WO2001048369A1 - Common-rail-injektor - Google Patents

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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a common rail injector for the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, which has an injector housing with a fuel inlet, which is connected to a central high-pressure fuel reservoir outside the injector housing and which has a high-pressure channel inside the injector housing can be brought into connection from which high-pressure fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine when a control valve member axially reciprocable in a longitudinal bore of the injector lifts off from a first valve seat as a function of the pressure in a control chamber ,
  • a high-pressure pump delivers the fuel to the central one
  • High-pressure accumulator which is referred to as a common rail. High-pressure lines lead from the rail to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders. The injectors are individually controlled by the engine electronics. The rail pressure is present in the fuel inlet on the control valve member. When the control valve member opens, high pressure fuel passes from
  • valve housing is formed, the diameter of which is larger than the diameter of the first valve seat and which at least partially surrounds a guide pin which is fixed relative to the valve housing.
  • the inner diameter of the recess forming an inner guide can essentially be freely chosen independently of the valve seat diameter, since the outer diameter of the control valve member in the region of the recess can be of almost any size and is only limited by the dimensions of the injector housing.
  • the larger inner diameter is overcompensating to seal.
  • the force balance is freely selectable.
  • the first valve seat surface can be ground regardless of the guide diameter.
  • a special embodiment of the invention is characterized in that a first relief channel is formed in the guide pin, which connects the control space with a relief space when a shut-off device opens.
  • the shut-off device can e.g. act as a valve ball, which is hinged to the armature of a solenoid valve.
  • a further particular embodiment of the invention is characterized in that an inlet bore with an inlet throttle is provided in the end of the control valve member facing the control chamber, which opens into the recess and whose cross-section is smaller than that
  • Cross section of the first relief channel This ensures adequate filling of the control chamber during operation of the injector according to the invention from the fuel feed.
  • Another special embodiment of the invention is characterized in that a preloaded control valve spring is arranged between the control valve member and the valve housing outside the guide pin.
  • the control valve spring enables a quick break in the connection between the fuel supply and the
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the control valve member has a second valve sealing surface which cooperates with a second valve seat in order to open and open a connection between the high-pressure duct and a second relief duct which is connected to the relief chamber. This ensures a rapid build-up of pressure in the high-pressure duct after the injection.
  • the end of the control valve member remote from the combustion chamber can also be designed as a slide valve, as described in DE 197 01 879.
  • the accompanying figure shows an embodiment of an injector according to the invention in longitudinal section.
  • a bore with a diameter d 2 is provided.
  • a guide pin 13 is received in the recess 12 and starts from a part of the injector housing 1.
  • the control valve member 8 is guided axially displaceably by the guide pin 13.
  • a relief channel 14 with an outlet throttle 15 is arranged centrally in the guide pin 13.
  • the relief duct 14 connects the recess 12 in the end 11 of the control valve member 8 remote from the combustion chamber to a relief chamber (not shown).
  • the relief channel 14 can be closed by a valve ball 16 which belongs to a solenoid valve (not shown).
  • a second valve sealing surface 19 is formed, which cooperates with a second valve seat 20, which is formed in the injector housing 1.
  • a second valve sealing surface 19 is formed on the control valve member 8, against which a flattening 22 ensures that fuel flows past.
  • the end 21 of the control valve member 8 remote from the combustion chamber can be designed in exactly the same way as in the injector known from DE 197 01 879.
  • the first valve seat 10 is arranged in the injector housing 1 between the mouth of a fuel inlet 24 and a high-pressure duct 25.
  • the first valve sealing surface 9 of the control valve member 8 is in contact with the first valve seat 10, the connection between the fuel inlet 24 and the high-pressure channel 25 is thus interrupted.
  • the second valve seat 20 is arranged in the injector housing 1 between the high-pressure duct 25 and a second relief duct 26. If the second
  • Valve sealing surface 19 of the control valve member 8 in contact the second valve seat 20 the connection between the high pressure channel 25 and the second relief channel 26 is thus interrupted.
  • the fuel inlet 24 is connected to a control chamber 29 in the interior of the recess 12 via an inlet bore 27 provided in the end 11 of the control valve member 8 remote from the combustion chamber.
  • a control valve spring chamber 30 is formed outside the control chamber 29 within the bore 4 in the injector housing 1.
  • a control valve spring 31 is installed in the control valve spring chamber 30 between the end 11 of the control valve member 8 and the injector housing 1 remote from the combustion chamber.
  • the valve ball 16 In the position of the control valve shown in the figure, the valve ball 16 is lifted from its associated seat, so that the control chamber 29 is connected to the relief chamber via the relief channel 14.
  • the fuel which is supplied from the fuel inlet 24 and is under high pressure, ensures that the first valve sealing surface 9 of the control valve member 8 lifts off from the first valve seat 10 against the biasing force of the control valve spring 31.
  • the second valve sealing surface 19 of the control valve member 8 is then in contact with the second valve seat 20.
  • the fuel inlet 24 In the switching position of the control valve shown, the fuel inlet 24 is connected to the high-pressure channel 25. High-pressure fuel thus passes through the high-pressure channel 25 to the nozzle needle 5.
  • the distance between the first valve sealing surface 9 and the first valve seat 10 is shown enlarged to clarify the function of the control valve in the accompanying figure.

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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 beauschlagter 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 (19) abhebt. 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, 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.

Description

Common-Rail -Ini ektor
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
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gebildet wird, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes ist und die einen relativ zu dem Ventilgehäuse feststehenden Führungszapfen zumindest teilweise umgibt.
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 Injektorgehauses 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 Fuhrungszapfen 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 besonder 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 Ventilgehause 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.
Zeichnung
Die beiliegende Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors im Längsschnitt.
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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

Ansprüche
1. Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail -Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse (1) mit einem Kraf stoffzulauf (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 Ventildichtflache (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 (dx) 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-In ektor 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 zusteuern, der mit dem Entlastungsraum in Verbindung steht .
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