WO 00/50761 PCTtDEOO/00469
1 Beschreibung
Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Herkömmliche Injektoren für die Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen sind in der Regel modular aufgebaut und bestehen aus mehreren, koaxial übereinander angeordneten Teilen, wie beispielsweise einem Injektorkörper und einem Steuermodul, wobei die mechanische Verbindung zweier axial benachbarter Teile durch ein Verbindungselement wie eine Spann- hülse, eine Doppelspannmutter oder eine Schweißhülse erfolgt.
Die Befestigung des Injektors in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine erfolgt üblicherweise durch eine sogenannte Spannpratze, die den Injektor axial in eine entsprechende Aufnahmebohrung in dem Zylinderkopf hineindrückt, wobei die Spannpratze auf einem zylindrischen Bund aufliegt, der außen an dem Injektor umlaufend angeformt ist.
Darüber hinaus sind an der Mantelfläche des Injektors Schlüs- seiflächen angeformt, in welche die Spannpratze eingreift, wodurch eine Verdrehung des Injektors um seine Längsachse verhindert wird.
Der zylindrische Bund und die Schlüsselflächen werden bei den bekannten Injektoren entweder direkt an dem Injektorkopf oder an einer hohlzylindrischen Überwurfmutter befestigt, welche die einzelnen Teile des Injektors aufnimmt und an ihrer Oberseite mit dem Injektorkopf verbunden ist.
Nachteilig ist an den vorstehend beschriebenen Injektoren jedoch die Vielzahl der Teile, wodurch die Fertigung und Montage des Injektors relativ aufwendig ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem der Aufwand für die Fertigung und Montage verringert ist.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einem der eingangs beschriebenen Injektoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelost.
Die Erfindung schließt die allgemeine technische Lehre ein, ein im wesentlichen einstuckig geformtes Injektorgehause vorzusehen, das oben in den Injektorkopf übergeht und zumindest die Steuereinheit aufnimmt. Vorzugsweise nimmt das Injektor- gehause aber mehrere Module des Injektors auf und verspannt diese axial gegeneinander, um eine Hochdruckabdichtung an den Stoßstellen benachbarter Module zu bewirken.
Durch die Verwendung eines gemeinsamen Gehäuses für die we- sentlichen Bauteile des Injektors kann vorteilhaft auf separate Verbindungsmittel wie Spannhülsen, Doppelspannmuttern oder Schweißhülsen zur Verbindung der einzelnen Teile verzichtet werden, da die einzelnen Teile des Injektors bereits durch das gemeinsame Gehause mechanisch fixiert werden.
Darüber hinaus wird durch das gemeinsame Injektorgehause vorteilhaft die Zahl der Hochdruckdicht lächen reduziert, die nach außen hin undicht werden könnten.
Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, daß das Injektorgehause sämtliche Bauteile des Injektors aufnimmt und miteinander verbindet. So ist es beispielsweise auch möglich, daß der Düsenkorper an der Unterseite des Injektors über eine herkömmliche Spannmutter mit dem Injektorgehause verschraubt wird, wahrend die übrigen Bauteile des Injektors, wie beispielsweise die Steuereinheit, in dem Injektorgehause untergebracht sind.
In einer Variante der Erfindung wird auf einen separaten Übertragungshebel zur Übertragung der Stellbewegung des Ak- tuators auf den Ventilkolben verzichtet, indem der Aktuator direkt auf den Ventilkolben wirkt. Hierdurch entfällt vorteilhaft ein Bauteil des Injektors, wodurch der Fertigungsund Montageaufwand weiter verringert wird. Darüber hinaus wird durch den Verzicht auf einen herkömmlichen Übertragungshebel die Dauerhaltbarkeit des Injektors erhöht, da ein der- artiges Bauteil hinsichtlich der Lebensdauer problematisch ist.
Die Anlagefläche zwischen dem Aktuator einerseits und dem Ventilkolben andererseits ist hierbei vorzugsweise so groß, daß aufgrund der verringerten Flächenpressung auch bei einem Schaltvorgang noch ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem Aktuator und dem Ventilkolben bestehen bleibt, was einen hydraulischen Spielausgleich bewirkt. Die einander zugewandten Stirnflächen von Aktuator und/oder Ventilkolben sind hierbei vorzugsweise konvex geformt, um ein Abreißen des Flüssigkeitsfilms aufgrund der mechanischen Belastung bei einem Schaltvorgang zu vermeiden, jedoch können die Stirnflächen auch vollständig plan sein, was eine einfache Längenjustierung durch Messen und Abschleifen erlaubt.
Zwischen dem Aktuator und dem Ventilkolben ist hierbei vorzugsweise eine Feder angeordnet, welche Aktuator und Ventilkolben in axialer Richtung auseinanderdrückt und somit im Ruhezustand des Injektors wieder den vollen Spielausgleich her- stellt. Darüber hinaus erlaubt eine derartige Feder vorteilhaft auch eine Kompensation von Wärmedehnungen.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird der Ventilkolben des Injektors nicht direkt in dem Injektorgehäuse geführt, son- dern in einem separaten Ventilgehäuse gelagert, das innerhalb des Injektorgehäuses angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, daß sich der zu härtende Ventilsitz des Ventilkolbens somit
in dem Ventilgehäuse und nicht in dem Injektorgehäuse befindet, so daß keine aufwendige Wärmebehandlung des gesamten Injektorgehäuses erforderlich ist.
In einer anderen Variante der Erfindung wird auf eine durchgehende Leckageleitung verzichtet, indem die zentrische Bohrung für die Steuerglieder zusätzlich zur Leckagerückleitung von der Düse bis hinauf zur Steuereinheit verwendet wird. Hierdurch wird der Fertigungsaufwand für den Injektor weiter verringert. Oberhalb der Steuereinheit wird die Leckage dann über eine separate Leckageleitung weitergeführt, wobei die Verbindung der Leckageleitung mit der zentrischen Bohrung vorzugsweise durch eine radiale Verbindungsbohrung erfolgt.
Der erfindungsgemäße Injektor wird vorzugsweise in einer Com- mon-Rail-Einspritzanlage verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Einsatz beschränkt, sondern grundsätzlich auch bei anderen Arten von Einspritzanlagen verwendbar.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung den Kopfbereich eines Injektors in einer Querschnittsdarstellung sowie
Figur 2 eine Detailansicht der Kontaktstelle zwischen dem Aktuator und dem Ventilkolben des in Figur 1 dargestellten Injektors im Querschnitt.
Der in Figur 1 gezeigte Injektor ist modular aufgebaut und dient zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei an der Oberseite des Injektors als ein Bauteil ein Injektorkopf 1 angeordnet ist, der an der
Unterseite ansatzlos in das gemeinsame Injektorgehäuse 2 übergeht, so daß die wesentlichen Bauteile des Injektors durch das gemeinsame Injektorgehäuse 2 mechanisch fixiert werden.
Zum einen ermöglicht der Injektorkopf 1 den Anschluß einer Einspritzleitung, um den Injektor mit einer zentralen Ein- spritzanlage zu verbinden, die für alle Zylinder der Brennkraftmaschine den erforderlichen Einspritzdruck bereitstellt. Hierzu ist der Injektorkopf 1 an seiner Oberseite abgeschrägt und mit einem Schraubanschluß 3 mit einem Innengewinde versehen, welches das Endstück der Einspritzleitung aufnimmt.
Zum anderen weist der Injektorkopf 1 an seiner Unterseite ein im wesentlichen zylindrisches Rumpfteil auf, an dem unterhalb der Abschrägung Schlüsselflächen 4 angeformt sind, die zusammen mit einem umlaufenden zylindrischen Bund 5 den Eingriff einer Spannpratze ermöglichen, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Einerseits drückt die Spannpratze axial von oben auf den umlaufenden Bund 5, wodurch der gesamte Injektor in einer entsprechenden Aufnahmebohrung in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine axial nach unten gedrückt wird, wobei zwischen der unteren Stirnfläche des Injektors und der Bodenfläche der Aufnahmebohrung eine Kupferscheibe angeordnet ist, um die Aufnahmebohrung abzudichten. Andererseits greift die Spannpratze seitlich in die Schlüsselflächen 4 ein und verhindert somit im montierten Zustand eine Verdrehung des Injektors um seine Längsachse.
Weiterhin weist der Injektor an seiner Oberseite eine zentrisch angeordnete zylindrische Bohrung zur Aufnahme eines Aktuators 6 auf, wobei in der Mantelfläche des Aktuators 6 unten zwei zylindrisch umlaufende Nuten 7, 8 übereinander angeordnet sind, wobei die untere Nut 8 im montierten Zustand einen O-Ring aufnimmt, der den ringförmigen Spalt zwischen dem Aktuator 6 und der Bohrung in dem Injektorkopf 1 abdichtet. In der oberen Nut 7 ist dagegen im montierten Zustand
ein Drahtring angeordnet, der über eine Hohlschraube eine Befestigung des Aktuators 6 in dem Injektorkopf 1 ermöglicht. Der Aktuator 6 ermöglicht m herkömmlicher Weise eine axiale Stellbewegung, um die Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Der Aktuator 6 wirkt hierbei ohne die bei herkömmlichen Injektoren verwendeten mechanischen Zwischenglieder direkt auf einen Ventilkolben 9. Dies bietet zum einen den Vorteil, daß auf ein Bauteil verzichtet werden kann, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand verringert wird. Zum anderen wird dadurch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Injektors erhöht, da die herkommlicherweise verwendeten Ubertragungshebel hinsichtlich der Lebensdauer problematisch sind.
Die Anlageflache zwischen der unteren Stirnflache des Aktua- tors 6 und der oberen Stirnflache des Ventilkolbens 9 ist hierbei im Vergleich zu herkömmlichen Injektoren wesentlich großer, was den Vorteil bietet, daß auch bei einem Schaltvorgang des Injektors ein Flussigkeitsflim zwischen dem Aktuator 6 und dem Vent lkolben 9 bestehen bleibt, wodurch ein hydrau- lischer Spielausgleich erfolgt. Die untere Stirnflache des
Aktuators 6 ist hierbei leicht konvex geformt, wie aus Figur 2 ersichtlich ist. Dadurch wird ein Abreißen des Flussig- keitsfilms aufgrund der bei einem Schaltvorgang auftretenden mechanischen Belastungen an der Kontaktflache zwischen dem Aktuator 6 und dem Ventilkolben 9 verhindert. Alternativ dazu kann auch die obere Stirnflache des Ventilkolbens 9 entsprechend konvex geformt sein.
Darüber hinaus ist zwischen dem Aktuator 6 und dem Ventilkol- ben 9 eine Feder 10 angeordnet, die den Aktuator 6 und den Ventilkolben 9 axial auseinanderdruckt und somit im Ruhezustand des Injektors den vollen axialen Spielausgleich wiederherstellt. Darüber hinaus erlaubt die Feder 10 auch eine Kompensation von Wärmedehnungen der einzelnen Bauteile.
Zur Fuhrung des Ventilkolbens 9 ist ein separates Ventilge- hause 11 in das Injektorgehause 2 eingesetzt, was den Vorteil
bietet, daß sich der zu hartende Ventilsitz für den Ventil¬ kolben 9 m dem Ventilgehause 11 und nicht in dem gemeinsamen Injektorgehause 2 befindet, so daß auf eine aufwendige Wärmebehandlung des gesamten Injektorgehauses 2 zur Härtung des Ventilsitzes verzichtet werden kann und nur eine Härtung des Ventilgehauses 11 erforderlich ist, was wesentlich weniger aufwendig ist.
Unterhalb des Ventilkolbens 9 ist weiterhin eine Steuerein- heit 12 mit einem Servoventil angeordnet, wobei der Aktuator 6 über den Ventilkolben 9 das Servoventil betätigt und damit indirekt die Position einer Dusennadel 21 in der Fuhrungsboh- rung 20 einer Düse 13 und somit den Kraftstoffström steuert, der über eine Düse 13 des Injektors m den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Düse 13 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und kann mit dem Injektorgehause 2 über eine herkömmliche Spannmutter verbunden werden, auf deren Darstellung m der Zeichnung verzichtet wurde, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Schließlich weist der dargestellte Injektor eine besonders vorteilhafte Form der Leckageruckleitung auf, indem anstelle einer im wesentlichen über die gesamte Lange des Injektors durchgehenden zusätzlichen Leckageleitung eine ohnehin vor- handene zentrische Bohrung 14, m der ein Kolben 22 axial verschiebbar angeordnet ist, der die Dusennadel 21 beaufschlagt, für die Leckageruckleitung verwendet wird. Hierdurch wird der Fertigungsaufwand des dargestellten erfmdungsgema- ßen Injektors weiter verringert. Der dargestellte Injektor weist zwar ebenfalls eine axial verlaufende Leckageleitung 15 auf, jedoch erstreckt sich diese von oben nur bis unterhalb der Steuereinheit 12, wo die Leckageleitung 15 dann in die zentrische Bohrung 14 mundet. Die Verbindung der Leckageleitung 15 mit der zentrischen Bohrung 14 erfolgt hierbei durch eine radiale Bohrung 16, die sich an der Mundungsstelle der Leckageleitung 15 von der äußeren Mantelflache des Injektorgehause 2 bis nach innen zu der zentrischen Bohrung 14 er-
streckt, wobei die Leckageleitung 15 angeschnitten wird, um den Eintritt von Leckageflüssigkeit aus der zentrischen Bohrung 14 in die Leckageleitung 15 zu ermöglichen. Eine derartige, radial von der Mantelfläche des Injektorgehäuses 2 nach innen verlaufende Bohrung 16 erfordert zwar eine Abdichtung der äußeren Mündungsöffnung durch eine Kugel 17, ist jedoch fertigungstechnisch wesentlich einfacher als andere konstruktive Möglichkeiten, die Leckageleitung 15 in die zentrische Bohrung 14 münden zu lassen.
Bei der Montage des Injektors wird die Steuereinheit 12 mit dem Servoventil, dem Ventilgehäuse 11 und dem Ventilkolben 9 in das Injektorgehäuse 2 hineingeschoben. Daraufhin wird dann die axiale Lage des Ventilkolbens 9 relativ zu dem Aktuator 6 eingestellt, indem die Länge des Ventilkolbens 9 beispielsweise durch Messen und Schleifen angepaßt wird.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.