WO2021233653A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2021233653A1
WO2021233653A1 PCT/EP2021/061101 EP2021061101W WO2021233653A1 WO 2021233653 A1 WO2021233653 A1 WO 2021233653A1 EP 2021061101 W EP2021061101 W EP 2021061101W WO 2021233653 A1 WO2021233653 A1 WO 2021233653A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
chamber
membrane
fuel injector
pressure sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/061101
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Giessauf
Sven Pasedach
Franz Guggenbichler
Florian MOESENBICHLER
Thibault Jean Roger HENRION
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP21723167.9A priority Critical patent/EP4153857A1/de
Publication of WO2021233653A1 publication Critical patent/WO2021233653A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/005—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247—Pressure sensors

Definitions

  • the invention relates to a fuel! Injector of the type used to inject fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel is introduced directly into a combustion chamber.
  • Injectors are used that inject the compressed and high-pressure fuel through narrow injection openings into the combustion chamber, which is finely atomized in the process.
  • the finely atomized fuel together with the air in the combustion chamber, forms an ignitable mixture which, due to the fine atomization, burns off effectively and thus enables the internal combustion engine to perform well.
  • the injector has a nozzle needle which is piston-shaped and which is arranged in a longitudinally displaceable manner in a pressure chamber which is filled with fuel under high pressure.
  • the nozzle needle opens and closes the injection openings through its longitudinal movement, the movement of the nozzle needle being controlled servo-hydraulically, i.e. via the fuel pressure in a control room, through which a hydraulic closing force exerts on the nozzle needle.
  • the fuel pressure in the control room is controlled via a control valve that regulates the pressure in the control room either electromagnetically or with the aid of a piezo actuator.
  • the electromagnet or the piezo actuator of the control valve can be controlled very precisely by a control device.
  • a control device it must be taken into account that there is a time lag between the control current and the actual movement of the nozzle needle, since the control valve is only activated with a certain time delay to an actual movement of the nozzle needle and thus to the start or end of the injection leads.
  • the movement of the nozzle needle can, for example, be recorded precisely via the pressure curve in the control chamber.
  • a fuel injector is known from DE 102015 207307 A1, in which the control chamber is connected to a pressure chamber via a connecting hole.
  • the pressure chamber is separated from a pressure sensor by a membrane, the membrane being deformable by the pressure.
  • a change in pressure in the control chamber thus also causes a change in pressure in the pressure chamber and thus a change in deformation of the membrane corresponding to the pressure, which can be detected by the pressure sensor.
  • the exact point in time at which the nozzle needle opens and closes can then be determined and the control signal at the control valve can be readjusted if necessary.
  • the membrane that separates the pressure chamber from the pressure sensor is part of a valve plate in which the pressure sensor and the pressure chamber are formed.
  • the membrane which is formed in one piece with the valve plate, remains between the pressure chamber and the pressure sensor through corresponding recesses.
  • the fuel injector according to the invention has the advantage that precise control of the injection is made possible and there is great freedom in the structural implementation of the fuel injector.
  • the fuel! injector on a multi-part housing, the housing parts opposing n one another are clamped in a liquid-tight manner.
  • the housing there is a pressure chamber that can be filled with fuel and that has a nozzle needle that can be longitudinally displaced therein and that interacts with a nozzle seat to open and close at least one injection opening. With its end facing away from the nozzle seat, the nozzle needle delimits a control chamber, the pressure of which exerts a closing force acting on the nozzle needle in the direction of the nozzle seat.
  • a pressure chamber which is hydraulically connected to the control chamber and a pressure sensor which is designed to measure the pressure in the pressure chamber.
  • a membrane is arranged between the pressure chamber and the pressure sensor and separates the pressure sensor from the pressure chamber in a liquid-tight manner, the membrane being clamped between two housing parts.
  • the membrane is designed as a separate component which is clamped between the two housing components.
  • the membrane separates the pressure chamber from the pressure sensor so that the pressure sensor is not subjected to fuel.
  • This construction has a number of advantages: The setting of the sensor preload, i.e. the force with which the piezo sensor designed as a pressure sensor is preloaded, is directly possible without taking the membrane into account. In addition, the assembly and direct access to the pressure sensor is facilitated by this constructive implementation.
  • the membrane can be made of any material, which is ideal for the application at hand. When designing the membrane, little or no consideration has to be given to the geometric tolerances, material properties and strength requirements of the other housing components. The thickness of the membrane can be freely selected and the manufacturing process of the adjacent components is hardly influenced by the membrane, so that injectors with different membranes can be structurally implemented without any problems.
  • the membrane is designed in such a way that it can be deformed by the pressure of the pressure chamber in the direction of the pressure sensor.
  • a pin is arranged between the membrane and the pressure sensor, which pin transmits a deformation of the membrane to the pressure sensor. Such a pin increases the constructive freedom in the arrangement of the pressure sensor and can also front the sensor protect against an excessive force, in particular against an asymmetrical force, by acting as a damping element.
  • the pressure chamber is formed in a nozzle body, the nozzle body resting against a throttle plate.
  • the nozzle body and the throttle plate are parts of the housing and the throttle plate delimits the control chamber.
  • the pressure chamber is advantageously formed by a recess in the throttle plate and is connected to the control chamber via a connecting bore formed in the throttle plate.
  • the pressure sensor is arranged in a valve plate which is also part of the housing and which rests against the throttle plate. Since the pressure sensor is in a separate housing component, the pressure sensor can be arranged and installed independently of the throttle plate. The membrane is advantageously clamped between the valve plate and the throttle plate so that it is clearly fixed and separates the pressure chamber from the pressure sensor.
  • the membrane is designed as a circular disk.
  • several areas can be left out so that only part of the interface between the valve plate and the throttle plate is covered. This is particularly advantageous if one or more high pressure bores pass through the interface between the valve plate and the throttle plate and the membrane surrounds these passage areas, since the surface pressure between the valve plate and the throttle plate is increased overall and thus the tightness.
  • Figure 1 is a longitudinal section through a fuel injector according to the invention, Figure 2 and
  • FIG. 3 each sectional view of the fuel injector of FIG. 1 in the area of the membrane, parts of the housing being omitted here,
  • FIG. 5 shows further exemplary embodiments of the invention, only the section labeled A in FIG. 1 being shown enlarged.
  • FIG 1 is a fuel according to the invention!
  • the injector is shown in longitudinal section, only the essential areas of the injector being shown.
  • the fuel injector has a housing 1 which comprises a valve body 2, a valve plate 3, a throttle plate 4 and a nozzle body 5, which adjoin one another in this series.
  • the parts of the housing 1 are clamped against each other by a clamping nut 6 so that they are liquid-tight against each other.
  • a pressure chamber 8 is formed, which can be filled with fuel under high pressure.
  • the fuel is passed through the valve body 2, the valve plate 3 and the throttle plate 4 into the pressure chamber 8 via a high pressure bore (not shown in the drawing).
  • a piston-shaped nozzle needle 10 is arranged to be longitudinally displaceable and cooperates with a nozzle seat 11 which is formed at the end of the pressure chamber 8 on the combustion chamber side.
  • a nozzle seat 11 which is formed at the end of the pressure chamber 8 on the combustion chamber side.
  • several injection openings 12 are formed which, in the installed position of the fuel!
  • the injector opens into a combustion chamber, the nozzle needle 10 closing the injection openings 12 opposite the pressure chamber 8 when it rests on the nozzle seat 11, while fuel can flow from the pressure chamber 8 to the injection openings 12 when the nozzle needle 10 has lifted from the nozzle seat 11.
  • the nozzle needle 10 delimits a control chamber 18 with its end face facing away from the nozzle seat 11.
  • the control chamber 18 is delimited radially on the outside by a sleeve 16 which is guided on the nozzle needle 10, and the end face of the throttle plate 4.
  • a closing spring 14 is arranged under compressive prestress, which surrounds the nozzle needle 10 and which exerts a closing force on the nozzle needle 10 in the direction of the nozzle seat 11.
  • the Control chamber 18 is connected to pressure chamber 8 via an inlet throttle, not shown in the drawing, so that the same pressure as in pressure chamber 8 prevails in control chamber 18 when nozzle needle 10 is closed, ie when it is in contact with nozzle seat 11.
  • the inlet throttle can be formed in the sleeve 16, for example.
  • a control valve 18 is arranged in the valve body 2.
  • the control valve 18 is located in a low pressure chamber 21, which is formed in the valve body 2 and in which there is always a low fuel pressure by the low pressure chamber 21 is connected via a line not shown in the drawing voltage with a low pressure return.
  • the control valve 18 comprises a magnet armature 23 which is arranged in the low-pressure chamber 21 so that it can move longitudinally.
  • the armature 23 interacts with a control valve seat 26 for opening and closing a drain hole 28 together, which connects the control chamber 18 with the low-pressure chamber 21.
  • the electromagnet 24 is used, which, when energized, exerts an attractive force on the armature 23 and pulls the armature away from the control valve seat 26 against the force of the armature spring 25. If the magnetic armature 23 releases the drain hole 28, fuel flows from the control chamber 18 into the low-pressure chamber 21, whereby the pressure in the control chamber 18 is reduced. The nozzle needle 10 then lifts off the nozzle seat 11 - driven by the fuel pressure in the pressure chamber 8 - and releases the injection openings 12. If the energization of the electromagnet 24 is ended, the armature spring 25 presses the magnet armature 23 back into its closed position. The fuel pressure in the control chamber 18 then rises again to the level of the pressure chamber 8 and pushes the nozzle needle 10 back into its closed position.
  • a recess 35 is formed, in which a pressure sensor 36 is arranged.
  • the pressure sensor 36 is designed as a piezo sensor and is connected via an electrical connection line 40 to a control device, which is not shown in FIG. 1.
  • a pressure chamber 32 is formed by a recess on the end face of the throttle plate 4, with which it rests against the valve plate 3 with a membrane 30 interposed.
  • the pressure chamber 32 is connected via a connecting bore 33 connected to the control chamber 18, so that the same fuel pressure as in the control chamber 18 always prevails in the pressure chamber 32.
  • the membrane 30 is clamped between the valve plate 3 and the throttle plate 4 and is held stationary here.
  • the diaphragm 30 seals off the pressure chamber 32 as a result of the contact pressure of the housing parts, in particular the valve plate 3 and the throttle plate 4.
  • a pin 38 is arranged between the pressure sensor 36 and the diaphragm 30, via which a deformation of the diaphragm 30 is transmitted to the pressure sensor 36 and there triggers a corresponding signal which is passed on to the control unit via the electrical connection line.
  • the pressure in the control chamber 18 and thus also in the pressure chamber 32 deforms the membrane 30 in the area of the pressure chamber 32 in the direction of the pressure sensor 36. As a result, a force is exerted on the pressure sensor 36 via the pin 38, which leads to a corresponding signal there.
  • the deformation of the membrane 30 changes depending on the pressure in the pressure chamber 32, so that the pressure in the pressure chamber 32 and thus also in the control chamber 18 can be measured with the pressure sensor 36.
  • the membrane 30 is designed as a separate component and essentially has the shape of a circular disk, with corresponding openings for the passage of the high pressure channels and for other fastenings being provided.
  • FIG. 2 a partially sectioned illustration of the fuel injector of FIG. 1 is shown in FIG. 2 in order to clarify this.
  • the throttle plate 4 and the nozzle body 5 is omitted and the valve body 2 and the valve plate 3 partially cut ge to show the structure of the pressure sensor 36 and its arrangement.
  • the centering pins 42 serve as an assembly aid so that the individual housing parts are assembled in exactly the right orientation.
  • FIG 3 a further embodiment of the fuel injector according to the invention is shown, wherein the membrane 30 has a plurality of recessed areas 130 here.
  • the membrane 30 In addition to sealing the pressure chamber 32 from the pressure sensor 36, the membrane 30 also serves as a sealing film between the valve plate 3 and the throttle plate 4.
  • the recessed areas 130 allow the surface pressure to be increased significantly in the remaining areas, in particular in the area around the high pressure bores 44, where this through the Pass through the boundary layer between the valve plate 3 and the throttle plate 4.
  • the increased surface pressure also increases the tightness in this area, so that it is possible to reliably prevent fuel under high pressure from escaping to the outside and penetrating into the space between the clamping nut 6 and the housing 1.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention in an enlargement of the section labeled A in FIG. 1.
  • the pin 38 extends through the entire valve plate 3, while the pressure sensor 36 is arranged in a recess 35 in the valve body 2.
  • the membrane 30 is clamped between tween the valve plate 3 and the throttle plate 4 and separates the pressure sensor 36 from the fuel.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention in the same representation as FIG. 4.
  • the pressure sensor 36 is arranged in a recess 35 in the valve body 2, as is the pin 38 the fuel seals from, is clamped between the valve plate 3 and the valve body 2, the connection to the connecting bore 33 through a rising bore 34 is made.
  • the membrane 30 can be made of a different material than the other housing parts.
  • the membrane 30 can be made of an expandable and high-strength material with high flexural strength in order to optimally transmit the pressure signal from the pressure chamber 32 to the pressure sensor 36. Since the membrane 30 is designed as a separate component, you have to construct the fuel! injectors a free choice of materials and does not have to take into account the other geometric tolerances and material properties of the other housing parts and other components of the fuel injector. The thickness of the membrane can be chosen arbitrarily, as long as the necessary elasticity is guaranteed.

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Abstract

Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem mehrteiligen Gehäuse (1), wobei die Gehäuseteile (2; 3; 4; 5) gegeneinander flüssigkeitsdicht verspannt sind. Im Gehäuse (1) ist ein mit Kraftstoff befüllbarer Druckraum (8) mit einer darin längsverschiebbaren Düsennadel (10) ausgebildet, die zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (12) mit einem Düsensitz (11) zusammenwirkt und die mit ihrem dem Düsensitz (11) abgewandten Ende einen Steuerraum (18) begrenzt, dessen Druck eine in Richtung des Düsensitzes (11) wirkende Schließkraft auf die Düsennadel (10) ausübt und der mit einer Druckkammer (32) im Gehäuse (1) hydraulisch verbunden ist. Im Gehäuse (1) ist weiterhin ein Drucksensor (36) angeordnet, der dazu ausgebildet ist, den Druck in der Druckkammer (32) zu messen. Zwischen der Druckkammer (32) und dem Drucksensor (36) ist eine Membran (30) angeordnet, die den Drucksensor (36) von der Druckkammer (32) flüssigkeitsdicht trennt, wobei die Membran (30) zwischen zwei Gehäuseteilen (3; 4) eingeklemmt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff! njektor
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff! njektor, wie er zur Einspritzung von Kraft stoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwen dung findet.
Stand der Technik
Bei modernen selbstzündenden Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff direkt in einen Brennraum eingebracht. Dazu finden Kraftstoff! njekto re n Verwendung, die den verdichteten und unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch enge Ein spritzöffnungen in den Brennraum einspritzen, der dabei fein zerstäubt wird. Der fein zerstäubte Kraftstoff bildet zusammen mit der Luft im Brennraum ein zündfä higes Gemisch, das aufgrund der feinen Zerstäubung effektiv abbrennt und so hohe Leistungen der Brennkraftmaschine ermöglicht. Der Kraftstoff! njektor weist dazu eine Düsennadel auf, die kolbenförmig ausgebildet ist und die längsver schiebbar in einem Druckraum angeordnet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt ist. Die Düsennadel öffnet und schließt durch ihre Längsbewegung die Einspritzöffnungen, wobei die Bewegung der Düsennadel servo-hydraulisch gesteuert wird, d.h. über den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum, durch den ei ne hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Die Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum erfolgt über ein Steuerventil, das elektromagne tisch oder mit Hilfe eines Piezoaktors den Druck im Steuerraum reguliert.
Für eine effektive Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum ist es erforderlich, den Kraftstoff zum exakt richtigen Zeitpunkt und in der genau erforderlichen Menge in den Brennraum einzudosieren. Der Elektromagnet bzw. der Piezoaktor des Steuerventils kann durch ein Steuergerät sehr präzise angesteuert werden. Hierbei muss jedoch berücksichtig werden, dass es zu einem zeitlichen Verzug zwischen dem Steuerstrom und der tatsächlichen Bewegung der Düsennadel kommt, da das Ansteuern des Steuerventils erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung zu einer tatsächlichen Bewegung der Düsennadel und damit zum Beginn bzw. zum Ende der Einspritzung führt. Für eine präzise Steuerung ist es daher wichtig, den exakten Zeitpunkt zu kennen, zu dem die Düsennadel sich bewegt und die Einspritzung beginnt, um gegebenenfalls den Steuerstrom für das Steuerventil nachzuregeln.
Die Bewegung der Düsennadel kann beispielsweise über den Druckverlauf im Steuerraum genau erfasst werden. Dazu ist aus der DE 102015 207307 Al ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem der Steuerraum über eine Verbindungsboh rung mit einer Druckkammer in Verbindung steht. Die Druckkammer ist durch ei ne Membran von einem Drucksensor getrennt, wobei die Membran durch den Druck verformbar ist. Eine Druckänderung im Steuerraum bewirkt somit auch ei ne Druckänderung in der Druckkammer und damit eine dem Druck entsprechen de geänderte Verformung der Membran, was durch den Drucksensor detektiert werden kann. Durch Auswertung des Drucksensorsignals kann dann der genaue Zeitpunkt, zu dem die Düsennadel öffnet und schließt, bestimmt werden und das Steuersignal am Steuerventil bei Bedarf nachgeregelt werden.
Die Membran, die die Druckkammer vom Drucksensor trennt, ist Teil einer Ven tilplatte, in der der Drucksensor und auch die Druckkammer ausgebildet ist.
Durch entsprechende Ausnehmungen verbleibt zwischen der Druckkammer und dem Drucksensor die Membran, die einstückig mit der Ventilplatte ausgebildet ist.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist den Vorteil auf, dass eine präzise Steuerung der Einspritzung ermöglicht wird und dabei eine große Freiheit bei der konstruktiven Umsetzung des Kraftstoffinjektors gegeben ist. Dazu weist der Kraftstoff! njektor ein mehrteiliges Gehäuse auf, wobei die Gehäuseteile gegenei- nander flüssigkeitsdicht verspannt sind. Im Gehäuse ist ein mit Kraftstoff befüll- barer Druckraum mit einer darin längsverschiebbaren Düsennadel ausgebildet, die zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung mit einem Dü sensitz zusammenwirkt. Mit ihrem dem Düsensitz abgewandten Ende begrenzt die Düsennadel einen Steuerraum, dessen Druck eine in Richtung des Düsensit zes wirkende Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Im Gehäuse ist weiterhin eine Druckkammer ausgebildet, die mit dem Steuerraum hydraulisch verbunden ist und ein Drucksensor, der dazu ausgebildet ist, den Druck in der Druckkammer zu messen. Zwischen der Druckkammer und dem Drucksensor ist eine Membran angeordnet, die den Drucksensor von der Druckkammer flüssigkeitsdicht trennt, wobei die Membran zwischen zwei Gehäuseteilen eingeklemmt ist.
Die Membran ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor als separates Bauteil ausgebildet, das zwischen den beiden Gehäusebauteilen eingeklemmt ist. Dabei trennt die Membran die Druckkammer vom Drucksensor, so dass der Drucksensor nicht mit Kraftstoff beaufschlagt wird. Diese Konstruktion bringt eine ganze Reihe von Vorteilen: Die Einstellung der Sensorvorspannung, d.h. der Kraft, mit der der als Piezosensor ausgebildete Drucksensor vorgespannt ist, ist ohne Rücksicht auf die Membran direkt möglich. Darüber hinaus wird die Monta ge und der direkte Zugang zum Drucksensor durch diese konstruktive Umset zung erleichtert. Als eigenständiges Bauteil kann die Membran aus einem belie bigen Material gefertigt werden, was für die vorliegende Anwendung optimal ist. Es muss auch bei der Auslegung der Membran kein oder wenig Rücksicht auf die geometrischen Toleranzen, Materialeigenschaften und Festigkeitsanforderungen der anderen Gehäusebauteile Rücksicht genommen werden. Die Dicke der Membran ist frei wählbar und der Fertigungsprozess der angrenzenden Bauteile wird durch die Membran kaum beeinflusst, so dass ohne Probleme Injektoren mit verschiedenen Membranen baulich umgesetzt werden können.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Membran so ausgebildet, dass sie durch den Druck der Druckkammer in Richtung des Drucksensors verformbar ist. Dabei ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung zwischen der Membran und dem Drucksensor ein Stift angeordnet, der eine Verformung der Membran auf den Drucksensor überträgt. Ein solcher Stift erhöht die konstruktiven Freiheiten bei der Anordnung des Drucksensors und kann darüber hinaus den Sensor vor einer übergroßen Krafteinwirkung, insbesondere vor einer unsymmetrischen Krafteinwirkung schützen, indem er als Dämpfungselement wirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Druckraum in einem Düsen körper ausgebildet, wobei der Düsenkörper an einer Drosselplatte anliegt. Dabei sind der Düsenkörper und die Drosselplatte Teile des Gehäuses und die Dros selplatte begrenzt den Steuerraum. Vorteilhafterweise ist die Druckkammer durch eine Ausnehmung in der Drosselplatte gebildet und über eine in der Drosselplatte ausgebildete Verbindungsbohrung mit dem Steuerraum verbunden. Durch diese konstruktive Umsetzung ist ein kompaktes Design möglich, wobei durch die Ver bindungsbohrung die Anordnung der Druckkammer in der Drosselplatte an nahe zu beliebiger Stelle erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Drucksensor in einer Ventil platte angeordnet, die ebenfalls Teil des Gehäuses ist und die an der Drossel platte anliegt. Da der Drucksensor in einem separaten Gehäusebauteil angeord net ist, kann die Anordnung und Montage des Drucksensors unabhängig von der Drosselplatte erfolgen. Die Membran ist vorteilhafterweise zwischen der Ventil platte und der Drosselplatte eingeklemmt, so dass sie eindeutig fixiert wird und die Druckkammer vom Drucksensor trennt.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Membran als kreisförmige Scheibe ausgebildet. Hierbei können auch in vorteilhafter Ausgestaltung mehrere Bereiche ausgespart werden, so dass nur ein Teil der Grenzfläche zwischen der Ventilplatte und der Drosselplatte bedeckt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine oder mehrere Hochdruckbohrungen durch die Grenzfläche zwischen der Ventilplatte und der Drosselplatte hindurchtreten und die Membran diese Durchtrittsbereiche umgibt, da die Flächenpressung zwischen der Ventilplatte und der Drosselplatte insgesamt erhöht wird und damit die Dichtigkeit.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoff injektors dargestellt. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, Figur 2 und
Figur 3 jeweils geschnittene Darstellungen des Kraftstoffinjektors der Figur 1 im Bereich der Membran, wobei hier Teile des Gehäuses weggelassen sind,
Figur 4 und
Figur 5 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei nur der mit A be- zeichnete Ausschnitt der Figur 1 vergrößert dargestellt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor im Längsschnitt darge stellt, wobei nur die wesentlichen Bereiche des Injektors gezeigt sind. Der Kraft stoffinjektor weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilkörper 2, eine Ventilplatte 3, eine Drosselplatte 4 und einen Düsenkörper 5 umfasst, die in dieser Reihen folge aneinander angrenzen. Die Teile des Gehäuses 1 werden durch eine Spannmutter 6 gegeneinander verspannt, so dass sie flüssigkeitsdicht gegenei nander abschließen. Im Düsenkörper 5 ist ein Druckraum 8 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Kraftstoff wird dabei über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Hochdruckbohrung durch den Ventilkörper 2, die Ventilplatte 3 und die Drosselplatte 4 in den Druckraum 8 geleitet. Im Druckraum 8 ist eine kolbenförmige Düsennadel 10 längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Düsensitz 11 zusammenwirkt, der am brennraumseitigen Ende des Druck raums 8 ausgebildet ist. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 5 sind mehrere Einspritzöffnungen 12 ausgebildet, die in Einbaulage des Kraftstoff! njek- tors in einen Brennraum münden, wobei die Düsennadel 10 bei Anlage am Dü sensitz 11 die Einspritzöffnungen 12 gegenüber dem Druckraum 8 verschließt, während Kraftstoff aus dem Druckraum 8 zu den Einspritzöffnungen 12 strömen kann, wenn die Düsennadel 10 vom Düsensitz 11 abgehoben hat.
Die Düsennadel 10 begrenzt mit ihrer dem Düsensitz 11 abgewandten Stirnseite einen Steuerraum 18. Der Steuerraum 18 wird radial außen von einer Hülse 16 begrenzt, die auf der Düsennadel 10 geführt ist, und stirnseitig von der Drossel platte 4. Zwischen der Hülse 16 und einem Stützring 15 ist eine Schließfeder 14 unter Druckvorspannung angeordnet, die die Düsennadel 10 umgibt und die eine Schließkraft auf die Düsennadel 10 in Richtung des Düsensitzes 11 ausübt. Der Steuerraum 18 ist über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Zulauf drossel mit dem Druckraum 8 verbunden, so dass im Steuerraum 18 bei ge schlossener Düsennadel 10, d.h. wenn diese in Anlage am Düsensitz 11 ist, der selbe Druck wie im Druckraum 8 herrscht. Die Zulaufdrossel kann dazu bei spielsweise in der Hülse 16 ausgebildet sein.
Zur Regulierung des Drucks im Steuerraum 18 ist im Ventilkörper 2 ein Steuer ventil 18 angeordnet. Das Steuerventil 18 befindet sich dabei in einem Nieder druckraum 21, der im Ventilkörper 2 ausgebildet ist und in dem stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht, indem der Niederdruckraum 21 über eine in der Zeich nung nicht näher dargestellte Leitung mit einem Niederdruckrücklauf verbunden ist. Das Steuerventil 18 umfasst einen Magnetanker 23, der längsbeweglich im Niederdruckraum 21 angeordnet ist. Der Magnetanker 23 wirkt dabei mit einem Steuerventilsitz 26 zum Öffnen und Schließen einer Ablaufbohrung 28 zusam men, die den Steuerraum 18 mit dem Niederdruckraum 21 verbindet. Zur Bewe gung des Magnetankers 23 dient der Elektromagnet 24, der bei Bestromung eine anziehende Kraft auf den Magnetanker 23 ausübt und den Magnetanker gegen die Kraft der Ankerfeder 25 vom Steuerventilsitz 26 wegzieht. Gibt der Magnet anker 23 die Ablaufbohrung 28 frei, so fließt Kraftstoff aus dem Steuerraum 18 in den Niederdruckraum 21, wodurch sich der Druck im Steuerraum 18 erniedrigt. Die Düsennadel 10 hebt daraufhin vom Düsensitz 11 ab - angetrieben durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 8 - und gibt die Einspritzöffnungen 12 frei. Wird die Bestromung des Elektromagneten 24 beendet, drückt die Ankerfeder 25 den Magnetanker 23 zurück in seine Schließstellung. Der Kraftstoffdruck im Steuer raum 18 steigt darauf hin wieder auf das Niveau des Druckraums 8 an und drückt die Düsennadel 10 zurück in ihre Schließstellung.
In der Ventilplatte 3 ist eine Ausnehmung 35 ausgebildet, in der ein Drucksensor 36 angeordnet ist. Der Drucksensor 36 ist als Piezosensor ausgebildet und über eine elektrische Anschlussleitung 40 mit einem Steuergerät verbunden, das in Figur 1 nicht dargestellt ist. Dem Drucksensor 36 gegenüberliegend ist durch ei ne Ausnehmung an der Stirnseite der Drosselplatte 4 eine Druckkammer 32 aus gebildet, mit der diese an der Ventilplatte 3 anliegt unter Zwischenlage einer Membran 30. Die Druckkammer 32 ist über eine Verbindungsbohrung 33 mit dem Steuerraum 18 verbunden, so dass in der Druckkammer 32 stets der glei che Kraftstoff druck wie im Steuerraum 18 herrscht.
Die Membran 30 ist zwischen der Ventilplatte 3 und der Drosselplatte 4 einge klemmt und wird hier ortsfest gehalten. Durch die Anpresskraft der Gehäuseteile, insbesondere der Ventilplatte 3 und der Drosselplatte 4, dichtet die Membran 30 die Druckkammer 32 ab. Zwischen dem Drucksensor 36 und der Membran 30 ist ein Stift 38 angeordnet, über den eine Verformung der Membran 30 auf den Drucksensor 36 übertragen wird und dort ein entsprechendes Signal auslöst, das über die elektrische Anschlussleitung an das Steuergerät weitergegeben wird.
Der Druck im Steuerraum 18 und damit auch in der Druckkammer 32 verformt die Membran 30 im Bereich der Druckkammer 32 in Richtung des Drucksensors 36. Dadurch wird über den Stift 38 eine Kraft auf den Drucksensor 36 ausgeübt, was dort zu einem entsprechenden Signal führt. Die Verformung der Membran 30 ändert sich je nach Druck in der Druckkammer 32, so dass mit dem Druck sensor 36 der Druck in der Druckkammer 32 und damit auch im Steuerraum 18 gemessen werden kann.
Die Membran 30 ist als separates Bauteil ausgeführt und weist im Wesentlichen die Form einer Kreisscheibe auf, wobei entsprechende Öffnungen für den Durch tritt der Hochdruckkanäle und für sonstige Befestigungen vorgesehen sind. Dazu ist in Figur 2 eine teilgeschnittene Darstellung des Kraftstoffinjektors der Figur 1 gezeigt, um dies zu verdeutlichen. Hierbei ist die Drosselplatte 4 und der Düsen körper 5 weggelassen und der Ventilkörper 2 und die Ventilplatte 3 teilweise ge schnitten, um den Aufbau des Drucksensors 36 und seine Anordnung zu zeigen. Die Zentrierstifte 42 dienen als Montagehilfe, damit die einzelnen Gehäuseteile in genau der richtigen Orientierung montiert werden.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraft stoffinjektors dargestellt, wobei die Membran 30 hier mehrere ausgesparte Berei che 130 aufweist. Die Membran 30 dient neben der Abdichtung der Druckkam mer 32 gegenüber dem Drucksensor 36 auch als Abdichtfolie zwischen der Ven tilplatte 3 und der Drosselplatte 4. Durch die ausgesparten Bereiche 130 lässt sich die Flächenpressung in den verbleibenden Bereichen deutlich erhöhen, ins besondere in dem Bereich um die Hochdruckbohrungen 44, wo diese durch die Grenzschicht zwischen der Ventilplatte 3 und der Drosselplatte 4 hindurchtreten. Durch die erhöhte Flächenpressung erhöht sich auch die Dichtheit in diesem Be reich, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass unter hohem Druck ste hender Kraftstoff nach außen gelangt und in den Raum zwischen der Spannmut ter 6 und dem Gehäuse 1 eindringt.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt in einer Vergrößerung des mit A bezeichneten Ausschnitts der Figur 1. Der Stift 38 reicht hier durch die gesamt Ventilplatte 3, während der Drucksensor 36 in einer Aus nehmung 35 im Ventilkörper 2 angeordnet ist. Die Membran 30 ist auch hier zwi schen der Ventilplatte 3 und der Drosselplatte 4 eingeklemmt und trennt den Drucksensor 36 vom Kraftstoff.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in der gleichen Darstellung wie Figur 4. Wie schon beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist der Drucksensor 36 in einer Ausnehmung 35 im Ventilkörper 2 angeordnet, ebenso wie der Stift 38. Die Membran 30, die den Drucksensor gegen den Kraftstoff ab dichtet, ist hier zwischen der Ventilplatte 3 und dem Ventilkörper 2 eingeklemmt, wobei die Verbindung zur Verbindungsbohrung 33 durch eine Steigbohrung 34 hergestellt wird.
Die Membran 30 kann aus einem anderen Material gefertigt sein als die übrigen Gehäuseteile. Insbesondere kann die Membran 30 aus einem dehnbaren und hochfesten Material mit hoher Biegefestigkeit gefertigt werden, um das Drucksig nal aus der Druckkammer 32 optimal auf den Drucksensor 36 zu übertragen. Da die Membran 30 als separates Bauteil ausgebildet ist, hat man bei der Konstruk tion des Kraftstoff! njektors eine freie Materialauswahl und muss keine Rücksicht auf die anderen geometrischen Toleranzen und Materialeigenschaften der übri gen Gehäuseteile und sonstigen Bauteilen des Kraftstoffinjektors nehmen. Die Dicke der Membran kann beliebig gewählt werden, solange die notwendige Elas tizität gewährleistet bleibt.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem mehrteiligen Gehäuse (1), wobei die Gehäuseteile (2; 3; 4; 5) gegeneinander flüssigkeitsdicht verspannt sind, wobei im Gehäuse (1) ein mit Kraftstoff befüllbarer Druckraum (8) mit einer darin längsverschiebbaren Düsennadel (10) ausgebildet ist, die zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (12) mit einem Dü sensitz (11) zusammenwirkt und die mit ihrem dem Düsensitz (11) abge wandten Ende einen Steuerraum (18) begrenzt, dessen Druck eine in Rich tung des Düsensitzes (11) wirkende Schließkraft auf die Düsennadel (10) ausübt, und mit einer Druckkammer (32), die mit dem Steuerraum (18) hyd raulisch verbunden ist, und einem Drucksensor (36), der dazu ausgebildet ist, den Druck in der Druckkammer (32) zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckkammer (32) und dem Drucksensor (36) eine Membran (30) angeordnet ist, die den Drucksensor (36) von der Druckkammer (32) flüssigkeitsdicht trennt, wobei die Membran (30) zwischen zwei Gehäuseteilen (3; 4) eingeklemmt ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Memb ran (30) durch den Druck in der Druckkammer (32) in Richtung des Druck sensors (36) verformbar ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drucksensor (36) und der Membran (30) ein Stift (38) ange ordnet ist, der eine Verformung der Membran (30) auf den Drucksensor (36) überträgt.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck raum (8) in einem Düsenkörper (5) ausgebildet ist und der Düsenkörper (5) an einer Drosselplatte (4) anliegt, wobei der Düsenkörper (5) und die Dros- selplatte (4) Teil des Gehäuses (1) sind und die Drosselplatte (4) den Steuer raum (18) begrenzt.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck kammer (32) durch eine Ausnehmung in der Drosselplatte (4) gebildet ist und über eine in der Drosselplatte (4) ausgebildete Verbindungsbohrung (33) mit dem Steuerraum (18) verbunden ist.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass der Drucksensor (36) in einer Ventilplatte (3) angeordnet ist, die ebenfalls Teil des Gehäuses (1) ist und die an der Drosselplatte (4) anliegt.
7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Memb ran (30) zwischen der Ventilplatte (3) und der Drosselplatte (4) eingeklemmt ist.
8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Memb ran (30) als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist.
9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Memb ran (30) eine oder mehrere ausgesparte Bereiche (130) aufweist, so dass sie nur einen Teil der Grenzfläche zwischen der Ventilplatte (3) und der Drossel platte (4) bedeckt.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Grenzfläche zwischen der Ventilplatte (3) und der Drosselplatte (4) wenigs tens eine Hochdruckbohrung (44) hindurchtritt und dass die Membran (30) diesen Durchtrittsbereich umgibt, so dass die Flächenpressung um den Durchtrittsbereich erhöht ist.
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