DE19963367B4

DE19963367B4 - Common-Rail-Injektor

Info

Publication number: DE19963367B4
Application number: DE19963367A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2019-12-29
Also published as: CN1342245A; JP2003518583A; DE19963367A1; WO2001048369A1; US20020157645A1; EP1161627A1

Abstract

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, wobei 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 zusteuern, der mit einem Entlastungsraum in Verbindung steht, wobei eine Düsennadel (5) als separates Bauteil ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (29) von einer...

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 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 A1 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.
Aus der JP 11-280 588 A ist ein Injektor bekannt bei dem Steuerventilkolben und Düsennadel einstückig ausgebildet sind. Dadurch ergeben sich Restriktionen bei der Auslegung des Injektors und relativ lange Schaltzeiten.
Aus der DE 196 12 738 C2 ist ein Injektor bekannt, bei dem der Steuerventilkolben über ein Distanzstück mit der Düsennadel in einer Bewegungsrichtung gekoppelt ist. Beiden Injektoren ist gemeinsan, dass kein Axialkraftausgleich am Steuerventilkolben vorgesehen ist.
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 nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
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.
Dadurch, 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, wird ein schneller Druckaufbau in dem Hochdruckkanal nach der Einspritzung gewährleistet.
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.
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.
Zeichnung
Die beiliegende Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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 den 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

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, wobei 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 zusteuern, der mit einem Entlastungsraum in Verbindung steht, wobei eine Düsennadel (5) als separates Bauteil ausgeführt ist, 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.
Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungszapfen (13) ein erster Entlastungskanal (14) ausgebildet ist, der den Steuerraum (29) mit dem Entlastungsraum verbindet, wenn ein Absperrorgan (16) öffnet.
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.
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.