DE19963367A1 - Common-Rail-Injektor - Google Patents
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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 (24) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung steht und der mit einem Hochdruckkanal (25) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung gebracht werden kann, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn ein in einer Längsbohrung (4) des Injektors (1) axial hin- und herbewegbares Steuerventilglied (8) mit einer ersten Ventildichtfläche (9) in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (29) von einem ersten ventilsitz (10) abhebt. DOLLAR A Um einen schnell ansprechenden Common-Rail-Injektor bereitzustellen, der zumindest teilweise kraftausgeglichen arbeitet, wird der Steuerraum (29) von einer in dem brennraumfernen Ende (11) des Steuerventilglieds (8) vorgesehenen im wesentlichen zylinderförmigen Ausnehmung (12) gebildet wird, deren Druchmesser (d¶2¶) größer als der Druchmesser (d¶1¶) des ersten Ventilsitzes (10) ist und die einen relativ zu dem Injektorgehäuse (1) feststehenden Führungszapfen (13) zumindest teilweise umgibt.
Description
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 in Verbindung steht und der mit einem
Hochdruckkanal innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung
gebracht werden kann, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt wird, wenn ein in einer Längsbohrung des
Injektors axial hin- und herbewegbares Steuerventilglied
mit einer ersten Ventildichtfläche in Abhängigkeit von dem
Druck in einem Steuerraum von einem ersten Ventilsitz
abhebt.
In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine
Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen
Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von
dem Rail führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen
Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die
Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik
angesteuert. Der Raildruck steht in dem Kraftstoffzulauf an
dem Steuerventilglied an. Wenn das Steuerventilglied
öffnet, gelangt mit hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff von
dem Kraftstoffzulauf in den Hochdruckkanal.
Ein herkömmlicher Injektor ist in der DE 197 01 879
beschrieben. Bei dem bekannten Injektor ist das
Steuerventilglied als Stufenkolben ausgebildet, dessen
Querschnitt sich zum Brennraum hin über zwei konisch
ausgebildete Ringflächen verjüngt. Die
Durchmesserunterschiede sind montage- und
fertigungsbedingt. Insbesondere wird durch die
Durchmesserunterschiede ein Ausschleifen der ersten
Ventilsitzfläche an dem Steuerventilglied ermöglicht. Die
Durchmesserunterschiede verursachen eine Druckstufe, die
nicht, auch nicht teilweise kraftausgeglichen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnell ansprechenden
Common-Rail-Injektor der eingangs geschilderten Art
bereitzustellen, der einfach aufgebaut und kostengünstig
herstellbar ist. Insbesondere soll das Steuerventilglied
zumindest teilweise kraftausgeglichen arbeiten.
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 in Verbindung steht und der mit einem
Hochdruckkanal innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung
gebracht werden kann, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt wird, wenn ein in einer Längsbohrung des
Injektors axial hin- und herbewegbares Steuerventilglied
mit einer ersten Ventildichtfläche in Abhängigkeit von dem
Druck in einem Steuerraum von einem ersten Ventilsitz
abhebt, dadurch gelöst, dass der Steuerraum von einer in
dem brennraumfernen Ende des Steuerventilglieds
vorgesehenen im Wesentlichen zylinderförmigen Ausnehmung
gebildet wird, deren Durchmesser größer als der Durchmesser
des ersten Ventilsitzes ist und die einen relativ zu dem
Ventilgehäuse feststehenden Führungszapfen zumindest
teilweise umgibt.
Der Innendurchmesser der eine Innenführung bildenden
Ausnehmung kann unabhängig von dem Ventilsitzdurchmesser im
Wesentlichen frei gewählt werden, da der Außendurchmesser
des Steuerventilglieds im Bereich der Ausnehmung nahezu
beliebig groß sein kann und nur durch die Abmessungen des
Injektorgehäuses begrenzt wird. Durch den größeren
Innendurchmesser wird überkompensiert, um zu dichten. Der
Kraftausgleich ist frei wählbar. Die erste Ventilsitzfläche
kann unabhängig vom Führungsdurchmesser geschliffen werden.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Führungszapfen ein erster
Entlastungskanal ausgebildet ist, der den Steuerraum mit
einem Entlastungsraum verbindet, wenn ein Absperrorgan
öffnet. Bei dem Absperrorgan kann es sich z. B. um eine
Ventilkugel handeln, die an den Anker eines Magnetventils
angelenkt ist.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass in dem zu dem Steuerraum
gewandten Ende des Steuerventilglieds eine Zulaufbohrung
mit einer Zulaufdrossel vorgesehen ist, die in die
Ausnehmung mündet und deren Querschnitt kleiner als der
Querschnitt des ersten Entlastungskanals ist. Dadurch wird
eine ausreichende Befüllung des Steuerraums im Betrieb des
erfindungsgemäßen Injektors aus dem Kraftstoffzulauf
sichergestellt.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Führungszapfens
eine vorgespannte Steuerventilfeder zwischen dem
Steuerventilglied und dem Ventilgehäuse angeordnet ist. Die
Steuerventilfeder ermöglicht ein schnelles Unterbrechen der
Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf und dem
Hochdruckkanal. Darüberhinaus führt die Vorspannkraft der
Steuerventilfeder beim Abstellen der Brennkraftmaschine zu
einer zusätzlichen Dichtwirkung.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied eine
zweite Ventildichtfläche aufweist, die mit einem zweiten
Ventilsitz zusammenwirkt, um eine Verbindung zwischen dem
Hochdruckkanal und einem zweiten Entlastungskanal auf- und
zu zusteuern, der mit dem Entlastungsraum in Verbindung
steht. Dadurch wird ein schneller Druckaufbau in dem
Hochdruckkanal nach der Einspritzung gewährleistet. Das
brennraumferne Ende des Steuerventilgliedes kann auch als
Schieberventil ausgebildet sein, wie es in der
DE 197 01 879 beschrieben 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.
Die beiliegende Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Injektors im Längsschnitt.
Der in der beiliegenden Figur im Längsschnitt dargestellte
Common-Rail-Injektor umfasst ein Injektorgehäuse 1, das
mehrteilig ausgebildet ist. Das Injektorgehäuse 1 weist ein
brennraumnahes Ende 2, aus dem die Einspritzung in den
Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine erfolgt,
und ein brennraumfernes Ende 3 auf. In dem brennraumfernen
Ende 3 des Injektorgehäuses 1 ist eine Bohrung 4
ausgebildet, die sich bis zu dem brennraumnahen Ende 2 des
Injektorgehäuses 1 erstreckt. In dem brennraumnahen Ende 2
des Injektorgehäuses 1 ist eine Düsennadel 5 gegen die
Vorspannkraft einer Düsennadelfeder 6 axial verschiebbar
aufgenommen. Die Düsennadel 5 befindet sich mit ihrer
Spitze in Anlage an einem Düsennadelsitz 7. Wenn die
Düsennadel 5 von dem Düsennadelsitz 7 abhebt, wird mit
Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch (nicht
dargestellte) Einspritzöffnungen in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt.
In dem brennraumfernen Ende 3 des Injektorgehäuses 1 ist
ein von der Düsennadel 5 unabhängiges Steuerventilglied 8
hin- und herbewegbar aufgenommen. Das Steuerventilglied 8
hat die Form eines Kreiszylinders, der sich an seinem
brennraumfernen Ende 11 konusartig erweitert, um eine erste
Ventildichtfläche 9 zu bilden. Die erste Ventildichtfläche
9 des Steuerventilglieds 8 wirkt mit einem ersten
Ventilsitz 10 zusammen, der in dem Injektorgehäuse
ausgebildet ist. Der erste Ventilsitz 10 hat einen
Sitzdurchmesser d1.
Im Anschluss an die erste Ventildichtfläche 9 ist an dem
brennraumfernen Ende 11 des Steuerventilglieds 8 ein
kreiszylinderförmiger Abschnitt mit einem erweiterten
Außendurchmesser ausgebildet. In dem brennraumfernen Ende
11 des Steuerventilglieds 8 ist eine Ausnehmung 12 in Form
einer Bohrung mit einem Durchmesser d2 vorgesehen. In der
Ausnehmung 12 ist ein Führungszapfen 13 aufgenommen, der
von einem Teil des Injektorgehäuses 1 ausgeht. Das
Steuerventilglied 8 ist durch den Führungszapfen 13 axial
verschiebbar geführt. In dem Führungszapfen 13 ist zentral
ein Entlastungskanal 14 mit einer Ablaufdrossel 15
angeordnet. Der Entlastungskanal 14 verbindet die
Ausnehmung 12 in dem brennraumfernen Ende 11 des
Steuerventilglieds 8 mit einem (nicht dargestellten)
Entlastungsraum. Der Entlastungskanal 14 kann durch eine
Ventilkugel 16 verschlossen werden, die zu einem (nicht
dargestellten) Magnetventil gehört.
An dem brennraumnahen Ende 21 des Steuerventilglieds 8 ist
eine zweite Ventildichtfläche 19 ausgebildet, die mit einem
zweiten Ventilsitz 20 zusammenwirkt, der in dem
Injektorgehäuse 1 ausgebildet ist. Im Anschluss an die
zweite Ventildichtfläche 19 ist an dem Steuerventilglied 8
ein im Wesentlichen zylinderförmiger Endabschnitt
ausgebildet, an dem eine Abflachung 22 ein Vorbeiströmen
von Kraftstoff gewährleistet. Das brennraumferne Ende 21
des Steuerventilglieds 8 kann genauso ausgebildet sein wie
bei dem aus der DE 197 01 879 bekannten Injektor.
Der erste Ventilsitz 10 ist in dem Injektorgehäuse 1
zwischen der Mündung eines Kraftstoffzulaufs 24 und einem
Hochdruckkanal 25 angeordnet. Wenn sich die erste
Ventildichtfläche 9 des Steuerventilglieds 8 an dem ersten
Ventilsitz 10 in Anlage befindet, ist somit die Verbindung
zwischen dem Kraftstoffzulauf 24 und dem Hochdruckkanal 25
unterbrochen.
Der zweite Ventilsitz 20 ist in dem Injektorgehäuse 1
zwischen dem Hochdruckkanal 25 und einem zweiten
Entlastungskanal 26 angeordnet. Wenn sich die zweite
Ventildichtfläche 19 des Steuerventilglieds 8 in Anlage an
dem zweiten Ventilsitz 20 befindet, ist somit die
Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal 25 und dem zweiten
Entlastungskanal 26 unterbrochen.
Der Kraftstoffzulauf 24 steht über eine in dem
brennraumfernen Ende 11 des Steuerventilglieds 8
vorgesehene Zulaufbohrung 27, in der ein Zulaufdrossel 28
ausgebildet ist, mit einem Steuerraum 29 im Inneren der
Ausnehmung 12 in Verbindung. Außerhalb des Steuerraums 29
ist innerhalb der Bohrung 4 in dem Injektorgehäuse 1 ein
Steuerventilfederraum 30 ausgebildet. In dem
Steuerventilfederraum 30 ist zwischen dem brennraumfernen
Ende 11 des Steuerventilglieds 8 und dem Injektorgehäuse 1
eine Steuerventilfeder 31 unter Vorspannung eingebaut.
Bei der in der Figur dargestellten Stellung des
Steuerventils ist die Ventilkugel 16 von ihrem zugehörigen
Sitz abgehoben, so dass der Steuerraum 29 über den
Entlastungskanal 14 mit dem Entlastungsraum verbunden ist.
In dieser Schaltstellung sorgt der aus dem Kraftstoffzulauf
24 gelieferte, unter Hochdruck befindliche Kraftstoff
dafür, dass die erste Ventildichtfläche 9 des
Steuerventilglieds 8 von dem ersten Ventilsitz 10 gegen die
Vorspannkraft der Steuerventilfeder 31 abhebt. Die zweite
Ventildichtfläche 19 des Steuerventilglieds 8 befindet sich
dann in Anlage an dem zweiten Ventilsitz 20. In der
dargestellten Schaltstellung des Steuerventils ist der
Kraftstoffzulauf 24 mit dem Hochdruckkanal 25 verbunden.
Somit gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch
den Hochdruckkanal 25 zur Düsennadel 5.
Der Abstand zwischen der ersten Ventildichtfläche 9 und dem
ersten Ventilsitz 10 ist zur Verdeutlichung der Funktion
des Steuerventils in der beiliegenden Figur vergrößert
dargestellt. Wenn die Ventilkugel 16 das brennraumferne
Ende des Entlastungskanals 14 verschließt, sorgt der durch
den Kraftstoffzulauf 24 und durch die Zulaufbohrung 27 in
den Steuerraum 29 strömende mit Hochdruck beaufschlagte
Kraftstoff dafür, dass die erste Ventildichtfläche 9 an dem
ersten Ventilsitz 10 in Anlage kommt und die zweite
Ventildichtfläche 19 von dem zweiten Ventilsitz 20 abhebt.
In dieser (nicht dargestellten) Schaltstellung des
Steuerventils ist die Verbindung zwischen dem
Kraftstoffzulauf 24 und dem Hochdruckkanal 25 unterbrochen.
Der an der Düsennadel 5 und in dem Hochdruckkanal 25
herrschende Druck wird durch den zweiten Entlastungskanal
26 abgebaut.
Claims (5)
1. Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff
in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse (1) mit einem
Kraftstoffzulauf (24) aufweist, der mit einem zentralen
Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses
(1) in Verbindung steht und der mit einem Hochdruckkanal
(25) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung
gebracht werden kann, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt wird, wenn ein in einer Längsbohrung (4) des
Injektors (1) axial hin- und herbewegbares
Steuerventilglied (8) mit einer ersten Ventildichtfläche
(9) in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum (29)
von einem ersten Ventilsitz (10) abhebt, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerraum (29) von einer in dem
brennraumfernen Ende (11) des Steuerventilglieds (8)
vorgesehenen, im Wesentlichen zylinderförmigen Ausnehmung
(12) gebildet wird, deren Durchmesser (d2) größer als der
Durchmesser (d1) des ersten Ventilsitzes (10) ist und die
einen relativ zu dem Injektorgehäuse (1) feststehenden
Führungszapfen (13) zumindest teilweise umgibt.
2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Führungszapfen (13) ein erster
Entlastungskanal (14) ausgebildet ist, der den Steuerraum
(29) mit einem Entlastungsraum verbindet, wenn ein
Absperrorgan (16) öffnet.
3. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem zu dem Steuerraum (29)
gewandten Ende (11) des Steuerventilglieds (8) eine
Zulaufbohrung (27) mit einer Zulaufdrossel (28) vorgesehen
ist, die in die Ausnehmung (12) mündet und deren
Querschnitt kleiner als der Querschnitt des ersten
Entlastungskanals 14 ist.
4. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des
Führungszapfens (13) eine vorgespannte Steuerventilfeder
(31) zwischen dem Steuerventilglied (8) und dem
Ventilgehäuse (1) angeordnet ist.
5. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerventilglied (8) eine zweite Ventildichtfläche (19)
aufweist, die mit einem zweiten Ventilsitz (20)
zusammenwirkt, um eine Verbindung zwischen dem
Hochdruckkanal (25) und einem zweiten Entlastungskanal (26)
auf-und-zu zu steuern, der mit dem Entlastungsraum in
Verbindung steht.
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