WO2007098989A1

WO2007098989A1 - Kraftstoffinjektor mit direkt betätigbarer düsennadel und variabler aktorhubübersetzung

Info

Publication number: WO2007098989A1
Application number: PCT/EP2007/050478
Authority: WO
Inventors: Thomas Pauer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2007-09-07
Also published as: DE102006008647A1; EP1989433A1

Abstract

Es wird ein Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Düsennadel (15) direkt betätigenden Aktor (30) vorgeschlagen. Der Aktor ist mit einem Kopplerkol¬ ben (31) verbunden und in einem Injektorkörper (10) angeordnet. Der Kopplerkolben (31) wirkt über einen Steuerraum (40) auf einen Düsennade lkolben (20) der Düsennadel (15) ein. Am Düsennadelkolben (20) ist eine Steuerhülse (26) axial verschiebbar geführt, wobei die Steuerhülse (26) zusätzlich in einer Führungsbohrung (24) eines Düsenkörpers (11) axial verschiebbar geführt ist. Die Steuerhülse (26) ist ebenfalls dem Steuerraum (40) ausgesetzt und wirkt mit einer Anschlagfläche (45) zur Ausbildung einer Zwischen¬ hubsteilung der Düsennadel (15) zusammen. Am Kopplerkolben (31) ist eine Schieber- hülse (34) axial verschiebbar geführt ist, die mit einer Dichtkante (26) gegen eine Stirn¬ fläche (39) drückt, so dass der Steuerraum (40) vom einem im Injektorkörper (10) ausge¬ bildeten Hochdruckraum (13) hydraulisch getrennt wird.

Description

Beschreibung

Titel

Kraftstoffini ektor mit direkt betätigbarer Düsennadel und variabler Aktorhubübersetzung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einer direkt betätigbaren Düsennadel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus DE 10 2004 028 522 Al bekannt. Bei diesem Kraftstoffmjektor ist zur Ausbildung des Steuerraums der aktorseitige Kopplerkolben im Injektorkörper hydraulisch dicht geführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den genannten Kraftstoffinjektor mit weniger

Führungsflächen einfacher auszuführen.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den gekennzeichneten Maßnahmen des Anspruchs

1 gelöst. Durch die Ausbildung einer Schieberhülse, die im Hochdruckraum des Injektorkörpers axial verschiebbar am aktorseitigen Kopplerkolben geführt ist, wird eine einfache Ausführung einer hydraulischen Abdichtung des Steuerraums geschaffen. Durch die Verwendung der Schieberhülse entfällt eine Führung des aktorseitigen Kopplerkol- bens im Injektorkörper.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich. Zur Ausbildung eines hydraulisch dichten Steuerraums ist die Schieberhülse mit eine Druckfeder vorgespannt, die die Schieberhülse mit einer Dichtkante gegen die Stirnfläche drückt, wobei die Stirnfläche zweckmäßigerweise an einer Zwi- schenplatte ausgebildet ist, die zwischen dem Injektorkörper und dem Düsenkörper angeordnet ist. Zur Einstellung der Zwischenhubsteilung ist es vorteilhaft, eine Ringscheibe vorzusehen, die im Düsenkörper angeordnet ist und die die Anschlagfläche für die Steuerhülse ausbildet. Bei einer ersten Ausführungsform ist die Düsennadel mit einem am Düsennadelkolben ausgebildeten Führungsabschnitt in der Steuerhülse und mit einem weiteren Führungsabschnitt zusätzlich im Düsenkörper und die Steuerhülse selbst in einer Führungsbohrung des Düsenkörpers axial verschiebbar geführt. Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Düsennadel nur mit einem am Düsennadelkolben ausgebildeten Führungsabschnitt in der Steuerhülse und die Steuerhülse selbst in einer Führungsboh- rang des Düsenkörpers axial verschiebbar geführt.

Ausführangsbeispiele

Zwei Ausführangsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einem ersten Ausführangsbeispiel und Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Ausschnittes des Kraftstoffinjektors in

Figur 1 gemäß einem zweiten Ausführangsbeispiel.

Der Kraftstoffinjektor gemäß Figur 1 und 2 weist ein Gehäuse mit einem Injektorkörper

10 und einem Düsenkörper 11 auf, wobei zwischen Injektorkörper 10 und Düsenkörper 11 beispielsweise eine Zwischenplatte 12 angeordnet ist. Im Injektorkörper 10 ist ein

Hochdrackraum 13 ausgebildet, der an ein nicht dargestelltes Hochdracksystem, beispielsweise an ein Common-Rail- System einer Dieseleinspritzanlage angeschlossen ist.

Im Düsenkörper 11 ist eine Düsennadel 15 axial verschiebbar geführt. An der Düsennadel 15 ist eine Drackschulter 16 ausgebildet, die in einen Düsennadeldrackraum 17 weist. Im

Düsenkörper 11 befinden sich an einer Kuppe Einspritzöffnungen 18, die in einen Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine weisen. Auf einem am Düsenkörper

11 ausgebildeten Düsennadelsitz 19 liegt eine an der Spitze der Düsennadel 15 ausgebildete Dichtfläche auf, so dass dadurch die Einspritzöffnungen 18 vom Düsennade ldrack- räum 17 getrennt sind. Die Düsennadel 15 weist an dem zur Spitze entgegengesetzten Endabschnitt einen Düsennade lkolben 20 mit einem Führungsabschnitt 21 auf, an dem eine Steuerhülse 26 axial verschiebbar geführt ist, wobei die Steuerhülse 26 mittels einer Druckfeder 27 gegen ei- nen am Düsennadelkolben 20 angeordneten Mitnehmer 28 gedrückt wird. Die Druckfeder

27 stützt sich bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 an einem Bund der Düsennadel 15 ab. Die Düsennadel 15 weist beim Ausführungsbeispiel in Figur 1 einen weiteren Führungsabschnitt 23 auf, mit dem die Düsennadel 15 zusätzlich am Düsenkörper 11 axial geführt ist. Die Steuerhülse 26 selbst ist in einer Führungsbohrung 24 des Düsenkörpers 11 axial verschiebbar geführt. Der Düsennadelkolben 20 ist mit einer Druckfläche 22 einem Steuerraum 40 ausgesetzt. Die Steuerhülse 26 besitzt eine Ringfläche 29 mit einem Durchmesser d2, wobei die Ringfläche 29 ebenfalls in den Steuerraum 40 weist. Zu der dem Steuerraum 40 ausgesetzten Druckfläche 22 gehört ebenfalls die am Mitnehmer 28 ausgebildete Ringfläche, die ebenfalls in den Steuerraum 40 weist, so dass die Druckflä- che 22 beim Ausführungsbeispiel in Figur 1 eine wirksamen Durchmesser d3 besitzt, der vom Durchmesser des Mitnehmer 28 gebildet wird. Durch die Führungen des Düssenn- adelkolbens 20 mit der Steuerhülse 26 und der Steuerhülse 26 mit dem Düsenkörper 11 wird der Steuerraum 40 zum Düsenkörper 11 hin hydraulisch vom Düsennadeldruckraum 17 getrennt.

Im Hochdruckraum 13 befindet sich ein Piezo- Aktor 30, an dem ein Kopplerkolben 31 mit einer weiteren Druckfläche 32 angebunden ist. Am Kopplerkolben 31 ist eine Führungsfläche 33 ausgebildet, an der eine Schieberhülse 34 axial verschiebbar geführt ist. Die Schieberhülse 34 ist mittels einer weiteren Druckfeder 35 vorgespannt und drückt mit einer Dichtkante 36 gegen eine Stirnfläche 39 der Zwischenplatte 12. Die Schieberhülse

34 trennt somit den Steuerraum 40 hydraulische vom Hochdruckraum 13. In den Steuerraum 40 weist neben der Druckfläche 22 und der Ringfläche 29 der Steuerhülse 26 auch die weitere Druckfläche 32 des Kopplerkolbens 31.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besitzt der Kopplerkolben 31 an der weiteren

Druckfläche 32 eine Vertiefung 37, in der eine dritte Druckfeder 38 eingelassen ist, die an der entgegengesetzten Seite gegen den Düsennadelkolben 20 drückt. Dadurch wird die Düsennadel 15 in den Düsennade lsitz 19 gestellt, so dass die Einspritzöffnungen 18 vom Düsennadeldruckraum 17 getrennt sind. - A -

In der Zwischenplatte 12 ist ein Durchbruch 42 ausgebildet, der eine Verbindung des Hochdruckraums 13 zu einem Verbindungskanal 43 herstellt, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen Hochdruckraum 13 und Düsennade ldruckraum 17 entsteht. Im Düsenkörper 11 ist eine Ringscheibe 44 angeordnet, die mit einer Anschlagfläche 45 einen mechanischer Anschlag für die Steuerhülse 26 bildet. Im geschlossnen Zustand der Düsennadel 15 ist die Ringfläche 29 der Steuerhülse 26 mit einem Abstand h von der Anschlagfläche 45 positioniert, wobei der Abstand h eine Zwischenhubsteilung für die Düsennadel 15 darstellt. Über die Dicke der Ringscheibe 44 lässt sich der Abstand h einstellen.

Beim Ausführungsbeispiel in Figur 2 ist der Düsennadelkolben 20 mit einem Bund 281 ausgeführt, an dem sich die Steuerhülse 26 abstützt, wobei hier die Druckfläche 22 durch den Durchmesser d3 des Bundes 281 gebildet wird. Außerdem ist die weitere Druckfläche 32 am Kopplerkolben 31 durchgehend ausgeführt, so dass sich die weitere Druckfe- der an den gegenüberliegenden Druckflächen 22 und 32 abstützt. Schließlich ist beim

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 am Düsenkörper 11 eine Auflage 111 ausgebildet, an der sich die Druckfeder 27 zum Vorspannen der Steuerhülse 26 abstützt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 besitzt die Düsennadel 15 keine zusätzliche Führung, sondern sie wird nur in der Steuerhülse 26 geführt. Die Steuerhülse 26 selbst ist wie beim Ausführungsbeispiel in Figur lim Düsenkörper 11 geführt.

Der Kraftstoffinjektor gemäß Figur 1 und 2 arbeitet folgendermaßen:

Im geschlossenen Zustand der Einspritzöffnungen 18 ist der Piezo- Aktor 30 bestromt.

Zum Einleiten einer Kraftstoffeinspritzung wird die Spannung am Piezo- Aktor 30 redu- ziert, so dass der Piezo- Aktor 30 sich in seiner Längenausdehnung verkürzt und dadurch der Kopplerkolben 31 eine ziehende Bewegung ausübt. Diese Ansteuerung wird auch als inverse Ansteuerung bezeichnet.

Im geschlossenen Zustand der Düsennadel 15 liegt die Ringfläche 29 der Steuerhülse 26 am Mitnehmer 28 (Figur 1) oder am Bund 281 (Figur 2) an. In diesem Zustand befindet sich die Ringfläche 29 der Steuerhülse 26 in einem definierten Abstand h von der Anschlagfläche 45. Durch die beschriebene Ansteuerung des Piezo-Aktors 30 und die ziehende Bewegung des Kopplerkolbens 31 wird das Volumen im Steuerraum 40 vergrößert, wodurch dort der Druck unter den im Hochdruckraum 17 anliegenden Systemdruck sinkt. Bei Erreichen eines kritischen Öffnungsdrucks öffnet die Düsennadel 15, wobei der Öffhungsdruck durch den Durchmesser d4 der Druckschulter 16 und dem Sitzdurchmesser d5 des Düsennade lsitzes 19 sowie durch den Durchmesser d2 der Steuerhülse 26 definiert wird. Bei einem relativ groß definierten Durchmesser d2 der Steuerhülse 26 stellt sich an der Düsennadel 15 ein relativ hoher Öffnungsdruck ein. Aufgrund dessen muss die Spannung am Piezo- Aktor 30 nur geringfügig abgesenkt werden, bis die Düsennadel

15 vom Düsennadelsitz 19 abhebt.

Die Düsennadel 15 bewegt sich nun gemeinsam mit der Steuerhülse 26 in Öffnungsrichtung. Dabei erfolgt am Düsennadelsitz 19 eine Druckunterwanderung, wobei als Überset- zungsverhältnis das Verhältnis des Durchmessers dl des Kopplerkolbens 31 zu dem

Durchmesser d2 der Steuerhülse 26 wirkt. Erst wenn die Ringfläche 29 der Steuerhülse 26 an der Anschlagfläche 45 angelangt ist, ändert sich das Übersetzungsverhältnis des Hubs des Piezo- Aktors 30 und des Hubs der Düsennadel 15. Um die Düsennadel 15 weiter zu öffnen, ist dabei eine weitere Druckabsenkung im Steuerraum 40 erforderlich, dass heißt, dass die Spannung am Piezo- Aktor 30 weiter abgesenkt werden muss, damit der

Kopplerkolben 31 eine weitere ziehende Bewegung ausführt. Ab einem zweiten kritischen Öffnungsdruck öffnet die Düsennadel 15 weiter und folgt dem Hub des Piezo- Aktors 30 mit einer nun wirksamen zweiten, größeren Übersetzung.

Der zweite kritische Öffnungsdruck hängt im Wesentlichen davon ab, wie groß der Druck unter der Spitze der Düsennadel 15 am Düsennadelsitz 19 ist. In diesem Fall wirkt dann mit dem Durchmesser dl des Kopplerkolbens 31 nur noch die Druckfläche 22 mit dem kleineren Durchmesser d3 zusammen, wodurch sich die Übersetzung des Hubs des Piezo- Aktors 30 auf die Düsennadel 15 erhöht.

Zum Schließen der Düsennadel 15 wird in umgekehrter Reihenfolge wie beim Öffnen vorgegangen. Die Düsennadel 15 zieht sich dabei aufgrund der Druckverluste am Düsennadelsitz 19 von selbst in den Sitz und nimmt dabei die Steuerhülse 26 mit.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Düsennadel (15) direkt betätigenden Aktor (30), welcher in einem Gehäuse angeordnet ist und mittels eines Kopplerkolbens (31) über einen Steuerraum (40) auf einen Düsennadelkolben (20) der Düsennadel (15) einwirkt, und mit einer Steuerhülse (26), die am Düsenna- delkolben (20) und zusätzlich im Gehäuse axial verschiebbar geführt ist, wobei die

Steuerhülse (26) ebenfalls dem Steuerraum (40) ausgesetzt ist und mit einer Anschlagfläche (45) zur Ausbildung einer Zwischenhubsteilung der Düsennadel (15) zusammenwirkt, und wobei in Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum (40) die Dü- sensnadel (15) von einem Düsennadelsitz (19) abgehoben wird und dadurch Kraft- stoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopplerkolben (31) eine

Schieberhülse (34) axial verschiebbar geführt ist, die mit einer Dichtkante (36) gegen eine Stirnfläche (39) drückt, so dass der Steuerraum (40) vom einem im Gehäuse ausgebildeten Hochdruckraum (13) hydraulisch getrennt ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberhülse

(34) durch eine Druckfeder (35) vorgespannt ist, die die Dichtkante (36) gegen die Stirnfläche (39) drückt.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (39) an einer Zwischenplatte (12) ausgebildet ist, die zwischen einem Injektorkörper

(10) und einem Düsenkörper (11) angeordnet ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringscheibe (44) angeordnet ist, die die Anschlagfläche (45) für die Steuerhülse (26) ausbildet.

5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) mit einem am Düsennadelkolben (20) ausgebildeten ersten Führungsabschnitt (21) in der Steuerhülse (26) und mit einem zweiten Führungsabschnitt (23) im Düsenkörper (11) und die Steuerhülse (26) in einer Führungsbohrung (24) des Düsenkörpers (11) axial verschiebbar geführt ist.

6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) mit einem am Düsennade lkolben (20) ausgebildeten Führungsabschnitt (21) in der Steuerhülse (26) und die Steuerhülse (26) in einer Führungsbohrung (24) des Düsenkörpers (11) axial verschiebbar geführt ist.