DE10031573A1

DE10031573A1 - Hochdruckfester Injektor zur Kraftstoffeinspritzung in Kompaktbauweise

Info

Publication number: DE10031573A1
Application number: DE10031573A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-17
Also published as: WO2002001062A1; KR20020028220A; EP1299637A1; US6663024B2; JP2004502073A; US20020148906A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. Der Injektor (1) umfaßt ein Injektorgehäuse (2), in welchem ein Steuerraum (20) ausgebildet ist, der über eine Zulaufdrossel (21) mit einem Steuervolumen beaufschlagbar ist. Der Steuerraum (20) ist auf ein aktorbetätigbares Steuerelement (10) druckentlastbar, wodurch ein Steuerteil (3) in vertikale Richtung im Injektorgehäuse (2) bewegbar ist. Das Steuerteil (3) und die Düsennadel (22) sind einstückig ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet

Bei Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Verbrennungs kraftmaschinen steht die Hochdruckfestigkeit der einsetzbaren Injektoren im Vor dergrund. Die Hochdruckfestigkeit von Injektorbauformen, deren Gehäuse einen separaten Düsenzulauf und eine die Düsennadel umgebenden Düsenraum umfas sen, gewinnt bei ständig steigendem Druckniveau im Hochdrucksammelraum (Common Rail) zunehmend an Bedeutung hinsichtlich der Einsetzbarkeit bereits bestehender Injektorbauformen, die hinsichtlich ihrer Hochdruckfestigkeit an Grenzen stoßen.

Stand der Technik

DE 37 28 817 C2 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Verbren nungskraftmaschinen. Das in der Kraftstoffeinspritzpumpe eingesetzte Steuerven tilglied besteht aus einem eine Führungshülse bildenden und in einem Kanal glei tenden Ventilschaft sowie eine mit diesem verbundenen, der Betätigungseinrich tung zugewandten Ventilkopf. Die Dichtfläche des Ventilkopfes wirkt mit der den Ventilsitz bildenden Fläche der Steuerbohrung zusammen. Der Ventilschaft weist an seinem Umfang eine Ausnehmung auf, deren axiale Erstreckung von der Ein mündung der Kraftstoffzufuhrleitung bis zum Beginn der mit dem Ventilsitz zu sammenwirkenden Dichtfläche am Ventilkopf reicht, wobei in der Ausnehmung eine dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzte Fläche ausgebildet ist.

Diese Fläche ist gleich einer im geschlossenen Zustand des Steuerventiles dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzten Fläche des Ventilkopfes. Dadurch ist das Ventil im geschlossenen Zustand druckausgeglichen; ferner ist in der Füh rungshülse des Steuerventilgliedes eine das Steuerventil zu seiner Offenstellung hin belastendes Federelement angeordnet.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kompaktbauweise eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen, läßt sich dessen Hochdruckfestigkeit erheblich steigern, da die Düsenzuleitung sowie der Düsenraum, welcher die Düsennadel im Mündungsbereich in den Brennraum umgibt, nunmehr entfallen können. Dadurch läßt sich eine wesentlich kompaktere Bauform eines Injektors erzielen, die zudem in fertigungstechnischer Hinsicht erheblich leichter herstellbar ist. Die Düsennadel in der erfindungsgemäß vorge schlagenen Injektorkonfiguration übernimmt nunmehr keine Dichtungsfunktion mehr. Daher kann ein verkantungsfreies Führen der Düsennadel im Gehäuse des Injektors in Führungsbereichen vorgesehen werden, die kleiner ausfallen können als bei Düsennadelführungen, die außerdem noch eine Dichtungsfunktion über nehmen. Dadurch kann eine geringere Fläche mit höherer Oberflächengüte bear beitet werden, was die Herstellkosten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen In jektors günstig beeinflußt.

Eine einstückige Ausbildung von Steuerteile und Düsennadel, die ineinander übergehend ausgeführt sind, gestattet die Anordnung eines große Schließkräfte erzeugenden Federelementes im Gehäuse des Injektors. Dadurch läßt sich die Schließzeit der Düsennadel am Sitz positiv beeinflussen, so daß sich die einstel lenden Lekargeverluste beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektor in Kom paktbauweise in engen Grenzen halten lassen.

Durch die im wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufende Zufuhr von unter extrem hohen Druck stehenden Kraftstoff und dessen Einströmen in einem das Steuerteil umgebenden Ringspalt lassen sich auftretende Pulsationen bzw. Druck schwingungen im zugeführten Kraftstoff besser dämpfen und pflanzen sich insbe sondere nicht während der Einspritzphase fort, so daß die Formung des genau definierten Einspritzverlauf nicht durch Pulsationen im Kraftstoff beeinträchtigt wird.

Ein weiterer der erfindungsgemäßen Lösung innewohnender Vorteil ist darin zu erblicken, daß man die Düsennadel mit Zulaufflächen versehen kann, über welche der über dem Ringspalt zwischen Düsennadel und Injektorgehäuse eintretende Kraftstoff zum Sitz der Einspritzdüse strömt. Die Kraftstoffzufuhr durch Rings palte ist ursächlich für eine wesentlich höhere Hochdruckfestigkeit des erfin dungsgemäß vorgeschlagenen Injektors, da Düsenzulauf und Düsenraum entfallen können. Neben den Vorteilen einer leichteren Herstellbarkeit, höherer erzielbarer Dauerfestigkeit, kann durch Fortfall des Leitungssystems zur Düsennadel ein we sentlich schnellerer Druckaufbau an der Einspritzdüsenspitze erfolgen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor mit ein stückig ausgebildetem Steuerteil und Düsennadel und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Führungsbereiches der Düsenna del im Injektorgehäuse mit Zulaufflächen für den Kraftstoff zur Einspritzdüsenspitze.

Ausführungsvarianten

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht ein Längsschnitt durch einen erfindungs gemäß konfigurierten Injektor mit einstückig ausgebildetem Steuerteil und sich unmittelbar daran anschließender Düsennadel hervor.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Injektor 1 enthält ein Injektorgehäuse 2, in welchem ein Steuerteil 3 mit einer topfförmigen Ausnehmung aufgenommen ist. Das Steuerteil 3 ist mit seinem oberen Bereich, der in einem Außendurchmesser d₂ auch mit Bezugszeichen 6 bezeichnet ist, ausgeführt und beweglich auf der Außenfläche einer Führung 7 aufgenommen.

Die Führung 7 ist am Injektorgehäuse 2 des Injektors 1 als rohrförmig sich er streckende, parallel zur Symmetrieachse 4 des Injektor verlaufende Baukompo nente ausgebildet, die an ihrer Außenfläche von einem Federelement 8 umschlos sen ist, welches beispielsweise als eine Spiralfeder ausgebildet sein kann. Das Federelement 8 stützt sich mit seinen Windungen einerseits am ringförmig verlau fenden Außendurchmesserbereich 6 des Steuerteiles 3 ab und ist andererseits in einer ringförmigen Ausnehmung im Injektorgehäuse 2 gestützt. Im Inneren der Führung 7, die sich im wesentlichen koaxial zur Symmetrieachse 4 des Injektors 1 erstreckt, ist eine Durchgangsbohrung 9 vorgesehen. Am stirnseitigen Ende der Führung 7 ist ein Ablaufdrosselelement 19 in die Führung 7 eingelassen; die sich koaxial zur Symmetrieachse 4 erstreckende Durchgangsbohrung mündet unter halb eines kugelförmig ausgebildeten Dichtelementes 11 in einen Hohlraum 14 eines aktorbetätigten Steuerelementes 10.

In der Konfiguration gemäß Fig. 1 ist das aktorbetätigte Steuerelement 10 in das Injektorgehäuse 2 integriert. In den Hohlraum 14 des Aktor betätigten Steuerele mentes 10 mündet einerseits die bereits angesprochene Durchgangsbohrung 9 in der Führung 7 andererseits zweigt vom Hohlraum 14 des aktorbetätigten Steuer elementes 10 ein Leckölablauf 15 ab. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das obere Ende der Durchgangsbohrung 9 der Führung 7 durch ein kugelförmig ausgebil detes Dichtelement 11 verschlossen, welches durch einen Druckbolzen 12 in sei nen Dichtsitz 13 gedrückt wird. Die Schließkraft am Dichtelement 11 wird durch die Beaufschlagung des Druckbolzens 12 mit einem Piezoaktor, einem Elektro magneten oder auch einem hydraulisch/mechanischen Wandler erzeugt, dessen Konfiguration im einzelnen in der Darstellung gemäß Fig. 1 nicht näher beschrie ben ist.

Im oberen Teil des Injektorgehäuses 2 des Injektors 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist ein sich im wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckender Zulauf 16 vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) dargestellt. Der Zulauf 16 mündet in den das Federelement 8 aufnehmenden Hohlraum, von wo aus der unter extrem hohem Druck stehende Kraftstoff das Steuerteil 3 umströmt und dieses entlang eines Ringspaltes 18 in Richtung auf die Düsennadel 22 umströmt. Der Ringspalt 18, der zwischen der Mantelfläche des Steuerteiles, ausgeführt im Außendurch messer 6 (d₂) und Innenfläche des Injektorgehäuses 2 gebildet ist, dient der Schwingungsdämpfung bzw. Pulsationsdämpfung im unter hohem Druck stehen den Kraftstoff bei dessen Zuführ in das Innere des Injektorgehäuses 2. Über eine in der Seitenwand des Steuerteiles 3 im Außendurchmesserbereich 6 ausgebildete Zulaufdrossel 21 tritt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Steuer raum 20 ein, der einerseits von der Stirnseite der Führung 7 in der eine Ablauf drossel 18 vorgesehen ist begrenzt ist und andererseits vom Boden des topfförmig ausgebildeten Innenraumes des Steuerteiles 3 begrenzt ist.

Unterhalb des Steuerteiles 3 verjüngt sich der Außendurchmesser d₂ des Steuer teiles 3 in einen Führungsdurchmesser 29, in welchem (siehe Darstellung gemäß Fig. 2) Führungen 23 bzw. 25 ausgebildet sind, die für die Düsennadel 22 vorge sehen sind. Die Führungsbereiche 23 bzw. 25 können als ringförmig sich am Mantel der Düsennadel 22 erstreckende Ringe ausgebildet sein, die in einer ent sprechend konfigurierten Bohrung des Injektorgehäuses 2 geführt sind. Der obere Führungsbereich 23 bzw. der untere Führungsbereich 25 übernehmen keine Dichtfunktion mehr, vielmehr ist zwischen den beiden Führungsbereichen 23 bzw. 25 ein einen Ringspalt bildender Ringhohlraum 24 ausgebildet, in welchem der unter hohem Druck stehende Kraftstoff bei Druckentlastung des Steuerraumes 20 und vertikaler Bewegung des Steuerteiles 3 samt Düsennadel 22 einströmt.

Von der unteren Führung 25 strömt der Kraftstoff in einen den unteren Teil der Düsennadel 22 umgebenden Ringspalt 31 (vergleiche Darstellung gemäß Fig. 2) bis zur Düsenspitze 32. An der Düsenspitze 32 ist ein Sitz 27 ausgebildet, über welchen die in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine hineinragende Bohrung 30 verschließbar bzw. freigebbar ist. Der Sitzdurchmesser 28 ist in ei nem verringerten Durchmesser d₃ ausgeführt.

Das Injektorgehäuse 2 des Injektors 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist in eine Fassung 33 eingeschraubt und läßt sich durch einfaches Drehen nach Abnahme der Zuleitungsanschlüsse aus der Fassung herausschrauben.

Unterhalb des Übergangsbereiches, zwischen dem Steuerteil 3 und der Düsenna del 22 sind an der Düsennadel 22 mit Bezugszeichen 26 identifizierte Zulaufflä chen 26 für den Kraftstoffzulauf zur Düsenspitze 32 ausgebildet. Die Zulaufflä chen 26 erstrecken sich in den oberen Führungsbereich 23 bzw. den unteren Füh rungsbereich 25 der Düsennadel 22, wodurch die obere Zulauffläche 26 gemäß der Darstellung in Fig. 2 über den zwischen Düsennadelmantelfläche 22 und Ge häusebohrung entstehenden Ringspalt 24 in Verbindung mit der unteren Zulauf fläche 26 oberhalb des Zulaufringes 31 steht. Dadurch ist sichergestellt, daß über die Zulaufflächen 26 im Falle des Öffnens der Düsennadel 22 durch Druckentla stung des Steuerraumes 20 Kraftstoff bis zur Düsenspitze 32 des Injektorgehäuses 2 gefördert wird und dort in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.

Die Funktion des in den Darstellungen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 wiedergegebenen Injektors stellt sich folgendermaßen dar: Durch Ansteuerung des Steuerelementes 10 wird der auf das Dichtelement 11 einwirkende Druckbolzen 12 entlastet, wo durch die im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 4 angeordnete Durch gangsbohrung 9 mit aus dem Steuerraum 20 austretenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Über die an der Stirnseite der Führung 7 eingelassene Ablaufdrossel 18 strömt das Steuervolumen in die Durchgangsbohrung und von dort durch den freigegebenen Dichtsitz 13 in den Hohlraum 14 und von dort über die Lecköllei tung 15 ab.

Durch Aufsteuerung des Steuerelementes 10 nimmt der Druck und das Kraftstoff volumen im Steuerraum 20 ab, wodurch das topfförmig konfigurierte Steuerteil 3 auf seiner Führungsfläche an der Führung 7 in vertikaler Richtung aufwärts be wegt wird. Während der Aufwärtsbewegung liegt der ringförmige Rand des Steu erteiles 3, beaufschlagt durch das Federelement 8, an diesem an und komprimiert das Federelement 8. Während der Aufwärtsbewegung des Steuerteiles 3 fährt die Düsennadel 22 aus ihrem Sitz im Injektorgehäuse 2 aus, so daß der hochdrucksei tig anstehende Kraftstoffvorrat über die Zulaufflächen 26 seitlich in den ringför migen Hohlraum 24 einströmen kann und von dort über die untere Zulauffläche 26 in dem Spalt zwischen dem Mantel der Düsennadel 22 und der Innenwandung des Injektorgehäuses 2 eintritt. Dadurch steht an der Düsennadelspitze 32 der er forderliche Einspritzdruck zur Verfügung sowie das zur Einspritzung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erforderliche Kraftstoffvolumen, welches über die schräg angeordnete Bohrung 30 in den Brennraum eingespritzt werden kann. Ein Teil des Durchmessers (d₁-d₃) ist durch den Durchmesser d₂ des Außenbereiches am Steuerteil 3 bereits kraftausgeglichen. Mit der einem voll ständigen Kraftausgleich der Düsennadel 22 Rechnung tragenden Dimensionie rung des Federelementes 8 kann ein optimales Öffnen und Schließen der Düsen nadel 22 an der Düsennadelspitze 32 eingestellt werden.

Wird das Steuerelement 10 hingegen durch Aktivierung eines Aktors angestellt, wirkt der Druckbolzen 12 auf das Dichtelement 11 ein und verschließt am Dicht sitz 13 die Durchgangsbohrung 9. Dadurch baut sich durch kontinuierliches Nachströmen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über die Zulaufdrossel 21 im Steuerrraum 20 ein hoher Druck auf. Durch den Aufbau des Druckes im Steu erelement 20 fährt das Steuerteil 3 in vertikale Richtung nach unten an der Füh rung 7 aus, so daß die Düsennadel 22 und deren Nadelspitze 32 in ihren Sitz 27 einfahren. Die Schließbewegung der Düsennadel 22 in ihrem Sitz 27 im Bereich der Düsenspitze 32 wird durch geeignete Dimensionierung der als Druckfeder ausgebildeten Spiralfeder 8 unterstützt, so daß sich ein schnelles Schließen der Düsennadel 22 einstellt und sich damit die Lekargeverluste in engen Grenzen halten lassen.

Bezugszeichenliste

1

Injektor

2

Injektorgehäuse

3

Steuerteil

4

Symmetrieachse

5

Führungsbereich

6

Außendurchmesser d₂

7

Führung

8

Federelement

9

Durchgangsbohrung

10

Steuerelement

11

Dichtelement

12

Druckbolzen

13

Dichtsitz

14

Hohlraum

15

Leckölablauf

16

Hochdrucksammelraum-Zulauf

17

Dichtfeder

18

Zulaufspalt

19

Ablaufdrossel

20

Steuerraum

21

Zulaufdrossel

22

Düsennadel

23

oberer Führungsbereich

24

Ringhohlraum

25

unterer Führungsbereich

26

Zulaufflächen

27

Sitz

28

Sitzdurchmesser d₃

29

Führungsdurchmesser

30

Bohrung

31

Zulaufring

32

Düsenspitze

33

Fassung

Claims

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Verbren nungskraftmaschine mit einem Injektorgehäuse (2), in welchem ein Steu erraum (20) ausgebildet ist, der über eine Zulaufdrossel (21) mit einem Steuervolumen beaufschlagbar und über ein aktorbetätigbares Steuerele ment druckentlastbar ist, wodurch ein Steuerteil (3) in vertikale Richtung im Injektorgehäuse (2) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (3) und die Düsennadel (22) einstückig ausgebildet sind.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (3) an einer Führung (7) des Injektorgehäuses (2) geführt ist.

3. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichent, daß die Führung (7) außen von einem Federelement (8) umgeben und innen von einer Durch gangsbohrung (9) zu einem Steuerelement (10) durchzogen ist.

4. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite der Führung (7) mit einem Drosselelement (19) versehen ist, und einen Steuerraum (20) begrenzt.

5. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (20) von der Bodenfläche des an der Führung (7) aufgenommenen Steuer teiles (3) begrenzt wird.

6. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil in (3) seinem Außendurchmesserbereich (6) von einer zwischen Injektorge häuse (2) und Steuerteil (3) begrenzten Ringspalt (18) umgeben ist, der über den Zulauf (16) vom Hochdrucksammelraum aus mit Kraftstoff be aufschlagbar ist.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsenna del (22) Zulauffflächen (26) für die Zufuhr von Kraftstoff an die Spitze (27) der Düsennadel (22) vorgesehen sind.

8. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsenna del (22) ringförmig sich erstreckende Führungsflächen (23, 25) ausgebildet sind.

9. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Führungsflächen (23, 25) ein Ringhohlraum (24) angeordnet ist.

10. Injektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff durch einen unterhalb der Führungen (23, 25) vorgesehenen Zulaufring (31) zur Düsenspitze (32) gefördert wird.