WO2008125536A1

WO2008125536A1 - Injektor

Info

Publication number: WO2008125536A1
Application number: PCT/EP2008/054157
Authority: WO
Inventors: Siegfried Ruthardt; Patrick Mattes; Andreas Kellner; Holger Rapp; Friedrich Boecking; Wolfgang Stoecklein; Thomas Pauer; Andreas Rettich; Markus Rueckle; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2008-10-23
Also published as: DE102007018006A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1) mit einem in axialer Richtung zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss durch eine Düsenlochanordnung (12) in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (5), und mit einem zwischen einem Injektorkörper (2) und einem Ventilstück (15) ausgebildeten Ringraum (14), in den ein Kraftstoff-Versorgungskanal (13) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff mündet, und mit einem axial zu dem Ringraum (14) benachbarten Druckraum (18). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Ringraum (14) ein ringförmiges, sich einerseits an dem Ventilstück (15) und andererseits an dem Injektorkörper (2) abstützendes Drosselteil (17) mit mindestens einer Drosselöffnung (18) aufgenommen ist, durch die unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Ringraum (14) in den Druckraum (18) strömenkann.

Description

Beschreibung

Titel

Injektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 100 20 870 Al sowie aus der EP 1 722 101 Al sind Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen ein Ringraum gegenüber einem auf Niederdruck liegenden Raum mittels eines ringförmigen Dichtelementes, das mit einer Stützstruktur versehen ist, abgedichtet ist. Das Dichtelement verhindert somit das Eindringen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Ringraum in den auf Nieder- druck liegenden benachbarten Raum, dem in der Regel eine Durchmesserstufe eines Ventilelementes des Injektors zugeordnet ist, um eine Schließkraftkomponente zu erzeugen.

Daneben sind Injektoren bekannt, bei denen der Ringraum, in den ein Kraftstoff-Versorgungskanal mündet, in axialer Richtung in einen Druckraum übergeht, in den der aus dem Kraftstoff-Versorgungskanal zugeführte Kraftstoff hineinströmt, um bei geöffnetem Ventilelement durch eine mindestens eine Einspritzöffnung aufweisende Düsen- lochanordnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gespritzt zu werden. Bei diesen, als leckagefreie Injektoren bezeichneten Injektoren (in der Regel ohne Niederdruckstufe) muss der der Düsenlochanordnung zugeleitete Kraft- stoff (geringfügig) gedrosselt werden, damit der Kraftstoffdruck im Bereich der Ventilelementspitze (etwas) geringer ist als der Raildruck, um eine ausreichend hohe Schließkraft zum Schließen des Ventilelementes gewährleisten zu können.

Zur Realisierung der Kraftstoffdrosselung mittels einer Drosselbohrung sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten bekannt. Zum einen kann die Drosselbohrung in einem Zulaufkanal zu dem unterhalb des Ringraums befindlichen Druckraum im Injektorkörper vorgesehen werden. Der Aufwand für die Fertigung dieser Variante ist jedoch erheblich und wird daher aus Kostengründen möglichst vermieden. Zum anderen ist es bekannt, die mindestens eine Drosselbohrung in einer zusätzlichen Drosselplatte zwischen den Injektorkörper und dem Düsenkörper anzuordnen, also hydraulisch gesehen zwischen dem unterhalb des Ringraums befindlichen Druckraum und der Düsenlochanordnung. Diese Variante ist zwar weniger kostenintensiv als die zuvor dar- gelegte Variante, hat jedoch funktionale Nachteile. Zum einen ist die Düsenlochanordnung nicht mehr unmittelbar an den Druckraum angeschlossen, so dass sich die Zumessgenauigkeit bei Mehrfacheinspritzungen verringert und zum anderen kann es durch Verwirbelungseffekte am Einlauf der Drosselbohrung in der Drosselplatte zu Ungenauigkeiten in der Mengenzumessung kommen. Weiterhin entsteht eine zusätzliche mit Hochdruck beaufschlagte Dichtstelle, die lediglich durch Aufeinanderpressen des Injektorkörpers, der Drosselplatte und des Düsenkörpers abgedichtet werden muss (harte Abdichtung) . Die Auslegung einer solchen harten Abdichtung für hohe Drücke verursacht einen hohen Fertigungsaufwand. Offenbarung der Erfindung Technisch Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Injektor vorzuschlagen, bei dem die Drosselung des der Düsen- lochanordnung zugeführten Kraftstoffes gegenüber dem Versorgungsdruck auf einfache alternative Weise ohne negative Auswirkungen auf die Zumessgenauigkeit realisiert ist.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen, zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen .

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drosselung des Kraftstoffs mit einem separaten Einbauteil, nämlich einem ringförmigen Drosselteil zu realisieren, welches innerhalb des Ringraumes angeordnet ist und sich einerseits an dem den Ringraum radial innen begrenzenden Ventilstück und andererseits an dem den Ringraum radial außen begrenzenden Injektorkörper abstützt. Das Drosselteil ist nicht integraler Bestandteil des Gehäuses (Injektorkörper, Düsenkörper) und es entsteht aufgrund des Verzichts auf eine Drosselplatte zwischen Düsenkörper und Injektorkörper keine zusätzlich nach außen abzudichtende Stelle. In das Drosselteil ist mindestens eine, bevorzugt axiale Drosselöffnung eingebracht, durch die unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Ringraum in den Druckraum strömen kann. Eine weitere Drosselung des Kraftstoffs auf seinem Weg zur Düsenlochanordnung mit mindestens einer Einspritzöffnung muss nicht erfolgen. Bevorzugt ist das Drosselteil mit mehreren, insbesondere gleichmäßig über seinen Umfang verteilten Drosselöffnungen bzw. Kanälen versehen. Der in axialer Richtung an den Ringraum anschließende Druckraum dient als Mini-Rail, der Druckschwingungen, die durch das Öffnen und Schließen der Düsennadel im Common-Rail-Systemen stets ausgelöst werden in ihrer Amplitude stark reduziert. Hierdurch wird auch der Einfluss dieser Druckwellen auf die Einspritzmengenzumessung bei Mehrfacheinspritzungen drastisch verringert. Das eingesetzte Ventilelement kann sowohl einteilig, als auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig mit Steuerkolben und Düsennadel ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Ventilstück, an dem sich das Drosselteil abstützt, mit einer Aufnahmebohrung für das Ventilelement versehen, so dass das Ventilstück als Führung für das Ventilelement, insbesondere für einen Steuerkolben des Ventilelementes dient.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die mindestens eine Drosselöffnung (zumindest im wesentlichen) die einzige hydraulische Verbindung zwischen dem Ringraum und dem axial benachbarten Druckraum ist. Anders ausgedrückt liegt das Drosselteil zumindest näherungsweise dichtend an dem Ventilstück und an dem Injektorkörper an, wobei geringfügige Leckagen an den Rand- Seiten des Drosselteils ohne (wesentliche) Bedeutung sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Drosselteil, zumindest abschnittsweise, ein Me- tallteil ist. Dabei ist es denkbar, dass randseitig elastisches Kunstsoffmaterial zur Verbesserung der Dichtwirkung vorgesehen ist. Bevorzugt ist das Drosselteil zur Verminderung des Verschleißes jedoch vollständig aus Metall ausgebildet. Eine (ggf. vollständige) Ausbildung aus einem robusten Kunststoff ist jedoch ebenfalls denkbar.

Bevorzugt ist das Drosselteil in axialer und/oder radialer Richtung elastisch federnd ausgebildet, insbesondere um eine dichtende, klemmende Aufnahme des Drosselteils zwischen dem Ventilstück und dem Injektorkörper zu gewährleisten .

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das ringförmige Drosselteil als Tellerfederelement ausgebildet ist. Durch die gewölbte, sich in axialer Richtung erstreckende Ausbildung ist die Überbrückung eines Axialabstandes zwischen den Anlagepunkten am Ventilstück und am Injektorkörper möglich.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der ein sicherer Halt des Drosselteils in den Injektor dadurch gewährleistet ist, dass das Drosselteil zwischen zwei Ringschultern bzw. zwischen zwei Stufen und zwar einerseits des Ventilstücks und andererseits des Injektorkörpers angeordnet ist, um ein Verrutschen in axialer Richtung oder sogar ein vollständiges Lösen des Drosselteils aus seiner Befestigungsposition zu vermeiden.

Ein besonders guter Halt des Drosselteils kann realisiert werden, indem die beiden Ringschultern in axialer Richtung und bevorzugt auch in radialer Richtung zueinander versetzt, d.h. beabstandet angeordnet sind. Um eine gute Abdichtung des Drosselteils gegenüber dem Ventilstück sowie gegenüber dem Injektorkörper und gleichzeitig einen sicheren Halt des Drosselteils im Injektor zu realisieren, ist in Ausgestaltung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Axialerstreckung des Drosselteils im Einbauzustand geringer ist als im nicht eingebauten Zustand, dass Drosselteil bei der Montage also, vorzugsweise elastisch verformt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der in den Ringraum mündende Kraftstoff-Versorgungskanal der einzige Kraftstoff-Versorgungskanal ist und somit eine Steuerkammer, die bevorzugt von dem Ventilstück be- grenzt wird, durch eine Zulaufdrossel aus dem Ringraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Durchflusswert der Zulaufdrossel zur Steuerkammer sowie der Druckabfall an der mindestens einen Drosselöffnung des Drosselteils bestimmen im Wesentlichen die Schließ- geschwindigkeit des Ventilelements.

Von besonderem Vorteil ist eine Variante, bei der auf eine Zuführung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch einen Drosselkanal im Injektorkörper zu einem separaten Dü- senraum im Düsenkörper verzichtet wird. Bevorzugt strömt der Kraftstoff aus dem Druckraum entweder unmittelbar zur Düsenlochanordnung oder nimmt dem Umweg über einen Kanal im Düsenkörper zu einem Düsenraum (Ringraum) im Düsenkörper und strömt dann von dort aus durch einen Umfangspalt zur Düsenlochanordnung. Der Kanal ist dabei drosselfrei ausgebildet . Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1 eine Darstellung eines Common-Rail-Injektors,

Fig. 2 eine Schnittmittel-Detail-Darstellung der

Einbausituation eines Drosselteils im Injektor,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Drosselteil und

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht des Drosselteils entlang der Schnittlinie A-A gemäß Fig. 3.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

In Fig. 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoffen in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Injektor 1 um- fasst einen Injektorkörper 2 und einen mittels einer Düsen- spannmutter 3 daran festgelegten Düsenkörper 4. In dem Injektorkörper 2 sowie in den Düsenkörper 3 ist ein gemeinsames Ventilelement 5 axial verschieblich aufgenommen, wobei das Ventilelement 5 aus einem Steuerkolben 6 und einer damit hydraulisch gekoppelten Düsennadel 7 besteht. Die hydraulische Kopplung erfolgt innerhalb eines Kopplerraums 8, der von einer Hülse 9 begrenzt wird. Dabei wird die Hülse mittels einer Druckfeder 10 auf eine obere Stirnseite des Düsenkörpers 4 fe- derkraftbeaufschlagt, wobei die Hülse 9 dem Steuerkolben 6 vollumfänglich umschließt.

In der gezeigten Schließstellung liegt die Düsennadel 7 auf ihrem Düsennadelsitz 11 auf und versperrt somit eine Düsen- lochanordnung 12. Bei geöffnetem Ventilelement kann Kraft- Stoff aus der Düsenlochanordnung 12 in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine strömen.

Der aus der Düsenlochanordnung 12 ausströmende Kraftstoff gelangt über einen in Fig. 2 gezeigten Kraftstoff-Ver- sorgungskanal 13, der mit einem nicht gezeigten Kraftstoff- Hochdruckspeicher (Rail) verbunden ist, in einen Ringraum 14, wobei der Ringraum 14 radial außen von dem Injektorkörper und radial innen von einem Ventilstück 15 begrenzt ist.

Ausgehend von dem Ringraum 14 durchströmt der Kraftstoff Drosselöffnungen 16 (vgl. Fig. 2) eines ringförmigen Drosselteils 17 und gelangt somit in einen Druckraum 18 (Mini-Rail) , innerhalb des Injektorkörpers 2. In dem Druckraum 18 ist eine Ventilschließfeder 19 angeordnet, die sich einenends an einer unteren Stirnseite des Ventilstücks 15 und anderen Endes an einem am Steuerkolben 6 gehaltenen Sicherungsring 20 abstützt. Durch den Druckraum 18 fließt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff bis zu der Hülse 9 und durch einen Umfangsspalt zwischen Hülse 9 und Injektorkörper 2 hindurch bis zu der Stirnseite des Düsenkörpers 3 und von dort aus durch einen drosselfreien Kanal 21 zu einem Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4. Von dort aus strömt der Kraftstoff durch den Ringspalt zwischen Düsennadel 7 Düsenkörper 4 zur Düsenlochanordnung 12.

Zum axialen Verstellen des Ventilelements 5 ist eine von der Stirnseite des Steuerkolbens 6 begrenzte Steuerkammer 23 vorgesehen, die über eine in Fig. 2 gezeigte Zulaufdrossel 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Ringraum 14 versorgt wird. Der Steuerkammer 23 ist ein Steuerventil 25 zugeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines elektromagnetischen Aktuators 26 betätigbar ist. Bei geöffnetem Steuerventil 25 strömt Kraftstoff durch eine Ablaufdrossel 27 in einen Niederdruckbereich des Injektors und von dort aus zu einer Rücklaufleitung . Dabei sind die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 24 und der Ablaufdrossel 27 derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 25 ein Nettoabfluss aus der Steuerkammer 23 resultiert, wodurch das Ventilelement 5 vom Düsennadelsitz abhebt und somit den Kraftstofffluss in den Brennraum freigibt. Zum Schließen des Ventilelementes 5 wird das Steuerventil 25 mittels des elektromagnetischen Aktuators 26 geschlossen, wodurch der Druck in der Steuerkammer 23 durch den Zufluss von Kraftstoff aus dem Ringraum 14 durch die Zulaufdrossel 24 steigt, wodurch wiederum eine resultierende Schließkraft auf das Ventilelement 5 wirkt.

Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, begrenzt das Ventilstück 5 nicht nur den Ringraum 14, sondern auch die Steuerkammer 23 und dient gleichzeitig zur Führung des Steuerkolbens 6. In das Ventilstück 15 ist zudem die Zulaufdrossel 24 eingebracht . Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Drosselteil 16 in der Art einer Tellerfeder aus Metall ausgebildet und liegt einenends auf einer ersten Ringschulter 28 des Injektorkörpers 2 und anderenends auf einer zweiten Ringschulter 29 des Ventilstücks 15 auf, wobei die beiden Ringschultern 28, 29 in axialer Richtung versetzt und sich in radialer Richtung leicht überschneidend angeordnet sind. Für einen besonders sicheren Halt des Drosselteils 17 ist vorgesehen, dass dieses sich in Ecken 30, 31 der Ringschultern 28, 29 abstützt und somit auch in radialer Richtung dichtend an dem Ventilstück 15 sowie an dem Injektorkörper 2 anliegt.

In Fig. 3 ist das Drosselteil 17 in einer Draufsicht gezeigt. Zu erkennen sind drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Drosselöffnungen 16, die sich in radialer Richtung gesehen etwa mittig auf dem ringförmigen Drosselteil 17 befinden.

In Fig. 4 ist das Drosselteil 17 in einer Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A gemäß Fig. 3 gezeigt. Zu erkennen ist die gewölbte Ausbildung mit der mittigen Drosselöffnung 16. Das Drosselteil 17 weist ihm nicht montierten Zustand eine größere Axialerstreckung A auf als in montiertem Zustand. Anders ausgedrückt ist das Drosselteil 17 im montierten Zustand elastisch zwischen dem Ventilstück 15 und dem Injektorkörper 2 geklemmt.

Claims

Ansprüche

1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere

Common-Rail-Injektor, mit einem in axialer Richtung zwischen einer Schließstellung und einer den Kraft- stofffluss durch eine Düsenlochanordnung (12) in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellba- ren Ventilelement (5) , und mit einem zwischen einem Injektorkörper (2) und einem Ventilstück (15) ausgebildeten Ringraum (14), in den ein Kraftstoff- Versorgungskanal (13) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff mündet, und mit einem axial zu dem Ringraum (14) benachbarten Druckraum (18),

dadurch gekennzeichnet,

dass in dem Ringraum (14) ein ringförmiges, sich einerseits an dem Ventilstück (15) und andererseits an dem Injektorkörper (2) abstützendes Drosselteil (17) mit mindestens einer Drosselöffnung (16) aufgenommen ist, durch die unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Ringraum (14) in den Druckraum (18) strömen kann.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselteil (17) zumindest näherungsweise dichtend an dem Ventilstück (15) und an dem Injektorkörper (2) anliegt.

3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselteil (17), zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus Metall ausgebildet ist.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselteil (17) in axialer und/oder radialer Richtung federnd ausgebildet ist.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselteil (17) ein Tellerfederelement ist .

6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Drosselteil (17) in einer ersten

Axialrichtung an einer ersten Ringschulter (28) des Injektorkörpers (2) und in einer zweiten, der ersten

Axialrichtung entgegengesetzten Axialrichtung an einer zweiten Ringschulter (29) des Ventilstücks

(15) abstützt.

7. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ringschulter (28, 29) axial versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialerstreckung (A) des Drosselteils (17) vor seiner Montage größer ist als der Axialabstand zwischen den beiden Ringschultern (28, 29) .

9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Ringraum (14) mindestens eine Zulaufdrossel (24) in eine Steuerkammer (23) führt, welche über ein Steuerventil (25) hydraulisch mit einem Niederdruckbereich des Injektors verbindbar ist .

10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Ventilelement (5) unter Hochdruck stehender Kraftstoff durch Drosselöffnung (16) des Drosselteils (17) und den Druckraum (18) in axialer Richtung hindurch und zur Düsenlochanordnung (12) strömt.