EP1959125A1 - Injektor - Google Patents

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Publication number
EP1959125A1
EP1959125A1 EP08100348A EP08100348A EP1959125A1 EP 1959125 A1 EP1959125 A1 EP 1959125A1 EP 08100348 A EP08100348 A EP 08100348A EP 08100348 A EP08100348 A EP 08100348A EP 1959125 A1 EP1959125 A1 EP 1959125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
piston
chamber
compression
weakening recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08100348A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Buehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1959125A1 publication Critical patent/EP1959125A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification

Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1.
  • Such, designed as a common rail injector injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is in the DE 102 18 904 A1 described.
  • the known injector comprises a pressure booster with a solid material pressure booster piston designed as a two-part stepped piston.
  • the pressure in a pressurized by the pressure booster piston compression chamber increases so that the radial clearance between the pressure booster piston and the inner peripheral surface of the guide space formed by the compression space increases significantly, so that there is a significant fuel leakage flow from the compression chamber into a during the compression stroke lying on low pressure differential pressure chamber below a peripheral shoulder of the pressure booster piston, which has a negative effect on the efficiency of the injector, since the leakage amount must be additionally funded by a fuel high-pressure accumulator supplying high-pressure pump and the power spent on this not to increase the injection pressure Available.
  • the invention is therefore based on the object to increase the efficiency of a pressure booster having injector.
  • the invention is based on the idea that one or more parts, in particular designed as a stepped piston pressure booster piston of the pressure booster (pressure booster) to be provided in the region of at least one guide portion with a SchissechungsausNOung, which is designed, in particular dimensioned that it by the pressure increase in the compression chamber at a compression stroke of the pressure booster piston comes to a diameter expansion of the pressure booster piston in its guide portion, whereby an increase in the radial clearance between the guide portion and a peripheral wall portion a guide space, which is preferably formed by the compression space, is counteracted.
  • a stepped piston pressure booster piston of the pressure booster pressure booster
  • the AusschwungsausNOung allows the entry of highly compressed fuel into the interior of the pressure intensification piston thus formed at least partially as a hollow piston and at the same time attenuates a pressure piston peripheral wall surrounding the vibration recess radially outwardly such that the pressure transmission piston due to a pressure force acting radially outwardly from the compressed fuel radial direction is widened.
  • the widening of the diameter of the pressure booster piston in its guide section ensures that the play expansion between the pressure booster piston and an inner circumferential wall of a guide space enclosing the guide section of the pressure booster piston is reduced due to pressurization and an associated diameter widening of the guide space.
  • the pressure booster piston is thus widened in the same radial direction due to the correspondingly dimensioned Sch Reginachungsausinstituung and due to the rising during the compression stroke pressure in the compression chamber, as the guide portion of the pressure booster piston surrounding guide space (in particular compression space).
  • the measure or the amount of widening of the diameter of the pressure booster piston depends primarily on the interpretation of the weakening recess, ie from the radial thickness of the pressure-reducing peripheral wall enclosing the weakening recess or the thickness profile of the pressure piston peripheral wall in the axial direction.
  • Another advantage of the invention is the lower inclination of the pressure booster piston to a piston seer of the pressure booster piston, as the guide does not or only slightly deteriorates in a compression stroke, or possibly even improved.
  • the invention can be implemented both in injectors with two control valves, in which a first control valve is assigned to the control chamber of the pressure booster piston and a second control valve to the actual injection valve, as well as injectors, in which the injection valve and the pressure booster piston of a single, in particular as 3 / 2-way valve trained control valve can be controlled.
  • the Schissechungsaus foundedung and thus the wall thickness of the radially outwardly delimiting pressure piston peripheral wall is dimensioned such that the radial clearance between the guide portion of the pressure booster piston and the inner peripheral wall of him radially outwardly enclosing inner wall of a guide space at least one compression stroke remains approximately the same, so that the amount of leakage from the high-pressure chamber in the direction of the low-pressure region of the injector only slightly increased during operation. It is even conceivable to form the weakening recess in such a way that the radial clearance is reduced during a piston stroke.
  • An advantage is an embodiment in which the weakening recess is arranged centrally with respect to a longitudinal center axis of the transmission piston, that is, the weakening recess is arranged symmetrically to the longitudinal center axis. As a result, a uniform diameter expansion of the pressure booster piston is ensured in its guide section.
  • the hydraulic connection between the compression space and the weakening recess can be realized in a simple manner in that the weakening recess is formed axially open in the direction of the compression space.
  • the weakening recess is designed as an end-side weakening recess bore.
  • the weakening recess extends in the axial direction into the region radially within a differential pressure space, which preferably axially between the compression space and a control chamber acting on the pressure booster piston, which is preferably subjected to rail pressure to extend.
  • the weakening recess is tapered in the axial direction away from the compression space.
  • the weakening recess tapers conically at least along an axial section.
  • an embodiment in which one of the compression space side attenuation recess opposite a second Ausschwungsausinstituung is provided in a second guide portion of the pressure booster piston, which is designed such that the diameter of the pressure booster piston is expanded in the region of its second guide portion by the voltage applied in the control chamber rail pressure and thus a radial clearance between the second guide portion of the pressure booster piston and an inner wall of a corresponding guide space is minimized.
  • the second weakening recess is designed as a cylindrical, in particular central bore.
  • the two opposing weakening recesses are separated from each other in the axial direction by a solid material portion of the one-piece or multi-part pressure booster piston.
  • the second weakening recess is also arranged coaxially to the longitudinal center axis of the pressure booster piston.
  • a fuel tank 1 fuel is conveyed via a high-pressure pump 2 in a high-pressure accumulator 3 (Rail). From the high-pressure accumulator 3 is supplied under high pressure of about 1350 in this embodiment standing fuel via a fuel supply line 4 to an injector 5.
  • the control chamber 6 encloses an upper portion 8 of a pressure booster piston 9. The control chamber 6 is limited on the one hand by an injector housing 10 and on the other hand by a first shoulder 11 of a central portion 12 of the pressure booster piston. 9
  • a spring element 13 is received in the control chamber 6, which surrounds the upper portion 8 of the pressure booster piston 9.
  • the spring element 13 is supported with one side against a spring plate 14 in the upper portion 8 of the pressure booster piston 9 and with the other side against a ring 15.
  • the ring 15 is held by the injector housing 10.
  • the spring element 13 is preferably designed as a compression spring coil spring.
  • the first control valve 17 is a 3/2-way valve. Actuates the first control valve 17 via an electrically controllable actuator. This can be, for example, an electromagnet or a piezoactuator.
  • the control chamber 6 is connected via the supply line 16 and a channel 18 with a differential pressure chamber 19.
  • the differential pressure chamber 19 is bounded by a second shoulder 20 of the central portion 12 of the pressure booster piston 9.
  • the second shoulder 20 of the first shoulder 11 is opposite.
  • the differential pressure space 19 encloses a lower portion 21 of the pressure booster piston 9, wherein the diameter of the lower portion 21 is smaller than the diameter of the central portion 12. From the lower portion 21, a first guide portion 37 of the pressure booster piston 9 and of the central portion 12 a second guide portion 38 is formed.
  • the differential pressure chamber 19 via the channel 18 with a fuel return 22 (low pressure region) is connected.
  • the fuel return 22 preferably opens into the fuel tank. 1
  • a compression space 23 is limited. Via a channel 24, the compression space 23 is filled with fuel. In order to avoid that fuel from the compression chamber 23 via the channel 24 flows back into the control chamber 6, a check valve 25 is received in the channel 24.
  • the second control valve 31 is a 3/2-way valve, with which a connection from the drain line 29 into a fuel return 32nd can be released or closed.
  • the second fuel return 32 is connected, for example, to the fuel return 22 or directly to the fuel tank 1.
  • the second control valve 31 is generally driven by an electrically actuated actuator.
  • the actuator may be, for example, a solenoid valve or a piezo actuator.
  • injection valve element 33 nozzle needle
  • injection valve element 33 nozzle needle
  • the first control valve 17 is switched so that the connection from the differential pressure chamber 19 via the channel 18 in the fuel return 22 is released.
  • the pressure in the differential pressure chamber 19 decreases.
  • the pressing force acting on the first shoulder 11 at the central portion 12 of the pressure booster piston is greater than the force acting on the second shoulder 20 and the lower portion 21 of the pressure booster piston.
  • the pressure booster piston 9 is thereby displaced into the compression space 23 (compression stroke). As a result, the fuel contained in the compression space 23 is compressed to an injection pressure.
  • the compressed fuel flows In order that the injection valve element 33 can lift out of its seat and thus releases the at least one injection opening 34, the second control valve 31 is switched so that the connection from the discharge line 29 into the Fuel return 22 is released. As a result, the fuel flows from the second control chamber 28. The pressure in the second control chamber 28 thereby drops and the fuel under injection pressure acts on the injection valve element 33 in such a way that it is lifted out of its seat. Fuel is injected into the combustion chamber 35 of the internal combustion engine.
  • the second control valve 31 is switched so that the connection is closed by the drain line 29 in the fuel return 32.
  • the pressure in the second control chamber 28 increases to injection pressure.
  • the injection valve element 33 is placed in the axial direction in its seat and thus closes the at least one injection opening 34.
  • the movement of the injection valve element 33 is supported by a second spring element 36.
  • the second spring element 36 is preferably designed as a compression spring coil spring which on the one hand on a Shoulder of the injection valve element 33 and on the other hand supported on the injector 10.
  • the second spring element 36 is designed so that the movement of the nozzle needle 33 is supported in its seat.
  • the first control valve 17 is switched so that the connection from the control chamber 6 via the supply line 16 and the channel 18 is released into the differential pressure chamber 19.
  • the differential pressure chamber 19 builds up thereby system pressure on. Supported by the spring element 13 of the pressure booster piston 9 is moved to its original position. That is, the pressure booster piston 9 is moved into the first control space 6.
  • the volume of the compression space 23 increases. The pressure in the compression space 23 thereby decreases.
  • the check valve 25 opens and fuel flows via the channel 24 from the control chamber 6 into the compression chamber 23.
  • the pressure booster piston 9 has reached its starting position, that is, the position of the pressure booster piston 9 such that the volume in the compression space 23 has become maximum, the next injection process can start.
  • the weakening recess 41 is open in the direction of the compression space 23 and tapers conically in the axial direction away from the compression space 23, so that the radial extent of a pressure intensification piston circumferential wall 42 enclosing the weakening recess 41 in the axial direction increases away from the compression space 23.
  • the weakening recess 41 or the radial extent of the pressure-transmitting piston circumferential wall is designed or dimensioned such that the pressure-transmitting piston circumferential wall 42 is weakened such that during a compression stroke of the pressure-transmitting piston 9 in the compression space 23, that is, when the pressure is increased to injection pressure in the compression chamber 23 of the pressure booster piston 9 in the region of its first guide portion 37 is expanded in the radial direction to the outside.
  • This radial expansion counteracts a widening of a radial clearance between the first guide portion 37 and the inner peripheral wall 39, which is caused by the expansion of the guide space 40 in the radially outward direction, with increasing pressure in the compression space 23.
  • the weakening recess 41 is arranged symmetrically with respect to a longitudinal center axis L of the pressure transmission piston 9 and introduced into a lower end face 43 of the pressure transmission piston 9.
  • the compression chamber-side attenuation recess 41 is axially opposite a second attenuation recess 44, which extends axially into the second guide section 38 of the pressure booster piston 9, and which is hydraulically connected in the radial direction through the spring plate 14 with the control chamber 6.
  • the diameter of the central, designed as a cylinder bore second attenuation recess 44 is made so small that only a minimal expansion of the second guide portion 38 by the fuel under system pressure in the second attenuation recess 44 results. If a further widening is desired, then the second weakening recess 44 must be widened, that is to say a surrounding second pressure piston transmission circumferential wall 45 are formed narrower in the radial direction.
  • the invention can also be implemented in addition to the injector concept described in an injector with only a single control valve.
  • structure of such an injector is on the DE 102 18 904 A1 referred to, which is made with respect to the structure of such an injector to the subject of the disclosure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (5) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (35) einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, welcher ein Einspritzventilelement (33) zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung (34) und eine Druckübersetzungseinrichtung (7) mit einem einen Steuerraum (6), einen Differenzdruckraum (19) und einen Kompressionsraum (23) begrenzenden Druckübersetzungskolben (9) umfasst, mit welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff im Kompressionsraum (23) auf Einspritzdruck komprimierbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Druckübersetzungskolben in einem Führungsabschnitt (37) eine sich in axialer Richtung in den Druckübersetzungskolben (9) hinein erstreckende, hydraulisch mit dem Kompressionsraum (23) verbundene Schwächungsausnehmung (41) aufweist, die bei einem Kompressionshub des Druckübersetzungskolbens (9) eine Durchmesseraufweitung des Druckübersetzungskolben (9) verursachend ausgebildet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiger, als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ist in der DE 102 18 904 A1 beschrieben. Der bekannte Injektor umfasst eine Druckübersetzungseinrichtung mit einem als zweiteiliger Stufenkolben ausgebildeten Vollmaterial-Druckübersetzungskolben. Bei einem Kompressionshub des Druckübersetzungskolbens steigt der Druck in einem von dem Druckübersetzungskolben beaufschlagten Kompressionsraum derart an, dass sich das Radialspiel zwischen dem Druckübersetzungskolben und der inneren Umfangsfläche eines von dem Kompressionsraum gebildeten Führungsraum signifikant vergrößert, so dass es zu einem erheblichen Kraftstoffleckagestrom von dem Kompressionsraum in einen während des Kompressionshubs auf Niederdruck liegenden Differenzdruckraum unterhalb einer Umfangsschulter des Druckübersetzungskolbens kommt, was sich negativ auf den Wirkungsgrad des Injektors auswirkt, da die Leckagemenge zusätzlich von einer einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher versorgenden Hochdruckpumpe gefördert werden muss und die hierzu aufgewandte Leistung nicht zur Erhöhung des Einspritzdruckes zur Verfügung steht.
  • Weiterhin steigt aufgrund der Spielerweiterung während eines Kompressionshubs zusätzlich die Druckkolbenfresserneigung, da es aufgrund der ungenaueren Führung zu einer erhöhten Schrägstellung des Druckübersetzungskolbens kommen kann.
    • Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines eine Druckübersetzungseinrichtung aufweisenden Injektors zu erhöhen.
    • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den einteilig oder mehrteilig, insbesondere als Stufenkolben ausgebildeten Druckübersetzungskolben der Druckübersetzungseinrichtung (Druckverstärker) im Bereich seines mindestens einen Führungsabschnitts mit einer Schwächungsausnehmung zu versehen, die derart ausgebildet, insbesondere dimensioniert ist, dass es durch den Druckanstieg im Kompressionsraum bei einem Kompressionshub des Druckübersetzungskolbens zu einer Durchmesseraufweitung des Druckübersetzungskolbens in seinem Führungsabschnitt kommt, wodurch einer Vergrößerung des Radialspiels zwischen dem Führungsabschnitt und einem Umfangswandabschnitt eines Führungsraums, der bevorzugt von dem Kompressionsraum gebildet ist, entgegengewirkt wird. Anders ausgedrückt ermöglicht die Schwächungsausnehmung den Eintritt von stark komprimiertem Kraftstoff in das Innere des somit zumindest bereichsweise als Hohlkolben ausgebildeten Druckübersetzungskolbens und schwächt dabei gleichzeitig eine die Schwingungsausnehmung radial außen umgebende Druckkolbenumfangswand derart, dass der Druckübersetzungskolben aufgrund einer von dem komprimierten Kraftstoff radial nach außen wirkende Druckkraft in radialer Richtung aufgeweitet wird. Die Aufweitung des Durchmessers des Druckübersetzungskolbens in seinem Führungsabschnitt sorgt dafür, dass die auf einer Druckbeaufschlagung und einer damit verbundenen Durchmesseraufweitung des Führungsraums beruhenden Spielaufweitung zwischen dem Druckübersetzungskolben und einer inneren Umfangswand eines den Führungsabschnitt des Druckübersetzungskolbens umschließenden Führungsraums reduziert wird. Der Druckübersetzungskolben wird also aufgrund der entsprechend dimensionierten Schwächungsausnehmung und aufgrund des während des Kompressionshubs steigenden Drucks im Kompressionsraum in dieselbe Radialrichtung aufgeweitet, wie der den Führungsabschnitt des Druckübersetzungskolbens umschließende Führungsraum (insbesondere Kompressionsraum). Das Maß bzw. der Betrag der Aufweitung des Durchmessers des Druckübersetzungskolbens hängt dabei in erster Linie von der Auslegung der Schwächungsausnehmung, d.h. von der radialen Dicke der die Schwächungsausnehmung umschließenden Druckkolbenumfangswand bzw. des Dickenverlaufes der Druckkolbenumfangswand in axialer Richtung ab. Durch die Reduzierung der Spielaufweitung während des Kompressionshubs wird der Leckagestrom aus dem Kompressionsraum in einen Differenzdruckraum des Druckübersetzungskolbens minimiert, wodurch wiederum der Wirkungsgrad des Injektors bzw. des gesamten Einspritzsystems erhöht wird. Insbesondere steht die auf die reduzierte Leckagemenge entfallende Hochdruckpumpenleistung zur Erhöhung des Einspritzdrucks zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der geringeren Neigung des Druckübersetzungskolbens zu einem Kolbenfresser des Druckübersetzungskolbens, da sich die Führung bei einem Kompressionshub nicht oder nur geringfügig verschlechtert, oder gegebenenfalls sogar verbessert.
  • Die Erfindung ist sowohl bei Injektoren mit zwei Steuerventilen realisierbar, bei denen ein erstes Steuerventil dem Steuerraum des Druckübersetzungskolbens und ein zweites Steuerventil dem eigentlichen Einspritzventil zugeordnet ist, als auch bei Injektoren, bei denen das Einspritzventil und der Druckübersetzungskolben von einem einzigen, insbesondere als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Steuerventil angesteuert werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Schwächungsausnehmung und damit die Wandstärke der sie radial außen begrenzenden Druckkolbenumfangswand derart dimensioniert ist, dass das Radialspiel zwischen dem Führungsabschnitt des Druckübersetzungskolbens und der inneren Umfangswand einer ihn radial außen umschließenden Innenwand eines Führungsraums bei einem Kompressionshub zumindest näherungsweise gleich bleibt, so dass sich die Leckagemenge von dem Hochdruckraum in Richtung des Niederdruckbereichs des Injektors während des Betriebs lediglich minimal erhöht. Es ist sogar denkbar, die Schwächungsausnehmung derart auszubilden, dass sich das Radialspiel während eines Kolbenhubs reduziert.
  • Von Vorteil ist eine Ausgestaltungsform, bei der die Schwächungsausnehmung zentrisch in Bezug auf eine Längsmittelachse des Übersetzungskolbens angeordnet ist, die Schwächungsausnehmung also symmetrisch zur Längsmittelachse angeordnet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Durchmesseraufweitung des Druckübersetzungskolbens in seinem Führungsabschnitt gewährleistet.
  • Die hydraulische Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und der Schwächungsausnehmung kann auf einfache Weise dadurch realisiert werden, dass die Schwächungsausnehmung axial in Richtung des Kompressionsraums offen ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Schwächungsausnehmung als stirnseitige Schwächungsausnehmungsbohrung ausgebildet.
  • Um eine Aufweitung des Durchmessers des Druckübersetzungskolbens über einen möglichst großen Axialabschnitt zu realisieren, ist es von Vorteil, wenn sich die Schwächungsausnehmung in axialer Richtung bis in den Bereich radial innerhalb eines Differenzdruckraums erstreckt, welcher bevorzugt axial zwischen dem Kompressionsraum und einem den Druckübersetzungskolben beaufschlagenden Steuerraum, der bevorzugt mit Rail-Druck beaufschlagt ist, zu erstrecken.
  • Um in axialer Richtung einen geeigneten Druckabfallverlauf in dem Radialspiel zwischen dem Druckübersetzungskolben und einer Innenwand des Führungsraums zu realisieren, ist es von Vorteil, wenn sich die Schwächungsausnehmung in axialer Richtung von dem Kompressionsraum weg verjüngend ausgebildet ist. Bevorzugt verjüngt sich die Schwächungsausnehmung zumindest entlang eines Axialabschnitts konisch. Mit Vorteil wird in axialer Richtung innerhalb des Radialspiels ein linearer Druckabfall in Richtung des Differenzdruckraums realisiert.
  • Mit Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der eine der kompressionsraumsseitigen Schwächungsausnehmung gegenüberliegend eine zweite Schwächungsausnehmung in einem zweiten Führungsabschnitt des Druckübersetzungskolbens vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass der Durchmesser des Druckübersetzungskolbens im Bereich seines zweiten Führungsabschnitts durch den im Steuerraum anliegenden Rail-Druck aufgeweitet wird und somit ein Radialspiel zwischen dem zweiten Führungsabschnitt des Druckübersetzungskolbens und einer Innenwand eines entsprechenden Führungsraums minimiert wird. Bevorzugt ist die zweite Schwächungsausnehmung als zylindrische, insbesondere zentrale Bohrung ausgeführt.
  • Von Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die beiden gegenüberliegenden Schwächungsausnehmungen in axialer Richtung durch einen Vollmaterialabschnitt des einteilig oder mehrteilig ausgebildeten Druckübersetzungskolbens voneinander getrennt sind. Bevorzugt ist die zweite Schwächungsausnehmung ebenfalls koaxial zur Längsmittelachse des Druckübersetzungskolbens angeordnet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur den schematischen Aufbau eines Common-Rail-Injektors mit einer Druckübersetzungseinrichtung und zwei Steuerventilen, wobei ein erstes Steuerventil einem Steuerraum des Druckübersetzungskolbens und ein zweites Steuerventil dem eigentlichen Einspritzventil zugeordnet ist.
    • Ausführungsform der Erfindung
  • Aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 1 wird Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe 2 in einen Hochdruckspeicher 3 (Rail) gefördert. Aus dem Hochdruckspeicher 3 wird unter Hochdruck von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1350 bar stehender Kraftstoff über eine Kraftstoffzuleitung 4 einem Injektor 5 zugeführt. Hierzu mündet die Kraftstoffzuleitung 4 in einen Steuerraum 6 einer Druckübersetzungseinrichtung 7. Der Steuerraum 6 umschließt einen oberen Abschnitt 8 eines Druckübersetzungskolbens 9. Begrenzt wird der Steuerraum 6 einerseits durch ein Injektorgehäuse 10 und andererseits durch eine erste Schulter 11 eines mittleren Abschnitts 12 des Druckübersetzungskolbens 9.
  • Weiterhin ist im Steuerraum 6 ein Federelement 13 aufgenommen, welches den oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzungskolbens 9 umschließt. Das Federelement 13 stützt sich mit einer Seite gegen einen Federteller 14 im oberen Abschnitt 8 des Druckübersetzungskolbens 9 und mit der anderen Seite gegen einen Ring 15 ab. Der Ring 15 wird hierbei vom Injektorgehäuse 10 gehalten. Das Federelement 13 ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder.
  • Über eine Zuleitung 16 ist der Steuerraum 6 mit einem ersten Steuerventil 17 verbunden. Das erste Steuerventil 17 ist ein 3/2-Wege-Ventil. Betätigt wird das erste Steuerventil 17 über einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator. Dieser kann z.B. ein Elektromagnet oder ein Piezoaktuator sein.
  • In einer ersten Schallstellung des ersten Steuerventils 17 ist der Steuerraum 6 über die Zuleitung 16 und einen Kanal 18 mit einem Differenzdruckraum 19 verbunden. Der Differenzdruckraum 19 wird von einer zweiten Schulter 20 des mittleren Abschnitts 12 des Druckübersetzungskolbens 9 begrenzt. Hierbei liegt die zweite Schulter 20 der ersten Schulter 11 gegenüber. Weiterhin umschließt der Differenzdruckraum 19 einen unteren Abschnitt 21 des Druckübersetzungskolbens 9, wobei der Durchmesser des unteren Abschnitts 21 geringer ist als der Durchmesser des mittleren Abschnitts 12. Von dem unteren Abschnitt 21 wird ein erster Führungsabschnitt 37 des Druckübersetzungskolbens 9 und von dem mittleren Abschnitt 12 ein zweiter Führungsabschnitt 38 gebildet.
  • In einer zweiten Schallstellung des ersten Steuerventils 17 ist der Differenzdruckraum 19 über den Kanal 18 mit einem Kraftstoffrücklauf 22 (Niederdruckbereich) verbunden. Der Kraftstoffrücklauf 22 mündet vorzugsweise in den Kraftstoffvorratsbehälter 1.
  • Durch den unteren Abschnitt 21 des Druckübersetzungskolbens 9 wird ein Kompressionsraum 23 begrenzt. Über einen Kanal 24 wird der Kompressionsraum 23 mit Kraftstoff befüllt. Um zu vermeiden, dass Kraftstoff aus dem Kompressionsraum 23 über den Kanal 24 zurück in den Steuerraum 6 strömt, ist im Kanal 24 ein Rückschlagventil 25 aufgenommen.
  • Aus dem Kompressionsraum 23 wird unter Einspritzdruck (in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2500 bar) stehender Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 26 in einen Düsenraum 27 und einen zweiten Steuerraum 28 gefördert. Aus dem zweiten Steuerraum 28 gelangt der Kraftstoff über eine Ablaufleitung 29, in dem eine Ablaufdrossel 30 aufgenommen ist, zu einem zweiten Steuerventil 31. Das zweite Steuerventil 31 ist ein 3/2-Wege-Ventil, mit welchem eine Verbindung von der Ablaufleitung 29 in einen Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben oder verschlossen werden kann. Der zweite Kraftstoffrücklauf 32 ist z.B. mit dem Kraftstoffrücklauf 22 oder direkt mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbunden. Das zweite Steuerventil 31 wird im allgemeinen mit einem elektrisch betätigten Aktuator angesteuert. Der Aktuator kann z.B. ein Magnetventil oder ein Piezoaktuator sein.
  • In den zweiten Steuerraum 28 ragt ein Einspritzventilelement 33 (Düsennadel). Mit dem Einspritzventilelement 33 ist mindestens eine Einspritzöffnung 34 verschließbar oder freigebbar. Bei freigegebener Einspritzöffnung 34 strömt Kraftstoff aus dem Düsenraum 27 über die Einspritzöffnung 34 in einen Brennraum 35 einer Brennkraftmaschine.
  • Um den Einspritzvorgang zu starten wird zunächst das erste Steuerventil 17 so geschaltet, dass die Verbindung vom Differenzdruckraum 19 über den Kanal 18 in den Kraftstoffrücklauf 22 freigegeben ist. Hierdurch nimmt der Druck im Differenzdruckraum 19 ab. Im Steuerraum 6 herrscht weiterhin Systemdruck (Rail-Druck). Aus diesem Grund ist die Druckkraft, die auf die erste Schulter 11 am mittleren Abschnitt 12 des Druckübersetzungskolbens wirkt größer als die Kraft, die auf die zweite Schulter 20 und den unteren abschnitt 21 des Druckübersetzungskolbens wirkt. Der Druckübersetzungskolben 9 wird hierdurch in den Kompressionsraum 23 hinein verschoben (Kompressionshub). Hierdurch wird der im Kompressionsraum 23 enthaltende Kraftstoff auf einen Einspritzdruck komprimiert. Der komprimierte Kraftstoff strömt über die Hochdruckleitung 26 in den Düsenraum 27 und den zweiten Steuerraum 28. Damit sich das Einspritzventilelement 33 aus ihrem Sitz heben kann und so die mindestens eine Einspritzöffnung 34 freigibt, wird das zweite Steuerventil 31 so geschaltet, dass die Verbindung von der Ablaufleitung 29 in den Kraftstoffrücklauf 22 freigegeben ist. Hierdurch strömt der Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 28 ab. Der Druck im zweiten Steuerraum 28 fällt hierdurch und der unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff wirkt derart auf das Einspritzventilelement 33, dass diese aus ihrem Sitz gehoben wird. Kraftstoff wird in dem Brennraum 35 der Brennkraftmaschine eingespritzt.
  • Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird zunächst das zweite Steuerventil 31 so geschaltet, dass die Verbindung von der Ablaufleitung 29 in den Kraftstoffrücklauf 32 verschlossen wird. Hierdurch steigt der Druck im zweiten Steuerraum 28 auf Einspritzdruck an. Das Einspritzventilelement 33 wird in axialer Richtung in ihren Sitz gestellt und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffnung 34. Unterstützt wird die Bewegung des Einspritzventilelements 33 durch ein zweites Federelement 36. Das zweite Federelement 36 ist vorzugsweise als eine als Druckfeder ausgebildet Schraubenfeder, welche einerseits auf einer Schulter des Einspritzventilelements 33 und andererseits am Injektorgehäuse 10 abgestützt ist. Das zweite Federelement 36 ist dabei so ausgebildet, dass die Bewegung der Düsennadel 33 in ihrem Sitz unterstützt wird. Als nächstes wird das erste Steuerventil 17 so geschaltet, dass die Verbindung vom Steuerraum 6 über die Zuleitung 16 und den Kanal 18 in den Differenzdruckraum 19 freigegeben ist. Hierdurch strömt unter Systemdruck stehender Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 in den Differenzdruckraum 19. Im Differenzdruckraum 19 baut sich hierdurch Systemdruck auf. Unterstützt von dem Federelement 13 wird der Druckübersetzungskolben 9 in seine Ausgangsposition bewegt. Das heißt, dass der Druckübersetzungskolben 9 in den ersten Steuerraum 6 bewegt wird. Gleichzeitig vergrößert sich das Volumen des Kompressionsraums 23. Der Druck im Kompressionsraum 23 nimmt dadurch ab. Sobald der Druck im Kompressionsraum 23 unter den Systemdruck gefallen ist, öffnet das Rückschlagventil 25 und Kraftstoff strömt über den Kanal 24 aus dem Steuerraum 6 in den Kompressionsraum 23. Sobald der Druckübersetzungskolben 9 seine Ausgangsposition erreicht hat, das heißt, dass die Position des Druckübersetzungskolbens 9 so ist, dass das Volumen im Kompressionsraum 23 maximal geworden ist, kann der nächst Einspritzvorgang starten.
  • In den ersten Führungsabschnitt 37 des Druckübersetzungskolbens 9, der radial außen von einer inneren Umfangswand 39 eines den ersten Führungsabschnitt 37 aufnehmenden Führungsraums 40, welcher von dem Kompressionsraum 23 gebildet wird, bzw. axial unmittelbar an diesen anschließt, umschlossen ist, ist eine sich in axialer Richtung in den Druckübersetzungskolben 9 hinein erstreckende Schwächungsausnehmung 41 eingebracht. Die Schwächungsausnehmung 41 ist in Richtung des Kompressionsraums 23 offen und verjüngt sich konisch in axialer Richtung von dem Kompressionsraum 23 weg, so dass die Radialerstreckung einer die Schwächungsausnehmung 41 radial außen umschließenden Druckübersetzungskolbenumfangswand 42 in axialer Richtung von dem Kompressionsraum 23 weg zunimmt. Dabei ist die Schwächungsausnehmung 41 bzw. die Radialerstreckung der Druckübersetzungskolbenumfangswand derart ausgebildet bzw. dimensioniert, dass die Druckübersetzungskolbenumfangswand 42 so geschwächt ist, dass bei einem Kompressionshub des Druckübersetzungskolbens 9 in den Kompressionsraum 23 hinein, also bei auf Einspritzdruck ansteigendem Druck im Kompressionsraum 23 der Druckübersetzungskolben 9 im Bereich seines ersten Führungsabschnitts 37 in radialer Richtung nach außen aufgeweitet wird. Diese radiale Aufweitung wirkt einer Aufweitung eines Radialspiels zwischen dem ersten Führungsabschnitt 37 und der inneren Umfangswand 39 entgegen, die durch die Aufweitung des Führungsraums 40 in radialer Richtung nach außen, bei ansteigendem Druck im Kompressionsraum 23 verursacht wird. Über die Auslegung der Schwächungsausnehmung 41, also über die Wandstärke bzw. den Wandstärkenverlauf der Druckübersetzungskolbenumfangswand 42 kann dabei das Maß des Spielausgleichs angepasst werden.
  • Die Schwächungsausnehmung 41 ist symmetrisch zu einer Längsmittelachse L des Druckübersetzungskolbens 9 angeordnet und in eine untere Stirnseite 43 des Druckübersetzungskolbens 9 eingebracht.
  • Der kompressionsraumseitigen Schwächungsausnehmung 41 liegt axial eine zweite Schwächungsausnehmung 44 gegenüber, die sich axial bis in den zweiten Führungsabschnitt 38 des Druckübersetzungskolbens 9 hinein erstreckt, und die hydraulisch in radialer Richtung durch den Federteller 14 hindurch mit dem Steuerraum 6 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der zentrischen, als Zylinderbohrung ausgeführten zweiten Schwächungsausnehmung 44 so gering ausgeführt, dass nur eine minimale Aufweitung des zweiten Führungsabschnitts 38 durch den unter Systemdruck stehenden Kraftstoff in der zweiten Schwächungsausnehmung 44 resultiert. Wird eine weitergehende Aufweitung gewünscht, so muss die zweite Schwächungsausnehmung 44 verbreitert werden, das heißt eine sie umgebende zweite Druckkolbenübersetzungsumfangswand 45 in radialer Richtung schmaler ausgebildet werden.
  • Die Erfindung kann auch neben dem beschriebenen Injektorkonzept bei einem Injektor mit lediglich einem einzigen Steuerventil realisiert werden. Bezüglich des Aufbaus eines derartigen Injektors wird auf die DE 102 18 904 A1 verwiesen, die bezüglich des Aufbaus eines derartigen Injektors zum Gegenstand der Offenbarung gemacht wird. Insbesondere wird auf die Abschnitte 0011 bis 0013 der Figurenbeschreibung verwiesen.

Claims (10)

  1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (35) einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, welcher ein Einspritzventilelement (33) zum Öffnen und Schließen mindestens einer Einspritzöffnung (34) und eine Druckübersetzungseinrichtung (7) mit einem einen Steuerraum (6), einen Differenzdruckraum (19) und einen Kompressionsraum (23) begrenzenden Druckübersetzungskolben (9) umfasst, mit welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff im Kompressionsraum (23) auf Einspritzdruck komprimierbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druckübersetzungskolben (9) in einem Führungsabschnitt (37) eine sich in axialer Richtung in den Druckübersetzungskolben (9) hinein erstreckende, hydraulisch mit dem Kompressionsraum (23) verbundene Schwächungsausnehmung (41) aufweist, die bei einem Kompressionshub des Druckübersetzungskolbens (9) eine Durchmesseraufweitung des Druckübersetzungskolben (9) verursachend ausgebildet ist.
  2. Injektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wandstärke einer die Schwächungsausnehmung (41) radial begrenzenden Druckübersetzungskolbenumfangswand (42) derart dimensioniert ist, dass der Betrag der Durchmesseraufweitung des Druckübersetzungskolbens (9) bei einem Kompressionshub in etwa dem Betrag der Innendurchmesseraufweitung eines den Druckübersetzungskolben (9) aufnehmenden Führungsraums (40) entspricht.
  3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    die Schwächungsausnehmung (41) koaxial zu einer Längsmittelachse (L) des Druckübersetzungskolbens (9) angeordnet ist.
  4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    Schwächungsausnehmung (41) in Richtung des Kompressionsraums (23) offen ist.
  5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Schwächungsausnehmung (41) in axialer Richtung bis in den Bereich des axial zwischen dem Kompressionsraum (23) und dem Steuerraum (6) angeordneten Differenzdruckraum (19) erstreckt.
  6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Schwächungsausnehmung (41) in axialer Richtung von dem Kompressionsraum (23) weg verjüngend ausgebildet ist.
  7. Injektor nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Schwächungsausnehmung (41) konisch verjüngt.
  8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schwächungsausnehmung (41) gegenüberliegend eine hydraulisch mit dem Steuerraum (6) verbundene zweite, insbesondere als Bohrung ausgebildete Schwächungsausnehmung (44) in den Druckübersetzungskolben (9) eingebracht ist.
  9. Injektor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Vollmaterialabschnitt axial zwischen der zweiten Schwächungsausnehmung (44) und der kompressionsraumseitigen Schwächungsausnehmung (41) vorgesehen ist.
  10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Schwächungsausnehmung (44) koaxial zur Längsmittelachse (L) des Druckübersetzungskolbens angeordnet ist.
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