EP1301704A1

EP1301704A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1301704A1
Application number: EP01964979A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2003-04-16
Also published as: US6575140B2; DE10032924A1; WO2002002931A1; US20020170536A1; JP2004502089A

Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (2), aus der über eine Steuerventileinheit (7) Kraftstoff zu einer Einspritzöffnung (8) geführt wird, vorgeschlagen. Die Steuerventileinheit (7) weist einen Ventilkörper (11), ein in diesem axial verschiebbar angeordnetes (9) und eine das Ventilglied (9) betätigende Aktuator-Einheit (10) auf. In einen ersten Ventilraum (14) der Steuerventileinheit (7) mündet eine mit der Kraftstoffhochdruckquelle (2) in Verbindung stehende erste Hochdruckleitung (6). Weiter ist ein erster Ventilsitz (13) an einem Aussendurchmesser des Ventilkörpers (11) zwischen dem ersten Ventilraum (14) und einem mit der Einspritzöffnung (8) über eine zweite Hochdruckleitung (23) in Verbindung stehenden zweiten Ventilraum (15) vorgesehen. An einem Innendurchmesser des Ventilglieds (9) ist ein zweiter Ventilsitz (24) gebildet, in welchen eine Sperreinrichtung (25) eingreift.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvor- richtung für Brennkraftmaschinen aus, bei der in einer Kraftstofführung von einer Kraftstoffhochdruckquelle zu einer Einspritzöffnung eine Steuerventileinheit zur dosierten Kraftstoffeinspritzung zwischengeschaltet wird. Derartige aus der Praxis bekannte Kraftstoffeinspritz- Vorrichtungen, welche insbesondere bei Common-Rail- Systemen Anwendung finden, steuern die Zuleitung von Kraftstoff an die Einspritzöffnung, welche meist als Düsenhalter-Anordnung ausgeführt ist, im allgemeinen über ein Schieberventil bzw. Sitz-Schieber-Ventil an, welches kraftausgeglichen oder teilkraftausgeglichen ausgeführt sein kann.

Diese Schieberventile bzw. Sitz-Schieber-Ventile weisen Steuerkanten zur Freigabe und Überdeckung von Zu- und Abführungen auf, wobei sich durch die üblicherweise klein ausgebildeten Überdeckungen große Leckagekraftstoffströme im Inneren der Schieberventile ergeben, was sich nachteilig auf die Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine auswirkt .

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nem Sperrkörper und einem zwischen dem Sperrkörper und dem Ventilglied angeordneten Schließelement eine Selbstzentrierung aufweist, weshalb nur geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen gestellt werden müssen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be- schriebenen Ausführungsbeispiel .

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich- nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstofführung aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher, wobei insbesondere der Aufbau einer Steuerventileinheit der Kraf stoffein- spritzvorrichtung gezeigt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, welche als ein Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Das Common- Rail-System umfaßt dabei eine Kraftstoffhochdruckquelle 2, welche mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 ausgebildet ist . Der Kraftstoffhochdruckspeicher 3 wird von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe 4 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 5 mit Kraftstoff versorgt, der auf Einspritzdruck verdichtet ist. Weiter führt von dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 eine erste Hochdruck- w to to p> H in o in o in o in

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ringnutartigen Ausformung 16 des Ventilgliedes 9 gebildet wird.

An den ersten Ventilraum 14, in welchem über die Hochdruckleitung 6 im Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 permanent Hochdruck vorliegt, schließt sich piezoseitig eine erste Führung 17 des Ventilgliedes 9 in dem Ventilkörper 11 an, welche den gleichen Durchmesser wie der Außenventilsitz 13 aufweist.

Zwischen dem piezoseitigen Ende des Ventilgliedes 9 und einer als hydraulische Übersetzung dienenden Hydraulikkammer 18 ist ein erster Ubersetzungskolben 19 angeordnet, der eine Längenänderung des piezoelektrischen Ak- tuators 10, welche aufgrund einer an dem piezoelektrischen Aktuator 10 anliegenden Spannung verursacht wird, auf das Ventilglied 9 überträgt.

Zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 10 und der Hy- draulikkammer 18 ist ein zweiter Ubersetzungskolben 20 vorgesehen, welcher mit seinem dem piezoelektrischen Aktuator 10 abgewandten Ende in die Hydraulikkammer 10 eintaucht. Die Hydraulikkammer 18 dient zum einen als Übertragungselement von Längenänderungen des piezoelek- trischen Aktuators 10 und zum anderen als Ausgleichselement für temperaturbedingte Ausdehnungsschwankungen der sie umgebenen Bauteile.

Im Anlagebereich zwischen dem ersten Ubersetzungskolben 19 und dem Ventilglied 9 ist um das Ventilglied 9 bzw. den ersten Ubersetzungskolben 19 in dem Ventilkörper 11 ein Ringraum 21 vorgesehen, aus dem eine erste Leckageleitung 22 abführt.

Die erste Leckageleituhg 22 ist dazu vorgesehen, unter Hochdruck über die Hochdruckleitung 5 in den ersten ω to to p> p> in o in o in o in

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zur Führung von Kraftstoff aus dem Bereich der Sperreinrichtung 25 in den Leckδlraum 34 in der Platte 26 sich mit dem Ablaufkanal 33 deckende Durchlaßbohrungen 36 vorgesehen sind.

Wie in der Figur dargestellt, ist im Bereich zwischen einer zweiten Führung 37 und dem Ablaufkanal 33 eine weitere Leckageleitung 38 zur Entlastung der Steuerventileinheit 7 bzw. zum Abführen von überschüssigem Kraftstoff aus diesem Bereich der Steuerventileinheit 7 vorgesehen, welcher die Entlastungsseite der Steuerventileinheit 7 für das Leckageöl darstellt.

Die zweite Führung 37 ist in der vorliegenden Ausfüh- rung mit einem Spiel eingebaut;, das um einen Faktor 2 bis 3 größer ist als das Spiel der ersten Führung, um das System nicht zu verspannen. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungen auch ein anderes Spiel, welches beispielsweise um einen Faktor 2 bis 5 größer ist als das Spiel der ersten Führung 17, vorgesehen sein, wobei die erste Führung 17 ein Spiel von vorzugsweise 1 Mikrometer bis 4 Mikrometer und die zweite Führung 37 ein Spiel von 4 Mikrometer bis 10 Mikrometer aufweisen kann.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der Figur der Zeichnung arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.

In geschlossenem Zustand der Einspritzöffnung 8, das bedeutet bei unbestromtem piezoelektrischen Aktuator 10, liegt das Ventilglied 9 mit dem Ventilkopf 12 an dem Außenventilsitz 13 an und wird von der Feder 32 mit einer Federvorspannung belastet . In dieser Stellung des Ventilgliedes 9 fließt über den Innenventilsitz 24 kein Leckageδl, wodurch die Leckageölmenge sehr gering gehalten wird.

Oberhalb des Außenventilsitzes 13 liegt in dem ersten Ventilraum 14 Hochdruck aus der Kraftstoffhochdruckquelle 2 an. Zum Öffnen der Einspritzöffnung 8 wird der piezoelektrische Aktuator 10 mit Spannung beaufschlagt, was eine plötzliche axiale Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 10 bewirkt. Durch die schnelle Betäti- g ng des piezoelektrischen Aktuators 10 wird in der Hydraulikkammer 18 ein Stelldruck bzw. Öffnungsdruck erzeugt, welcher über den ersten Ubersetzungskolben 19, die Hydraulikkammer 18 und den zweiten Ubersetzungskolben 20 auf das Ventilglied 9 übertragen wird. Damit ist die Übersetzung der Übertragung der Längenänderung des piezoelektrischen Aktuators 10 von dem Ventilglied 9 komplett entkoppelt.

Da die Steuerventileinheit 7 nur geringfügig teilkraft- ausgeglichen, d.h. fast kraftausgeglichen gestaltet ist, kann diese direkt betätigt werden. Zur Betätigung des Ventilgliedes 9 muß über den piezoelektrischen Aktuator nur die Federkraft der Feder 32 und eine aus dem Hochdruck des Kraftstoffes an dem Ventilglied 9 angrei- fende resultierende Kraft überwunden werden.

Wenn der mittels dem piezoelektrischen Aktuator 10 aufgebaute Ö fnungsdruck über die Hydraulikkammer 18, den ersten und zweiten Ubersetzungskolben 19, 20 oder eine alternative mechanische Übertragungeinrichtung auf das Ventilglied 9 durchgeschaltet ist und dieses von dem Außenventilsitz 13 abgehoben ist, strömt der unter Hochdruck zu der Steuerventileinheit 7 geförderte Kraftstoff aus der Hochdruckleitung 5 über den ersten Ventilraum 14 und den geöffneten Außenventilsitz 13 in den zweiten Ventilraum 15. Von dort gelangt der Kraft- ω w to to P> H in o in o in o in

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In einer von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichenden Ausführungsform der Steuerventileinheit kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, daß das Ventilglied mit seinem piezoseitigen Ende ohne Zwischenschaltung eines ersten Übersetzungskolbens direkt mit der Hydraulikkammer verbunden ist bzw. in diese eintaucht und damit direkt über die Hydraulikkammer mit dem Stelldruck beaufschlagt wird.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (2) , aus der über eine Steuerventileinheit (7) Kraftstoff zu einer Einspritzöffnung (8) geführt wird, wobei die Steuerventileinheit (7) einen Ventilkörper (11) , ein in diesem axial verschiebbar angeordnetes Ventilglied (9) und eine das Ventilglied (9) betätigende Aktuator-Einheit (10) aufweist, wobei in einen ersten Ventilraum (11) der Steuerventileinheit (7) eine mit der Kraftstoffhochdruckquelle (2) in Verbindung stehende erste Hochdruckleitung (6) mündet, und ein erster Ventilsitz (13) an einem Außendurchmesser des Ventilkörpers (11) zwischen dem ersten Ventilraum (15) und einem mit der Ein- spritzöffnung (8) über eine zweite Hochdruckleitung (23) in Verbindung stehenden zweiten Ventilraum (15) vorgesehen ist, und wobei ein zweiter Ventilsitz (24) an einem Innendurchmesser des Ventilglieds (9) gebildet ist, in welchen eine Sperreinrichtung (25) eingreift.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkδrper (11) wenigstens im Bereich des Ventilgliedes (9) einteilig ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (25) auf der der Aktuator-Einheit (10) abgewandten Seite des Ventilgliedes (9) angeordnet ist und vorzugsweise mit einem wenigstens annähernd kugelförmigen Schließelement ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (25) einen aus einer Platte (26) und einem Stift (27) gebildeten Sperrkörper (28) aufweist, wobei das Schließelement (29) zwischen dem Stift (27) und dem Ventilglied (9) angeordnet ist und auf seiner dem Stift (27) zugewandten Seite ab- geflacht ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (29) mit einem wenigstens annähernd konusfδrmig ausgebildeten Endbe- reich einer Bohrung (30) des Ventilgliedes (9) zusammenwirkt, welche über wenigstens einen in dem Ventilglied (9) vorgesehenen Kanal (31) mit dem zweiten Ventilraum (15) verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Platte (26) des Sperrkörpers (28) und dem Ventilglied (9) eine Feder (32) angeordnet ist, wobei die Platte (26) mit ihrer der piezoelektrischen Einheit (10) abgewandten Seite an dem Ventilkörper (11) anliegt und der Stift

(26) des Sperrkörpers (28) sich von der Platte (26) in Richtung des Ventilgliedes (9) erstreckt, wobei ein Au- ßendurchmesser der Platte (26) im Bereich der Sperreinrichtung (25) kleiner als der Innendurchmesser des Ventilkörpers (11) ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (11) im Bereich der Anlagefläche der Platte (26) wenigstens einen Ablaufkanal (33) aufweist, welcher von der Platte (26) bedeckt ist, und in der Platte (26) wenigstens eine mit dem Ab- laufkanal (33) sich deckende Durchlaßbohrung (36) vorgesehen ist.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventil- räum (14) von einer zwischen dem Ventilkörper (11) und dem Ventilglied (9) ausgebildeten ersten Führung (17) des Ventilgliedes (9) in dem Ventilkδrper (11) und dem ersten Ventilsitz (13) begrenzt ist, wobei die erste Führung (17) zwischen der Aktuator-Einheit (10) und dem ersten Ventilraum (14) vorgesehen ist.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Aktuator-Einheit (10) zugewandten Seite der ersten Führung (17) ein Ringraum (21) vorgesehen ist, aus welchem eine erste Leckageleitung (22) abzweigt.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventil- r um (15) von dem zweiten Ventilsitz (13) , dem Ventilglied (9) und dem Ventilkörper (11) begrenzt ist, wobei sich der zweite Ventilraum (15) an den ersten Ventilraum (14) auf der der piezoelektrischen Einheit (10) abgewandten Seite des Außenventilsitzes (13) anschließt.

11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der zweiten Führung (37) des Ventilgliedes (9) und dem Ablaufkanal (33) eine weitere Leckageleitung (38) vorgesehen ist.

12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuator- Einheit als eine piezoelektrische Einheit (10) ausgebildet ist, die das Ventilglied (9) vorzugsweise über eine Hydraulikkammer (18) betätigt, wobei der Hydraulikkammer

(18) ein erster Ubersetzungskolben (19) vorgeschaltet ist und das Ventilglied (9) mit seinem der piezoelektrischen Einheit (10) zugewandten Ende mit der Hydraulikkammer (18) über einen zweiten Ubersetzungskolben (20) in Wirkverbindung steht .

13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff- hochdruckquelle (2) als ein Common-Rail-System ausgebildet ist und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) ein druckgesteuertes Common-Rail-System darstellt.