsraum 22 in Verbindung.

Im Anschluss an die Ablaufdrossel 21 ist an dem Ventilstück 16 ein trichterförmiger Ventilsitz 24 ausgebildet. Der Ventilsitz 24 wirkt mit einem Steuerventilglied 18 zusammen, das in einem Ventilkörper 19 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Je nach dem, ob sich eine an dem zum Brennraum gewandten Ende des Steuerventilglieds 18 ausgebildete Kugel in Anlage an dem Ventilsitz 24 befindet, wird eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 15 und dem Entlastungsraum 22 freigegeben. Der Entlastungsraum 22 steht über einen Kraftstoffablauf 23 mit einem (nicht dargestellten) Kraftstoffbehälter in Verbindung.

Wenn keine Einspritzung stattfindet, wird die Düsennadel 7 durch den Raildruck gegen ihren Sitz gepresst. Die Summe aus Steuerraum- und Düsenfederschließkraft überwiegt gegenüber der Sitzkraft am Nadelsitz. Die Einspritzung wird durch die Druckentlastung des Steuerraums 15 eingeleitet. Die Düsennadel 7 hebt von ihrem Sitz ab und mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff wird durch (nicht dargestellte) Spritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit wird bei festem Ablauf/Zulaufverhältnis von dem Querschnitt des Steuerzapfens 14 bestimmt.

Bedingt durch das erfindungsgemäße Funktionsprinzip tritt in dem dargestellten Injektor keine innere Leckage auf. D. h., im unbetätigten Zustand wird keine Leckölmenge abgeführt, was zu geringeren spezifischen Verbrauchswerten führt. Durch die definierte Abdichtung des Steuerraums 15 wird zudem eine erhöhte Fünktionssicherheit des erfindungsgemäßen Injektors gewährleistet. Die Injektortoleranzen sind gegenüber herkömmlichen Injektoren verringert. Außerdem ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Herstellung von Injektoren mit kleineren Abmessungen als herkömmliche Injektoren. Die Ablaufdrossel ist von der Zulaufdrossel getrennt.

Das Steuerventil 16, 17, 18, 19 kann als einfach- oder doppeltschaltendes Ventil ausgeführt sein. Als Steller können ein Magnet oder ein Piezo eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper (1), der mit Hilfe einer Spannmutter (5) an einem Haltekörper (6) befestigt ist, der einen Kraftstoffzulauf (9) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektors und mit einem Druckraum innerhalb des Injektors in Verbindung steht, aus den mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils (16, 18) eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung des Injektors axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (11), die in einem Düsenfederraum (10) aufgenommen ist, hin- und herbewegbare Düsennadel (7) von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum größer als der Druck in einem Steuerraum (15) ist, der über eine Zulaufdrossel (20) mit dem Kraftstoffzulauf (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (15) in den Düsenkörper (1) integriert ist, dass an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (7) ein Steuerzapfen (14) ausgebildet ist, der in dem Steuerraum (15) geführt ist, und dass der Düsenfederraum (10) außerhalb des Steuerraums (15) angeordnet ist.

2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzulauf (9) in den Düsenfederraum (10) mündet, und dass an der Düsennadel (7) zwischen dem Düsenfederraum (10) und dem Druckraum mindestens eine Abflachung (8) ausgebildet ist.

3. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1) zweiteilig (2, 3) ausgebildet ist, und dass der Steuerraum (15) in dem brennraumfernen Teil (3) des Düsenkörpers (1) ausgebildet ist.

4. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem brennraumfernen Teil (3) des Düsenkörpers (1) ein Ventilstück (16) angeordnet ist, das eine zentrale Anlaufbohrung mit einer Ablaufdrossel (21) und einen Ventilsitz (24) aufweist.

5. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (20) in einer Bohrung in dem Düsenkörper (1) vorgesehen ist, die den Steuerraum (15) mit dem Düsenfederraum (10) verbindet.

6. Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel in die Düsennadel integriert ist.

7. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (7) eine Stufe (13) ausgebildet ist, die einen Anschlag für eine Zwischenscheibe (12) bildet, die ein Widerlager für die Düsenfeder (11) darstellt.