WO2008145517A1

WO2008145517A1 - Injektor

Info

Publication number: WO2008145517A1
Application number: PCT/EP2008/055901
Authority: WO
Inventors: Bernhard Arnold; Thomas Sommer; Friedmar Dresig
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2008-12-04
Also published as: DE102007025615A1; CN101680407A; BRPI0810792A2; EP2156048A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem in Abhängigkeit des Drucks in einer Steuerkammer (23) zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement und mit einem Steuerventil (24) mit dem der Druck in der Steuerkammer, die über eine Zulauf drossel (19) hydraulisch mit einem Hochdruckbereich des Injektors (1) verbunden ist, beeinflussbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zulauf drossel in das Ventilelement (4) eingebracht ist.

Description

Beschreibung

Titel Injektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 198 27 267 Al ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Der bekannte Injektor umfasst ein zweiteiliges Ventilelement, bestehend aus einer Steuerstange und einer Düsennadel. Dabei ist die Steuerstange längsverschieblich in einen Injektorkörper (Teil des Injektorgehäuses) aufgenommen. Mit ihrer Stirnseite begrenzt die Steuerstange eine in einem im Injektorkörper aufgenommenen Ventilstück angeordnete Steuerkammer, die über eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Ringraum (Hochdruckbereich) innerhalb des Injektorkörpers mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Bei geöffnetem Steuerventil strömt Kraftstoff aus der Steuerkammer in einen Niederdruckbereich des Injektors und von dort zu einem Injektorrücklauf, wobei die Durchflussquerschnitte der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein Nettoabfluss aus der Steuerkammer resultiert, wodurch das Ventilelement von seinem Ventilsitz abgehoben wird und somit Kraftstoff aus einer Düsenlochanordnung in den Brennraum der Brennkraft- maschine strömen kann. Die Führungsfunktion zur axial verschieblichen Führung der Steuerstange wird von dem in dem Injektorkörper aufgenommenen Ventilstück übernommen, in welches die Zulaufdrossel zur Versorgung der Steuerkammer mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff eingebracht ist. Der bekannte Injektor hat sich bewährt. Es bestehen jedoch Bestrebungen, den Aufbau des Injektors zu vereinfachen und gleichzeitig die Festigkeit des Injektorkörpers zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Injektor mit einem vereinfachten Aufbau und vorzugsweise einer erhöhten Druckfestigkeit vorzuschlagen.

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, die Zulaufdrossel zur Versorgung der Steuerkammer mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff nicht wie im Stand der Technik in einen hülsenförmigen Abschnitt eines Ventilstücks oder in eine an einem Ventilstück anliegende Hülse zu integrieren, sondern die Zulaufdrossel unmittelbar in dem einteiligen oder mehrteiligen Ventilelement vorzusehen. Das Konzept der Erfindung ermöglicht es, einen gemäß den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildeten Injektor zu realisieren. Insbesondere kann aufgrund der Erfindung auf einen hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstücks oder eine diesen ersetzende separate Hülse zur Aufnahme der Zulaufdrossel verzichtet werden. Daher ist es möglich, den Durchmesser des Injektorkörpers (Gehäuseteil des Injektors) zu reduzieren und/oder die Druckfestigkeit des Injektorkörpers zu erhöhen, da die Wandstärke des Injektors bei gleichbleibendem oder sogar geringerem Injektordurchmesser vergrößert werden kann. Eine Durchmesserreduzierung des Injektors hat vorteilhafterweise eine Material- und damit eine Gewichtseinsparung zur Folge. Bevorzugt handelt es sich bei der Zulaufdrossel um eine radial in den Ventilkörper eingebrachte Drosselbohrung. Mit Vorteil ist der Drosselbohrung eine sich radial nach außen erweiternde Aussparung im Ventilelement zugeordnet, um die Strömung durch die Zulaufdrossel zu vergleichmäßigen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Steuerkammer zumindest bereichsweise radial außen unmittelbar von dem Injektorkörper des Injektors begrenzt ist. Es wird also bewusst auf ein separates Bauteil zur radial äußeren Begrenzung der Steuerkammer verzichtet. Insbesondere wird auf einen hülsenförmigen Abschnitt eines Ventilstücks bzw. eine die Steuerkammer im Stand der Technik begrenzende, am Ventilstück anliegende Hülse verzichtet, wodurch der Injektorkörper schmaler als im Stand der Technik ausgeführt werden kann und ggf. die Druckfestigkeit des Injektors bei gleichem oder sogar geringerem Durchmesser erhöht werden kann. Im Rahmen der Weiterbildung liegt es, dass der Axialabschnitt der Steuerkammer, der radial außen von dem Injektorkörper begrenzt ist, nur zeitweise von den Injektorkörper begrenzt ist bzw. nur zeitweise, insbesondere bei geschlossenem Ventilelement überhaupt existent ist, insbesondere deshalb, weil der Axialabschnitt bei geöffnetem Ventilelement vollständig von dem Ventilelement eingenommen wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Ventilelement, welches die Steuerkammer in axialer Richtung begrenzt, unmittelbar am Injektorkörper, also an einem mindestens einen Druckraum und einen Ventilelementabschnitt umschließenden Gehäuseteil des Injektors geführt ist. Das Vorsehen einer Führungshülse zur axial verschieblichen Führung des Ventilelementes wird aufgrund der Weiterbildung der Erfindung überflüssig. Der Umfangsspalt zwischen dem Ventilelement und dem Injektorkörper bildet gleichzeitig einen Dichtspalt zur Abdichtung der Steuerkammer in Richtung der Injektorspitze.

Von besonderem Vorteil einer Ausführungsform, nach der die Zulaufdrossel über eine Bohrung, vorzugsweise einer Axialbohrung, besonders bevorzugt über eine zentrische Axialbohrung in dem Ventilelement mit dem radial außen von dem Injektorkörper begrenzten Axialabschnitt der Steuerkammer hydraulisch verbunden ist. Dabei ist die Bohrung Teil der Steuerkammer, d.h. von dem in ihr befindlichen Kraftstoff wirkt bei in Richtung des Niederdruckbereichs des Injektors geschlossener Steuerkammer eine Schließkraft auf das Ventilelement. Der Durchmesser dieser Bohrung wird mit Vorteil so gewählt, dass die Aufweitung des Ventilelementes in seinem Führungsabschnitt zu einer günstigen Spaltausbildung des Umfangsspaltes sich im Ventilelement und Injektorkörper im Hinblick auf Dichtheit und Verschleiß führt. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Steuerkammer auf der dem Ventilelement gegenüberliegenden Seite von einem Ventilstück, insbesondere einer Drosselplatte, begrenzt ist, wobei in das Ventilstück eine Ablaufdrossel eingebracht ist, durch die der Kraftstoff aus der Steuerkammer bei geöffnetem Steuerventil in den Niederdruckbereich des Injektors und von dort aus zum Injektorrücklauf strömen kann. Die Durchflussquerschnitte der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer in den Niederdruckbereich des Injektors resultiert .

Vorzugsweise hat das Ventilstück zusätzlich die Funktion eines Dichtsitzes für das Steuerventil. Bei dem Steuerventil kann es sich sowohl um ein mittels eines elektromagnetischen Aktuators oder mittels eines piezoelektrischen Aktuators angetriebenes Ventil handeln. Bevorzugt ist das Steuerventil als in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet, um auch zuverlässig Drücke über 2000 bar schalten zu können.

Um die aus der Steuerkammer auf das Ventilstück wirkenden Kräfte aufnehmen zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass sich das Ventilstück in axialer Richtung an einer inneren Ringschulter des Injektorkörpers abstützt, gegen die es vorzugsweise mittels eines weiteren Injektorbauteils gepresst wird.

Es ist zweckmäßig, wenn ein Hochdruckversorgungskanal, über den der Injektor mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, insbesondere aus einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail) versorgt wird, in einen Ringraum (Teil des Hochdruckbereichs) mündet, der radial außen von dem Injektorkörper begrenzt und von dem Ventilelement durchsetzt wird. Die in das Ventilelement eingebrachte Zulaufdrossel verbindet diesen Ringraum hydraulisch mit der Steuerkammer, so dass ein Nachströmen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff in die Steuerkammer sichergestellt ist. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der es sich bei dem den Ringraum versorgenden Hochdruckversorgungskanal um den einzigen Hochdruckversorgungskanal im Injektorkörper handelt, also der in den Ringraum einströmende Kraftstoff in axialer durch den Ringraum hindurch zu einer Düsenlochanordnung des Injektors strömen kann. Bevorzugt ist der Injektor dabei ohne eine Niederdruckstufe, also leckagefrei, ausgebildet.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Ringraum, in den der Hochdruckversorgungskanal des Injektors mündet, gegenüber der Steuerkammer über einen Führungsspalt zwischen dem Ventilelement und dem Injektorkörper abgedichtet ist. Um mögliche Leckageverluste aus dem Ringraum in die Steuerkammer bei geöffnetem Steuerventil zu minimieren, ist es von Vorteil, den am Injektorkörper geführten Führungsabschnitt des Ventilelementes möglichst lang auszubilden.

Insbesondere das Vorsehen nur eines Hochdruckversorgungskanals im Injektor, vorzugsweise im Injektorkörper, ermöglicht es, gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einen Hochdruckanschluss zum Anschluss des Injektors an eine Hochdruckversorgungsleitung entweder direkt am Injektorkörper festzulegen, insbesondere anzuweißen, oder bevorzugt einstückig mit dem Injektorkörper auszubilden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigt in der einzigen Fig. 1 eine unvollständige schematische Darstellung eines Injektors.

Ausführungsform der Erfindung

In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Injektor 1 weist als Gehäuse einen Injektorkörper 2 sowie einen endseitigen Düsenkörper 3 auf, die gegeneinander mit einer nicht dargestellten Überwurfmutter in üblicher Weise verspannt sind. Dabei durchsetzt der Düsenkörper 3 die Düsenspannmutter in axialer Richtung.

Innerhalb des Injektorkörpers 2 sowie innerhalb des Düsenkörpers 3 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel einteiliges Ventilelement 4 axial verschieblich aufgenommen. Das Ventilelement 4 weist an seinem in der Zeichnungsebene unteren Ende eine Spitze 5 mit einer Schließfläche 6 auf, mit welcher es in dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 3 ausgebildeten Ventilsitz 7 bringbar ist.

Wenn das Ventilelement 2 am Ventilsitz 7 anliegt, d.h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 8 gesperrt. Ist sie dagegen vom Ventilsitz 7 angehoben, kann Kraftstoff aus einem Druckraum 9 (Hochdruckbereich) zwischen dem Ventilelement 4 und der Innenseite des Düsenkörpers 3 hindurch und an der Spitze 5 vorbei zur Düsenlochanordnung 8 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Rail- Druck) stehend in den Brennraum gespritzt werden.

Der Injektor 1, bzw. der ringförmige Druckraum 9, der gebildet ist zwischen dem Außenumfang des Ventilelementes 4 und der inneren Umfangswand einer Stufenbohrung 10 innerhalb des Injektorkörpers 2 sowie innerhalb des Düsenkörpers 3 wird mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher 11 (Rail) versorgt. Der Kraftstoff strömt dabei von dem Kraftstoffhochdruckspeicher 11 über eine Zuleitung 12, durch einen nicht gezeigten, einstückig mit dem Injektorkörper 2 ausgebildeten Hochdruckanschluss in einen als Schrägbohrung ausgebildeten Hochdruckversorgungskanal 13 innerhalb des Injektorkörpers 2. Der Hochdruckversorgungskanal 13 mündet dabei in eine Ausbuchtung 14 innerhalb des Injektorkörpers 2. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 11 wird von einer, insbesondere als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe 15 mit Kraftstoff aus einem auf Niederdruck liegenden Vorratsbehälter 16 versorgt.

Über einen Rücklauf 17 strömt eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich 18 des Injektors 1 zu dem Vorratsbehälter 16 und wird über die Hochdruckpumpe 15 wieder dem Hochdruck- Kreislauf zugeführt.

Im Bereich der Ausbuchtung 14 ist in dem Ventilelement 4 eine Zulaufdrossel 19 eingebracht. Die Zulaufdrossel 19 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Radialbohrung ausgebildet. Der Zulaufdrossel 19 ist eine sich zumindest näherungsweise konisch in Richtung der Zulaufdrossel ver- jungende Ausnehmung 20 im Ventilelement 4 vorgeordnet. Durch die Zulaufdrossel 19 strömt unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Druckraum 9 in eine als Sacklochbohrung ausgebildete Axialbohrung 21 innerhalb des Ventilelementes 4. Die Axialbohrung 21 ist zentrisch innerhalb des Ventilelementes 4 angeordnet und geht von einer oberen Stirnseite 22 des Ventilelementes 4 aus. Die Axialbohrung 21 ist Teil einer Steuerkammer 23, die mittels eines schematisch dargestellten Steuerventils 24 mit dem Niederdruckbereich 18 des Injektors 1 verbindbar ist. Werden Elektromagnete 25 eines elektromagnetischen Aktuators 26 bestromt, so wirkt auf eine Ankerplatte 27 eine öffnende Kraft in der Zeichnungsebene nach oben, wodurch ein einstückig mit der Ankerplatte 27 ausgebildeter Steuerventilkolben 28 in der Zeichnungsebene nach oben bewegt wird. Hierdurch hebt eine von dem Steuerventilkolben 28 gehaltene Steuerventilkugel 29 von ihren Ventilsitz 30 an einem Ventilstück 31, welches gegen eine innere Ringschulter 40 des Injektorkörpers 2 verspannt und somit ortsfest innerhalb des Injektorkörpers 2 gehalten ist, ab, wodurch der Kraftstoff aus der Steuerkammer 23 durch eine kavitierende Ablaufdrossel 32 innerhalb des Ventilstücks 31 hindurch in den Niederdruckbereich 18 und damit zum Rücklauf 17 strömen kann. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 19 und der Ablaufdrossel 32 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 24 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 23 resultiert. Da die Steuerkammer 23 in axialer Richtung von dem Ventilelement 4 begrenzt ist, resultiert hieraus eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf das Ventilelement 4, wodurch dieses von seinem Ventilsitz 7 abhebt und den Kraftstofffluss aus dem Druckraum 9 durch die Düsenlochanordnung 8 in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt.

Soll der Einspritzvorgang beendet werden, so wird die Bestromung der Elektromagnete 25 unterbrochen, wodurch das Steuerventil 24 schließt und der Druck (Steuerdruck) in der Steuerkammer 23 aufgrund des durch die Zulaufdrossel 19 zuströmenden, unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes rapide ansteigt, wodurch die in Schließrichtung das Ventilelemente 4 wirkenden Kräfte überwiegen und das Ventilelement 4 mit seiner Schließfläche 6 in dichte Anlage an den Ventilsitz 7 am Düsenkörper 3 kommt. Eine Schließfeder 41, die sich in axialer Richtung an einer Ringschulter 42 innerhalb des Injektorkörpers 2 und anderenends an einem am Ventilelement 4 gehaltenen Sicherungsring 43 abstützt, wird die Schließbewegung des Ventilelementes 4 unterstützt.

Wie erläutert, ist die Axialbohrung 21 Teil der Steuerkammer 23. Die Axialbohrung 21 mündet in einen Axialabschnitt 33 der Steuerkammer 23, der radial außen von dem Injektorkörper 2 begrenzt wird. In axialer Richtung wird dieser Axialabschnitt 33 begrenzt von der oberen Stirnseite 22 des Ventilelementes 4 sowie von einer unteren Stirnseite 34 eines in einen Bohrungsabschnitt 35 innerhalb des Injektorkörpers 2 hineinragenden Endabschnittes 36 des als Drosselplatte ausgebildeten Ventilstücks 31. Im geöffneten Zustand des Ventilelementes 4 liegt das Ventilelement 36 an der unteren Stirnseite 34 des Endabschnittes 36 des Ventilstückes 31 an, welches als Anschlag zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Ventilelementes 4 dient. Im geöffneten Zustand des Ventilelementes 4, also während des Einspritzvorgangs ist die Steuerkammer 23 also im wesentlichen ausschließlich von den Umfangswänden der Axialbohrung 21 sowie einer in die entgegengesetzte Richtung verlaufenden Sacklochbohrung 37 im Ventilstück 31 begrenzt, da der Axialabschnitt 33 vollständig von dem Ventilelement 4 eingenommen ist.

Der Axialabschnitt 33 der Steuerkammer 23 wird in der Zeichnungsebene nach unten, also in Richtung des Druckraums 9, abgedichtet über einen Führungsspalt (Umfangsspalt) radial zwischen einem Führungsabschnitt 39 des Ventilelementes 4 sowie dem Bohrungsabschnitt 35 (Führungsabschnitt) des Injektorkörpers 2. Das Ventilelement wird mit seinem Führungsabschnitt 39 axial verschieblich unmittelbar von dem Injektorkörper 2 geführt. Durch eine entsprechende Wahl des Durchmessers der Axialbohrung 21 kann die Aufweitung des Führungsabschnittes 39 bestimmt und damit Einfluss auf die Breite des Führungsspaltes 38 genommen werden.

Claims

Ansprüche

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Inj ektor, mit einem in Abhängigkeit des Drucks in einer Steuerkammer (23) zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Bennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (4) und mit einem Steuerventil (24) mit dem der Druck in der Steuerkammer (23) , die über eine Zulaufdrossel (19) hydraulisch mit einem Hochdruckbereich des Injektors (1) verbunden ist, beeinflussbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Zulaufdrossel (19) in das Ventilelement (4) eingebracht ist.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialabschnitt (33) der Steuerkammer (23) , zumindest zeitweise, radial außen von einem Injektorkörper (2) begrenzt ist.

3. Injektor nach 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4), insbesondere unmittelbar, benachbart zu dem Axialabschnitt (33) der Steuerkammer (23) am Injektorkörper (2) axial verschieblich geführt ist.

4. Injektor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zulaufdrossel (19) eine Bohrung, vorzugsweise eine Axialbohrung (21), in dem Ventilelement (4) zu dem Axialabschnitt (33) führt.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkammer (23) auf der dem Ventilelement (4) gegenüberliegenden Seite von einem Ventilstück (31) mit Ablaufdrossel (32) begrenzt ist.

6. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (7) des Steuerventils (24) an dem Ventilstück (31) ausgebildet ist.

7. Injektor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ventilstück (31) an einer inneren Ringschulter (40) des Injektorkörpers (2) abstützt.

8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckversorgungskanal (13) des Injektors (1) in einen von dem Ventilelement (4) durchsetzten Ringraum mündet, der über die Zulaufdrossel hydraulisch mit der Steuerkammer (23) verbunden ist.

9. Injektor nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum gegenüber der Steuerkammer (23) über einen Führungsspalt zwischen dem Ventilelement (4) und dem Injektorkörper (2) abgedichtet ist.

10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckanschluss des Injektors (1) am Injektorkörper (2) festgelegt, insbesondere angeschweißt, oder einstückig mit dem Injektorkörper (2) ausgebildet ist.