DE19946766A1 - Injektor für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents
Injektor für eine Brennkraftmaschine mit DirekteinspritzungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Injektor (10), der einen Injektorkörper (20) umfaßt, welcher einen Injektorkörperabschnitt (30) und einen Düsenkörperabschnitt (40) aufweist, mit einer sich axial erstreckenden Bohrung (50), eine in diese Bohrung (50) mündende Kraftstoffzuführbohrung (60), einen in der axialen Bohrung (50) verlagerbaren Steuerkolben (70), einen Steuerraum (100) oberhalb des Steuerkolbens (70), ein den Steuerraum (100) entlastendes ansteuerbares Ventil (90), eine sich durch die axiale Bohrung (50) erstreckende, mit dem Steuerkolben (70) in Verbindung stehende Düsennadel (80) zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse, und eine die Düsennadel (80) in einen Nadelsitz (170) im Bereich der Einspritzdüse vorspannende Düsenfeder (160). Bei dem (10) mündet die Kraftstoffzuführbohrung (60) in einem Bereich unterhalb des Steuerkolbens (70) in die axiale Bohrung (50) und die Zufuhr von Kraftstoff in den Steuerraum (100) aus dem Bereich der axialen Bohrung (50) unterhalb des Steuerkolbens (70) erfolgt durch eine Bohrung (110) im Steuerkolben (70).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei den bekannten Injektoren erfolgt die Zuführung des Kraft
stoffs in den Steuerraum und in den im Bereich der Düsennadel
angeordneten Druckraum parallel. Die Kraftstoffzuführbohrung
verzweigt sich in eine Kraftstoffzuführbohrung, die in den
Steuerraum mündet und eine Kraftstoffzuführbohrung, die in
den Druckraum an der Düsennadel mündet. Die Verzweigung von
der Kraftstoffzuführbohrung in den Steuerraum und den Düsen
raum verläuft im Bereich einer Drosselplatte. Hierbei treten
häufig Probleme an der Verzweigungsstelle der Kraftstoffzu
führbohrung zum Steuerraum und zum Druckraum im Trennbereich
von Drosselplatte und Injektorkörper auf, wo nämlich aufgrund
der dort herrschenden hohen Drücke und des sehr heißen
Kraftstoffs besondere Abdichtungen (Metalldichtungen) erfor
derlich sind. Die dennoch auftretende Leckage wird bei derar
tigen Injektoren zum Tank zurückgeführt. Da die Leckage eine
hohe Temperatur hat, ist eine zusätzliche Kühlung des Tanks
notwendig. Überdies ist die Verlustleistung der Pumpe sehr
hoch, da durch die austretende Leckage ein Druckerverlust im
Trennbereich stattfindet.
Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen In
jektor bereitzustellen, bei welchem eine Leckage vermieden
werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa
tentanspruchs 1 gelöst.
Durch das Zuführen des Kraftstoffs in die axiale Bohrung im
Injektorkörper unterhalb des Steuerkolbens und das Weiterlei
ten desselben aus diesem Bereich in den Einspritzraum im Be
reich der Einspritzöffnung und über die Bohrung im Steuerkol
ben in den Steuerraum, entfällt die oben angesprochene Ver
zweigungsstelle und folglich die Gefahr des Austretens von
Leckage in einer Trennebene. Der Kraftstoff gelangt direkt in
die axiale Bohrung im Injektorkörper und weiter entlang der
Düsennadel zur Einspritzöffnung. Auf diese Weise erhöht sich
der Wirkungsgrad des Injektors.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in
den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Injektor im Schnitt zeigt;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Injektors im Schnitt zeigt;
Fig. 3A, 3B vergrößerte Darstellungen zweier Positionen
des Steuerkolbens im Schnitt zeigen;
Fig. 4A, 4B zwei Ausführungsformen des Führungskörpers
zeigen und
Fig. 5 eine dritte schematische Darstellung eines erfin
dungsgemäßen Injektors zeigt.
In Fig. 1 ist ein Injektor 10 dargestellt. Der Injektor 10
umfaßt einen Injektorkörper 20, der in einen Injektorkör
perabschnitt 30 und einen Düsenkörperabschnitt 40 unterteilt
ist. Durch beide Abschnitte 30, 40 verläuft eine axiale Boh
rung 50. Im Injektorkörper 20 ist eine Kraftstoffzuführboh
rung 60 ausgebildet, die mit einem Rail (nicht dargestellt)
in Verbindung steht. Die Kraftstoffzuführbohrung 60 mündet
unterhalb eines Steuerkolbens 70 in die durch den Injektor
körper 20 verlaufende axiale Bohrung 50. Der Steuerkolben 70
ist fest mit einer Düsennadel 80 verbunden, die sich durch
die axiale Bohrung 50 im Injektorkörper 20 erstreckt. Der
Kraftstoff gelangt demnach durch die Kraftstoffzuführbohrung
60 in die axiale Bohrung 50 im Injektorkörper 20. Folglich
ist die gesamte axiale Bohrung 50 unterhalb des Steuerkolbens
70 im Injektorkörper 20 mit Kraftstoff gefüllt, der innerhalb
der axialen Bohrung 50 bis in den Bereich eine Einspritzöff
nung 290 gelangt.
Der Steuerkolben 70, der Injektorkörper 20 und ein nicht nä
her dargestelltes elektrisch ansteuerbares Ventil 90 begren
zen einen Steuerraum 100. Im Steuerkolben 70 ist eine Bohrung
110 ausgebildet, von der aus eine Zulaufdrossel 120 und eine
Zulaufdrossel 130 in den Steuerraum 100 münden. Die Zulauf
drossel 120 verläuft in dem Steuerkolben 70 schräg und die
Zulaufdrossel 130 erstreckt sich von der Bohrung 110 axial
durch den Steuerkolben 70. Auf der dem Steuerraum 100 zuge
wandten Stirnseite des zylindrischen Steuerkolbens 70 ist ein
Fortsatz 140 ausgebildet. Der Fortsatz 140, in dessen Zentrum
sich die Zulaufdrossel 120 befindet, ist der Anschlag für den
Steuerkolben 70 und damit für die Düsennadel 80. Die Zulauf
drossel 130 mündet im Bereich dieses Fortsatzes 140 in den
Steuerraum 100, wohingegen die Zulaufdrossel 120 in einem Be
reich der Stirnseite des Steuerkolbens 70 in den Steuerraum
100 mündet, der sich in der Anschlagposition des Steuerkolben
70 in einer Ablaufdrossel 150 im Ventil 90 fortsetzt. Es sei
an dieser Stelle angemerkt, daß es auch denkbar ist, ledig
lich eine oder mehr als zwei Ablaufdrosseln im Steuerkolben
70 vorzusehen.
Die Düsennadel 80 ist im Ruhezustand durch eine Feder 160 auf
einen Nadelsitz 170 im Düsenkörperabschnitt 40 vorgespannt.
Die Feder 160 stützt sich über eine Einstellscheibe 180 an
einer Schulter 190 im Injektorkörper 20 ab. Die Kraftübertra
gung auf die Düsennadel 80 erfolgt über einen an der Düsenna
del 80 ausgebildeten ringförmigen Absatz 200. Für den Betrieb
des Injektors 10 ist es wichtig, daß der Steuerkolben 70 und
der Nadelsitz 170 im Düsenkörperabschnitt 40 exakt konzen
trisch angeordnet sind. Diese erforderliche, genaue axiale
Lage von Nadelsitz 170 und Steuerkolben 70 ist bei dem in den
Ausführungsformen der Fig. 1, 2, 5, 6 gezeigten, geteilten
Injektorkörper 20 durch Zentrierkörper 210a, 210b sicherge
stellt.
Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist der Zentrierkörper 210a in
Form eines Zentrierringes in einer Ausnehmung 220 am Außenum
fang vom Injektorkörperabschnitt 30 und Düsenkörperabschnitt
40 im Kontaktbereich der beiden Körperabschnitte 30, 40 ange
ordnet. Es ist jedoch auch denkbar, den Zentrierkörper 210b
am Innenumfang, d. h. in der axialen Bohrung 50 des Inkjektor
körpers 20 anzuordnen, so daß dieser innenliegend ist (Fig.
2). In beiden Fällen sind die Zentrierkörper 210a, 210b unter
Spannung eingebracht.
Bei der Ausführungsform des Injektors 10 nach Fig. 1 ist im
dem Nadelsitz 170 nahen Bereich der axialen Bohrung 50 im In
jektorkörper 20 ein Führungskörper 230a für die Düsennadel 80
angeordnet, durch den sich die Düsennadel 80 erstreckt. Der
Zentrierkörper 230 ist aufgrund der langen und schlanken Dü
sennadel 80 notwendig, um eine genaue Nadelführung und einen
genauen Betrieb des Injektors 10 zu gewährleisten. Der Zen
trierkörper 230 ist über eine Feder 240 in den äußeren Be
reich der zylindrischen Injektorkörperbohrung 50 gedrängt.
Die Feder 240 stützt sich düsennadelseitig über den ringför
migen Absatz 200 an der Düsennadel 80 ab. Die Düsennadel 80
ist dabei in einer konzentrisch angeordneten Bohrung 250 im
Führungskörper 230a geführt.
Der Führungskörper 230a kann, wie in Fig. 4A zu erkennen,
aus einem ringförmigen Ausgangsmaterial hergestellt sein, das
derart symmetrisch verformt ist, daß es jeweils an vier Stel
len a, b, c, d, A, B, C, D an der Düsennadel 80 bzw. an der
axialen Bohrung 50 anliegt. Nach der Verformung und einem
Härteprozeß ist der Führungskörper 230a an seinem äußeren Um
fang A, B, C, D und an den inneren Flächen a, b, c, d konzen
trisch auf Maß geschliffen. Durch Vorsehen eines leichten
Preßsitzes zwischen dem Zentrierkörper 230a und dem Düsenkör
perabschnitt 40 kann die Notwendigkeit für die Feder 240 ent
fallen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie in Fig. 4B darge
stellt, kann der Zentrierkörper 230b aus einem kantigen Aus
gangsmaterial hergestellt sein. Nach dem Härten des Zentrier
körpers 230b ist lediglich ein Schleifen des äußeren X und
inneren Y Durchmessers notwendig.
Die Ausführungsform des Injektors 10 nach Fig. 2 unterschei
det sich gegenüber derjenigen nach Fig. 1 lediglich durch
die Umsetzung der Kraftübertragung von der Düsenfeder 160 auf
die Düsennadel 80. Diese erfolgt über einen Federring 260,
der in einer Nut 270 in der Düsennadel 80 angeordnet ist.
Über dem Federring 260 ist ein Federteller 280 geschoben, um
ein Herausspringen des Federringes 260 zu verhindern.
Der Führungskörper 230a, 230b und die Feder 240 sind bei der
Ausführungsform nach Fig. 2 der besseren Übersicht halber
nicht eingezeichnet, können aber bei dieser Ausführungsform
natürlich auch verwendet werden.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Injektors 10
in schematischer Darstellung gezeigt. Im Unterschied zu den
Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sind der Injektor
körperabschnitt 30 und der Düsenkörperabschnitt 40 einstückig
ausgebildet. Somit entfällt die Notwendigkeit für einen Zen
trierkörper zwischen den beiden Abschnitten 30 und 40. Es
soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, auch die Ausfüh
rungsform nach Fig. 5 entsprechend den Ausführungsformen
nach den Fig. 1 und 2 als in Injektorkörperabschnitt 30
und Düsenkörperabschnitt 40 getrennter Injektorkörper 20 aus
zuführen.
Die die Düsennadel 80 in den Nadelsitz 170 vorspannende Dü
senfeder 160 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 im
Steuerraum 100 angeordnet. Dieser hat jedoch, wie bei den
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben, eben
falls über die Bohrung 110 im Steuerkolben 70 Verbindung mit
dem Bereich unterhalb des Steuerkolbens 70, in welchen die
Kraftstoffzuführung erfolgt. Die Düsenfeder 160 weist einen
rechteckförmigen Querschnitt auf. Hierdurch ist das Schadvo
lumen des Steuerraums 100 vermindert. Zusätzlich ist ein
Füllstück im Steuerraum 100 angeordnet.
Der in den Fig. 1 bis 4 beschriebene Injektor 10 arbeitet
wie folgt:
In der Ausgangslage nach Fig. 3A befindet sich der Steuer
kolben 70 in einer unteren Stellung. Die Düsennadel 80 ist
nach unten in den Düsennadelsitz 170 verlagert und
verschließt die Einspritzöffnung 290. Die Ablaufdrossel 150
und eine sich diese anschließende Bohrung 300 sind durch das
elektrisch ansteuerbare Ventil 90 verschlossen. Über die bei
den Zulaufdrosseln 120, 130 hat der Steuerraum 100 Zugang zum
Raum unterhalb des Steuerkolbens 70, der aufgrund der Verbin
dung der Kraftstoffzuführbohrung 60 mit dem Rail unter Sy
stemdruck steht.
Zur Einleitung einer Einspritzung wird der Steuerraum 100
durch Ansteuern des Ventils 90 und gleichzeitigem Öffnen der
Ablaufdrossel 150 entlastet, d. h. Kraftstoff im Steuerraum
100 fließt über die Ablaufdrossel 150 im Ventil 90 ab. Der
Steuerkolben 70 verlagert sich infolge der nun herrschenden
Druckdifferenz - Druck im Steuerraum 100 ist geringer als der
Systemdruck unterhalb des Steuerkolbens 70 - nach oben. Sowie
der Steuerkolben 70 mit dem Fortsatz 140 den oberen Anschlag
erreicht, wird die Zulaufdrossel 130 verschlossen.
Zur Beendigung der Einspritzung wird das Ventil 90 erneut an
gesteuert, so daß die Ablaufdrossel 150 geschlossen wird. Zu
nächst strömt der Kraftstoff durch die Zulaufdrossel 120. So
bald sich der Steuerkolben 70 geringfügig nach unten verla
gert, kann der Kraftstoff auch durch die Zulaufdrossel 130 in
den Steuerraum 100 gelangen und der Steuerkolben verlagert
sich schneller nach unten und drängt die mit ihm verbundene
Düsennadel 80 in ihren Nadelsitz 170, was die Einspritzöff
nung 290 verschließt. Die Zulaufdrossel 120 hat einen
kleinstmöglichen Strömungsquerschnitt, die Zulaufdrossel 130
hat im Interesse eines schnellen Nadelschließens einen großen
Strömungsquerschnitt.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Injektors ist, daß die Düsennadel 80 und der Steuerkolben 70
ein gemeinsames fertigungsbegünstigtes Bauteil bilden. Der
Injektor 10 ist leckagelos und besteht nur aus wenigen Tei
len. Die Auslegung von Zu- und Ablaufdrosseln stellt bei Com
mon Rail Systemen einen Kompromiß dar. Durch die beschriebene
Drosselkombination können die Drosselquerschnitte optimal
ausgelegt werden. Als besonderer Vorteil kann die Steuer
leckage während der Einspritzung bis auf einen geringen Rest
wert vermieden werden, in der dargestellten Form als lecköl
löser Injektor sind alle Leckageverluste nahezu beseitigt.
Claims (10)
1. Injektor (10) für eine Brennkraftmaschine mit Direktein
spritzung, umfassend:
- - einen Injektorkörper (20), welcher einen Injektorkör perabschnitt (30) und einen Düsenkörperabschnitt (40) aufweist, mit einer sich axial erstreckenden Bohrung (50),
- - eine in die axiale Bohrung (50) mündende Kraftstoffzu führbohrung (60) im Injektorkörper (20),
- - einen in der axialen Bohrung (50) verlagerbaren Steuer kolben (70),
- - einen oberhalb des Steuerkolbens (70) angeordneten Steu erraum (100),
- - ein den Steuerraum (100) entlastendes ansteuerbares Ven til (90),
- - eine sich durch die axiale Bohrung (50) erstreckende, mit dem Steuerkolben (70) in Verbindung stehende Düsen nadel (80) zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöff nung (290), und
- - eine Düsenfeder (160), die die Düsennadel (80) in einen Nadelsitz (170) im Bereich der Einspritzöffnung vor spannt,
2. Injektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Injektorkörperabschnitt (30) und der Düsenkörperabschnitt
(40) als zwei Teile ausgebildet sind.
3. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß von der Bohrung (110) im Steuerkolben
(70) zwei Zulaufdrosseln in den Steuerraum (100) münden.
4. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (70) als Zylinder ausge
bildet ist und einen an der dem Steuerraum (100) zugewandten
Stirnseite koaxial angeordneten Fortsatz (140) aufweist.
5. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Zentrierkörper (210a, 210b) zum exak
ten konzentrischen Anordnen des Steuerkolbens (70) bezüglich
des Nadelsitzes (170) im Kontaktbereich des Injektorkörperab
schnitts (30) und des Düsenkörperabschnitts (40) vorgesehen
ist.
6. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von der Düsenfeder
(160) auf die Düsennadel (80) über an der Düsenfeder (160)
angeordnete Übertragungsmittel (200; 260, 270, 280) erfolgt.
7. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düsenfeder (160) im Steuerraum (100)
angeordnet ist.
8. Injektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in der axialen Bohrung (50) ein Führungs
körper (230a, 230b) für die Düsennadel (80) angeordnet ist.
9. Injektor (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Führungskörper (230a) durch Verformung eines rohrförmigen
Ausgangsmaterial hergestellt ist.
10. Injektor (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Führungskörper (230b) aus einem kantigen Ausgangsma
terial hergestellt ist.
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