WO2006125689A1 - Injektor für ein kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Injektor für ein kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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WO2006125689A1
WO2006125689A1 PCT/EP2006/061264 EP2006061264W WO2006125689A1 WO 2006125689 A1 WO2006125689 A1 WO 2006125689A1 EP 2006061264 W EP2006061264 W EP 2006061264W WO 2006125689 A1 WO2006125689 A1 WO 2006125689A1
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Thomas-Christian Hofmann
Manfred Giel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention is based on an injector for a
  • a fuel injection system of an internal combustion engine having a control chamber, wherein the control chamber via a drain throttle and a control valve with a fuel return is hydraulically connectable, wherein the control valve has a guide plate for guiding an actuator, and wherein the control amount of the injector is discharged through the guide plate into the fuel return ,
  • the injectors work very reliably.
  • the injected fuel quantity is set as a function of the desired power and the operating point of the internal combustion engine over the drive duration of the injectors. This type of power control operates only satisfactory if there is a direct relationship between the control period of the control valve and the injected fuel quantity.
  • Control valve and the injected fuel quantity not consists. This effect occurs especially in the range of small actuation times and depends on the tolerance position of the components used for the construction of the injector.
  • the invention has for its object to provide an injector whose characteristic always has a direct relationship between the Anêtdauer and the injection quantity even at the most unfavorable tolerance position of the components used and thus allow accurate metering of the desired injection quantities over the entire characteristic of the injector.
  • an injector for a fuel injection system of an internal combustion engine with a control chamber, wherein the control chamber via an outlet throttle and a control valve with a fuel return is hydraulically connected, wherein the control valve has a guide plate for guiding an actuator, and wherein the control amount of the injector through the guide plate in the
  • Fuel return is dissipated, solved in that the guide plate has at least three uniformly distributed over the circumference openings, and that the control amount of the injector is discharged through the at least three openings.
  • the control amount can be dissipated particularly quickly. Because of the rotationally symmetrical structure of the guide plate no lateral forces act on the valve member, so that improves its performance.
  • the at least three openings pressure waves resulting from the adjusting movement of the valve member can be rapidly degraded by the at least three openings pressure waves resulting from the adjusting movement of the valve member, so that the inclination of the valve member is reduced for bouncing.
  • the openings simultaneously act as a damping element for the pressure waves.
  • the guide plate according to the invention it is provided that four openings are provided in the guide plate and these four openings are arranged at an angle of 90 ° to each other.
  • valve member is designed as an anchor bolt, wherein the anchor bolt is guided in a sleeve of the guide plate.
  • control valve comprises an electromagnet, which attracts the armature bolt against a spring force in the energized state and thus brings the valve member in its open position.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an injector according to the invention in section
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1,
  • FIG. 5 shows the characteristic of an injector according to the invention. Description of the embodiments
  • Reference numeral 1 provided injector shown in section.
  • a control piston 3 and a nozzle needle 5 are slidably guided and supported in the axial direction. At its end facing away from the nozzle needle 5, the control piston 3 opens into a control chamber 7. Between the control chamber 7 and a fuel return 9, a discharge throttle 11 and a control valve provided in its entirety by the reference numeral 13 are arranged.
  • the area of the injector 1, which comprises the control piston 3 and the nozzle needle 5, will not be explained in more detail, since the operation of an injector is known to any person skilled in the art of injection technology.
  • the control valve 13 comprises a valve member 15, which in the embodiment shown in FIG. 2 is designed as a ball.
  • This valve member 15 is pressed by an anchor bolt 17 in a valve seat 19.
  • This position is shown in Figure 2 and represents the closed position of the control valve 3. In this closed position and the nozzle needle 5 of the injector 1 is closed.
  • the control valve 13 is closed, takes place in the manner known from the prior art via an inlet throttle 21, a pressure compensation between the control chamber 7 and the other high-pressure areas of the injector 1 instead.
  • the anchor bolt 17 is guided axially displaceably in a sleeve 23, which is part of a guide plate 25.
  • a sleeve 23 which is part of a guide plate 25.
  • an anchor plate 27 is pressed onto the anchor bolt 17 and with
  • the anchor bolt 17 is pressed by a closing spring 31 in the closed position.
  • the stroke h of the anchor bolt 17 is limited by a shoulder 33 on the anchor bolt 17.
  • a compression spring 35 is clamped, which holds the anchor plate 27 in abutment against the retaining ring 29.
  • the spring rate and the bias of the compression spring 35 is much smaller than that of the closing spring 31, so that the force exerted by the closing spring 31 on the anchor bolt 17 closing force is greater than the force of the compression spring counteracting this closing force.
  • an electromagnet 37 is disposed above the anchor plate 27, which attracts the armature plate 27 in the energized state and with it the anchor bolt 17 against the force of the closing spring 31 and thus the control valve 13 opens.
  • openings 39 are provided which each include an angle of 90 ° to each other. Characterized in that the four openings 39 are distributed over the entire circumference of the guide plate 25, a particularly good performance of the control valve 13 and with it the injector 1 is achieved. This operating behavior, especially in the area of very small injection quantities, is improved by the fact that, on the one hand, the control quantity can be quickly removed from the control chamber 7, the outlet throttle 11 and the valve member 15 via the large cross-section of openings 39. As a result, the control valve 13 opens quickly, which has a positive effect on the metering smallest fuel injection quantities.
  • the openings 39 at the same time have a damping effect, the pressure waves, which are triggered by the adjusting movement of the control valve 13, are not reflected at the guide plate 25 or only to a very limited extent. For the most part, the energy present in the pressure waves is dissipated at the openings 39. As a result, the so-called bouncing or an unstable behavior of the valve member 15 is effectively prevented, which also has a positive effect on the performance of the control valve 13 and the injector 1.
  • the invention is not limited to guide plates 25 with four openings 39. Other numbers of openings 39 are possible. Above all, however, it is important that at least three openings 39 are distributed uniformly over the circumference.
  • FIG. 4 shows the characteristic curve of a conventional injector.
  • the control period T A is plotted on the X axis, while the ordinate represents the injection quantity in mm 3 per injection E. From this characteristic curve according to FIG. 4, it becomes clear that the characteristic curve in the range of approximately 0.8 mm 3 / injection plateau having. This plateau is characterized in that the injection quantity remains almost constant even when the drive duration T A is changed. This means that in the area of the plateau the injection quantity can not be influenced by a change in the activation time T A. This results in impairments of the performance of the injector and the dispersion of the performance of different copies of a mass-produced injector increases sharply.
  • each actuation period T A can be assigned a specific injection quantity. This makes it possible to control any desired injection quantity with very high accuracy over the control period T A of the control valve 13. This results in particular in the field of small and smallest injection quantities advantages of the injector according to the invention over known from the prior art injectors, which makes positive not least in a better performance of the internal combustion engine and reduced emissions.

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Abstract

Es wird ein Injektor für ein Kraftstoff einspritzsystem vorgeschlagen, dessen Betriebsverhalten insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Einspritzmengen gegenüber herkömmlichen Injektoren verbessert ist; mit einem Steuerraum (7) , wobei der Steuerraum (7) über eine Ablauf drossel (11) und ein Steuerventil (13) mit einem Kraf Stoff rücklauf (9) hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil (13) mit einem Kraf Stoff rücklauf (9) hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil (13) eine Führungsplatte (25) zur Führung eines Stellglieds (17) aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte (25) in den Kraf Stoff rücklauf (9) abgeführ wird, die Führungsplatte (25) mindestens drei gleichmässig über den Umfang verteilte Öffnungen aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die mindestens drei Öffnungen (39) abgeführt wird.

Description

Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Injektor für ein
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum über eine Ablaufdrossel und ein Steuerventil mit einem Kraftstoffrücklauf hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil eine Führungsplatte zur Führung eines Stellglieds aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte hindurch in den Kraftstoffrücklauf abgeführt wird.
Diese Injektoren arbeiten sehr zuverlässig. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird in Abhängigkeit der gewünschten Leistung und des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine über die Ansteuerdauer der Injektoren eingestellt. Diese Art der Leistungsregelung arbeitet nur dann zufriedenstellend, wenn ein direkter Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer des Steuerventils und der eingespritzten Kraftstoffmenge besteht.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass in Einzelfällen dieser direkte Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer des
Steuerventils und der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht besteht. Dieser Effekt tritt vor allem im Bereich kleiner Ansteuerzeiten auf und hängt von der Toleranzlage der für den Bau des Injektors verwandten Bauteile ab.
In diesen Fällen stellt sich ein sogenanntes Plateau in der Kennlinie der Einspritzmenge ein. Dieses Plateau erschwert vor allem die genaue Zumessung kleiner und kleinster Einspritzmengen .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor bereitzustellen, dessen Kennlinie auch bei ungünstigster Toleranzlage der verwendeten Bauelemente stets einen direkten Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauer und der Einspritzmenge hat und somit die genaue Zumessung der gewünschten Einspritzmengen über die gesamte Kennlinie des Injektors ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum, wobei der Steuerraum über eine Ablaufdrossel und ein Steuerventil mit einem Kraftstoffrücklauf hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil eine Führungsplatte zur Führung eines Stellglieds aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte in den
Kraftstoffrücklauf abgeführt wird, dadurch gelöst, dass die Führungsplatte mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen aufweist, und dass die Steuermenge des Injektors durch die mindestens drei Öffnungen abgeführt wird.
Es hat sich bei PrüfStandsversuchen herausgestellt, dass das Betriebsverhalten des Steuerventils und mit ihm das Betriebsverhalten des Injektors vor allem im Bereich kleiner Ansteuerdauer und demzufolge auch kleinster Kraftstoffeinspritzmengen signifikant verbessert wird, wenn die Leckage und Steuermenge des Injektors an mindestens durch drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Öffnungen der Führungsplatte abfließen kann.
Durch den in der Summe großen Querschnitt der Öffnungen kann die Steuermenge besonders rasch abgeführt werden. Wegen des rotationssymmetrischen Aufbaus der Führungsplatte wirken keine Seitenkräfte auf das Ventilglied, so dass sich dessen Betriebsverhalten verbessert.
Außerdem können durch die mindestens drei Öffnungen Druckwellen, die durch die Stellbewegung des Ventilglieds entstehen, rasch abgebaut werden, so dass die Neigung des Ventilglieds zum Prellen vermindert wird. Die Öffnungen wirken gleichzeitig als Dämpfungselement für die Druckwellen.
Vorteile der Erfindung
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Führungsplatte ist vorgesehen, dass vier Öffnungen in der Führungsplatte vorgesehen sind und diese vier Öffnungen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Es hat sich als vorteilhaft und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als günstig erwiesen, wenn die Öffnungen in der Führungsplatte als kreisrunde Bohrungen ausgeführt sind.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäß ausgestalteten Führungsplatte, wenn das Ventilglied des Steuerventils als Kugel ausgebildet ist, weil durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Führungsplatte seitliche Auslenkungen des Ventilglieds vermieden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Ventilglied als Ankerbolzen ausgeführt, wobei der Ankerbolzen in einer Hülse der Führungsplatte geführt wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Steuerventil einen Elektromagnet, der in bestromtem Zustand den Ankerbolzen gegen eine Federkraft anzieht und so das Ventilglied in seine Offen-Stellung bringt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors im Schnitt,
Figur 2 ein Detail aus Figur 1,
Figur 3 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Führungsplatte in zwei Ansichten,
Figur4 die Kennlinie eines Injektors nach dem Stand der Technik, und
Figur 5 die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Injektors. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 1 versehener Injektor im Schnitt dargestellt.
In einem Gehäuse 2 des Injektors sind ein Steuerkolben 3 sowie eine Düsennadel 5 in axialer Richtung verschiebbar geführt und gelagert. An seinem der Düsennadel 5 abgewandten Ende mündet der Steuerkolben 3 in einen Steuerraum 7. Zwischen dem Steuerraum 7 und einem Kraftstoffrücklauf 9 sind eine Ablaufdrossel 11 und ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 13 versehenes Steuerventil angeordnet.
In Figur 2 ist der Bereich zwischen Steuerraum 7 und Kraftstoffrücklauf 9 stark vergrößert und im Detail dargestellt. Anhand der Figur 2 wird dieser Bereich des Injektors nachfolgend noch ausführlich erläutert.
Der Bereich des Injektors 1, der den Steuerkolben 3 und die Düsennadel 5 umfasst, wird nicht näher erläutert, da die Funktionsweise eines Injektors jedem Fachmann auf dem Gebiet der Einspritztechnik bekannt ist.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, umfasst das Steuerventil 13 ein Ventilglied 15, das bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugel ausgeführt ist. Dieses Ventilglied 15 wird von einem Ankerbolzen 17 in einen Ventilsitz 19 gepresst. Diese Position ist in Figur 2 dargestellt und stellt die Schließstellung des Steuerventils 3 dar. In dieser Schließstellung ist auch die Düsennadel 5 des Injektors 1 geschlossen. Wenn das Steuerventil 13 geschlossen ist, findet in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise über eine Zulaufdrossel 21 ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 7 und den übrigen mit Hochdruck beaufschlagten Bereichen des Injektors 1 statt.
Der Ankerbolzen 17 wird in einer Hülse 23, die Teil einer Führungsplatte 25 ist, axial verschiebbar geführt. An dem in Figur 2 oberen Ende des Ankerbolzens 17 ist eine Ankerplatte 27 auf den Ankerbolzen 17 aufgepresst und mit
Hilfe eines Sicherungsrings 29 in axialer Richtung fixiert.
Der Ankerbolzen 17 wird von einer Schließfeder 31 in die Schließstellung gedrückt. Der Hub h des Ankerbolzens 17 wird durch einen Absatz 33 am Ankerbolzen 17 begrenzt.
Zwischen der Führungsplatte 25 und der Ankerplatte 27 ist eine Druckfeder 35 eingespannt, welche die Ankerplatte 27 in Anlage an dem Sicherungsring 29 hält. Die Federrate und die Vorspannung der Druckfeder 35 ist sehr viel kleiner als die der Schließfeder 31, so dass die von der Schließfeder 31 auf den Ankerbolzen 17 ausgeübte Schließkraft größer ist als die dieser Schließkraft entgegenwirkende Kraft der Druckfeder 35.
In Figur 2 ist oberhalb der Ankerplatte 27 ein Elektromagnet 37 angeordnet, der in bestromtem Zustand die Ankerplatte 27 und mit ihr den Ankerbolzen 17 gegen die Kraft der Schließfeder 31 anzieht und somit das Steuerventil 13 öffnet.
In der Führungsplatte 25, die in Figur 3 detailliert dargestellt ist, sind vier Öffnungen 39 vorgesehen, die jeweils zueinander einen Winkel von 90° einschließen. Dadurch, dass die vier Öffnungen 39 über den gesamten Umfang der Führungsplatte 25 verteilt sind, wird ein besonders gutes Betriebsverhalten des Steuerventils 13 und mit ihm des Injektors 1 erzielt. Dieses Betriebsverhalten, vor allem im Bereich kleinster Einspritzmengen, wird dadurch verbessert, dass einerseits über den in Summe großen Querschnitt der von Öffnungen 39 die Steuermenge rasch aus dem Steuerraum 7, der Ablaufdrossel 11 sowie dem Ventilglied 15 abgeführt werden kann. Dadurch öffnet das Steuerventil 13 schnell, was sich positiv auf die Zumessung kleinster Kraftstoffeinspritzmengen auswirkt.
Weil die Öffnungen 39 gleichzeitig eine Dämpfungswirkung haben, werden die von der Stellbewegung des Steuerventils 13 ausgelösten Druckwellen an der Führungsplatte 25 nicht oder nur in sehr geringem Umfang reflektiert, . Größtenteils wird die in den Druckwellen vorhandene Energie an den Öffnungen 39 dissipiert. Dadurch wird das sogenannte Prellen beziehungsweise ein instabiles Verhalten des Ventilglieds 15 wirksam unterbunden, was sich ebenfalls positiv auf das Betriebsverhalten des Steuerventils 13 und des Injektors 1 auswirkt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Führungsplatten 25 mit vier Öffnungen 39 beschränkt. Es sind auch andere Zahlen von Öffnungen 39 möglich. Vor allem ist jedoch von Bedeutung, dass mindestens drei Öffnungen 39 gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
In Figur 4 ist die Kennlinie eines herkömmlichen Injektors aufgetragen. Auf der X-Achse ist die Ansteuerdauer TA aufgetragen, während in der Ordinate die Einspritzmenge in mm3 pro Einspritzung E aufgetragen ist. Aus dieser Kennlinie gemäß Figur 4 wird deutlich, dass die Kennlinie im Bereich von etwa 0,8 mm3/Einspritzung ein Plateau aufweist. Dieses Plateau ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge auch bei geänderter Ansteuerdauer TA nahezu konstant bleibt. Dies bedeutet, dass im Bereich des Plateaus durch eine Änderung der Ansteuerdauer TA die Einspritzmenge nicht beeinflusst werden kann. Daraus ergeben sich Beeinträchtigungen des Betriebsverhaltens des Injektors und die Streuung des Betriebsverhaltens verschiedener Exemplare eines in Serie gefertigten Injektors nimmt stark zu.
Bei dem erfindungsgemäßen Injektor, dessen Kennlinie exemplarisch in Figur 5 dargestellt ist, fehlt das zuvor beschriebene Plateau vollständig. Es ist vielmehr so, dass jeder Ansteuerdauer TA eine bestimmte Einspritzmenge zugeordnet werden kann. Dadurch ist es möglich, über die Ansteuerdauer TA des Steuerventils 13 jede gewünschte Einspritzmenge mit sehr großer Genauigkeit anzusteuern. Daraus ergeben sich insbesondere im Bereich kleiner und kleinster Einspritzmengen Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Injektoren, die sich nicht zuletzt in einem besseren Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine und verringerten Emissionen positiv bemerkbar macht.

Claims

Ansprüche
1. Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerraum (7), wobei der Steuerraum (7) über eine Ablaufdrossel (11) und ein Steuerventil (13) mit einem Kraftstoffrücklauf (9) hydraulisch verbindbar ist, wobei das Steuerventil (13) eine Führungsplatte (25) zur Führung eines Stellglieds (17) aufweist, und wobei die Steuermenge des Injektors durch die Führungsplatte (25) in den Kraftstoffrücklauf (9) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsplatte (25) mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen (39) aufweist, und dass die Steuermenge des Injektors durch die mindestens drei Öffnungen (39) abgeführt wird.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Öffnungen (39) in der Führungsplatte (25) vorgesehen sind, und dass die vier Öffnungen (39) in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
3. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Öffnungen (39) in der Führungsplatte (25) als kreisrunde Bohrungen ausgeführt sind.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Ventilglied (15) des Steuerventils (13) als Kugel ausgeführt ist.
5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als Ankerbolzen (17) ausgeführt ist, und dass der Ankerbolzen (17) in einer Hülse (23) der Führungsplatte (25) geführt wird.
6. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil einen Elektromagnet (37) umfasst, und dass der Elektromagnet (37) in bestromtem Zustand das
Ventilglied (17) gegen eine Schließfeder (31) anzieht.
PCT/EP2006/061264 2005-05-25 2006-04-03 Injektor für ein kraftstoffeinspritzsystem WO2006125689A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009121648A1 (de) * 2008-04-02 2009-10-08 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor mit magnetventil

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