DE10031571A1

DE10031571A1 - Injektor mit zentralem Hochdruckanschluß

Info

Publication number: DE10031571A1
Application number: DE10031571A
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: US6488013B2; FR2811025B1; JP2002039033A; GB2364099A; US20020020395A1; GB2364099B; GB0114099D0; FR2811025A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von unter extrem hohem Druck stehendem Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine. Es ist ein Ventilkörper (15) vorgesehen, der einen im Injektorgehäuse (2) aufgenommenen Ventilraum (21) auf- bzw. zusteuert, von dem aus sich ein Zulauf (29) zur Einspritzdüse erstreckt. Zur Betätigung des Ventilkörpers (15) wird ein Steuerraum (11) des Injektorgehäuses (2) mittels eines Steuerelementes (17) druckentlastet. Der vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) ausgehende Zulauf (5, 9) verläuft zentral durch den im Injektorgehäuse (2) beweglich aufgenommenen Ventilkörper (15).

Description

Technisches Gebiet

Bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen kommen Injektoren zum Einsatz, die den unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen einspritzen. Bei Einspritzsystemen mit Hochdrucksammelräumen (Common Rail) münden die Zulaufleitungen meist seitlich im Gehäuse des Injektorkörpers und beanspruchen dort Bauraum, da die vom Hochdrucksammelraum ausgehenden Zuläufe zu den einzelnen Injektoren für die Zylinder einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit der entsprechenden Festigkeit ausgeführt sein müssen, um den auftretenden hohen Drücken dauerfest standzuhalten.

Stand der Technik

DE 198 35 494 A1 bezieht sich auf eine Pumpe-Düse-Einheit. Diese dient zur Kraftstoffzufuhr in einem Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdruckes und zum Einspritzen des Kraftstoffes über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum. Ferner ist eine Steuereinheit vorgesehen, die auf ein Steuerventil einwirkt, welches als nach außen öffnendes A-Ventil ausgebildet ist, sowie eine Ventilbetätigungseinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in der Pumpeneinheit. Um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuereinheit zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat, kleinbauend ist, und die insbesondere eine kurze Ansprechzeit hat, schlägt die Erfindung vor, daß die Ventilbetätigungseinheit als Piezo-Aktor ausgebildet ist.

DE 37 28 817 C2 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine. Bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe ist das Steuerventilglied aus einem eine Führungshülse bildenden und in einem Kanal gleitenden Ventilschaft und einem mit diesem verbundenem, der Bestätigungseinrichtung zugewandten Ventilkopf ausgebildet. 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 Einmündung der Kraftstoffzufuhrleitung bis zum Beginn der mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dichtfläche am Ventilkopf reicht. In der Ausnehmung ist eine dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzte Fläche ausgebildet, die gleich einer im geschlossenen Zustand des Steuerventils dem Druck der Kraftstoffzufuhrleitung ausgesetzten Fläche des Ventilkopfs ist, wodurch das Ventil im geschlossenen Zustand druckausgeglichen ist. In der Führungshülse ist eine das Steuerventil zu seiner Offenstellung hin belastende Feder angeordnet.

Darstellung der Erfindung

Im Zylinderkopfbereich von Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist der zur Verfügung stehende Bauraum äußerst knapp bemessen. Bei Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektors zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Verbrennungsräume einer Brennkraftmaschine kann der Injektor platzsparender gestaltet werden, so daß weniger Einbauraum im Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine benötigt wird. Ferner läßt sich der Injektorkörper, d. h. das Gehäuse des Injektors, nunmehr wesentlich kostengünstiger gestalten und herstellen, da der seitlich an diesem vorzusehende in das Gehäuse integrierte Zulauf für die Hochdrucksammelraumzuleitung nunmehr entfallen kann. Der Anschluß der vom Hochdrucksammelraum ausgehenden Zulaufleitung kann wesentlich preisgünstiger durch ein den auftretenden hohen Drücken dauerfest standhaltendes Verschraubungselement ausgebildet werden.

Die Zugänglichkeit des Injektorgehäuses ist von oben gegeben, ohne daß das Gehäuse des Injektorkörpers in toto am Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine entfernt werden müßte. Nach Abschrauben der Zulaufleitung vom Hochdrucksammelraum kann eine Spannmutter sehr einfach vom Injektorgehäuse abgeschraubt werden, so daß das Steuerteil aus dem Injektorgehäuse problemlos entnehmbar ist, sollte dies im Einzelfalle einmal erforderlich sein.

Die Integration des Steuerraumes zwischen Steuerteil und einem als mit einem Außengewinde versehenen zentralen Hochdruckanschluß zum Anschluß der Zulaufleitung vom Hochdrucksammelraum gestattet den Steuerschieber wesentlich kompakter bauend auszuführen, so daß sich eine kleinere Bauhöhe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektorkörpergehäuses ergibt. Im Steuerraum ist das den Ventilkörper beaufschlagende Federelement eingelassen, durch dessen Integration in den Steuerraum das Steuervolumen herabgesetzt werden kann. In der Wandung des mit einem Außengewinde versehenen zentralen Anschlußelementes für den Zulauf vom Hochdrucksammelraum ist ein Drosselelement - als einfache Durchgangsbohrung gestaltet - vorgesehen, mit welchem der Hochdrucksammelraum mit dem das Steuervolumen bildenden Kraftstoffvorrat beaufschlagt werden kann. Das als zentraler Anschluß zum Hochdrucksammelraum dienende Anschlußstück mit Außengewinde dient mit seinem unterhalb der Zulaufdrossel ausgebildeten Fortsatz als Führung für den Ventilkörper. Bei Druckentlastung des Steuerraums durch Ansteuerung eines Piezo-Aktors oder eines Elektromagneten wird der Ventilkörper bei Druckentlastung des Steuerraumes durch das aktorbetätigte Steuerelement am Fortsatz des zentralen Hochdrucksammelraumes-Anschlußstückes geführt und zentriert.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäß konfiguriertes Injektorgehäuse mit einem zentralen, in dieses eingelassenen Anschlußstück für den Zulauf vom Hochdrucksammelraum, an welchem ein druckfederbeaufschlagtes Steuerteil in vertikaler Richtung bewegbar ist.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Injektorgehäuse eines Injektors zum Einspritzen für unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine.

Der in Fig. 1 m Längsschnitt dargestellte Injektor 1 umfaßt im wesentlichen ein Injektorgehäuse 2, in den ein Ventilkörper 15 eingelassen ist. Im oberen Bereich des Ventilkörpers 2 ist ein als zentrales Anschlußstück für den Zulauf vom Hochdrucksammelraum dienendes rotationssymmetrisch ausgebildetes Anschlußelement in das Injektorgehäuse 2 eingelassen. Das im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Anschlußelement 3 ist an seinem oberen Teil mit einem Außengewinde 5 versehen, an welchem eine Zulaufleitung, die vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) ausgeht, angeschlossen werden kann. Das Anschlußstück 3 ist koaxial zu seiner Symmetrieachse von einer Zulaufbohrung 9 durchzogen, die in eine Querbohrung 22 im Ventilkörper 15 mündet, die ihrerseits mit dem im Injektorgehäuse 2 ausgebildeten Ventilraum 21 in Verbindung steht. Über die Zulaufbohrung 9, die sich durch das zentrale Anschlußstück 5 erstreckt, ist der Ventilraum 21 des Injektorgehäuses 2 stets mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt.

Das zentrale Anschlußstück 5 ist an seinem verbreiterten Bereich mit einer Dichtkante 13 ausgeführt. Über eine beispielsweise als Überwurfmutter mit Überwurfring 6 ausgebildetete Spannmutter 4 kann das zentrale Anschlußstück 5 derart mit dem Injektorgehäuse 2 verschraubt werden, daß die Dichtkante 13 dichtend in ihrem Sitz im Gehäuse 2 eingedrückt wird und so den von ihr begrenzten Steuerraum 11 gegen Leckage abdichtet. Die Spannmutter 4 und der daran ausgebildetet Spannring 6, der ringförmig auf dem verbreiterten Bereich des zentralen Anschlußstückes 6 aufsitzt, ist so beschaffen, daß das Außengewinde, welches am zentralen Anschlußstück 5 ausgebildet ist, problemlos mit einem Werkzeug erreichbar ist, und die darauf aufgenommene Mutter ebenfalls auf dem Außengewinde drehbar ist und keine Probleme beim Aufsetzen eines Werkzeuges auftreten können.

Zur Aufnahme der Spannmutter 4, die den verbreiterten Bereich des zentralen Anschlußstückes 3 mit einem ringförmig konfigurierten Überwurfring 6 beaufschlagt, ist ein Außengewinde 7 vorgesehen, welches mit dem an der Spannmutter 4 ausgebildeten Innengewinde zusammenarbeitet.

Unterhalb des verbreiteten Bereiches des zentralen Anschlußstückes 3 erstreckt sich, ausgeführt in einem Durchmesser d₃ (Bezugszeichen 14), ein Fortsatz des zentralen Anschlußstückes 3. Dieser Fortsatz ist von einer als Zulaufdrossel 10 dienenden Bohrung in seiner Wandung durchsetzt, über welche ein den Fortsatz des zentralen Anschlußstückes 5 umgebender Steuerraum 11 mit einem als Steuervolumen dienenden Kraftstoffvorrat beaufschlagt werden kann. Im Steuerraum 11, der einerseits durch eine verbreiterte Ringfläche des zentralen Anschlußstückes 3 begrenzt wird und andererseits vom am Fortsatz des zentralen Anschlußstückes 5 bewegbar gelagerten Ventilkörper 15 begrenzt ist, ist eine Dichtfeder 12 angeordnet, deren Enden sich an den beiden genannten ringförmigen Flächen abstützt. Der Steuerraum 11, beaufschlagt mit einem Steuervolumen an Kraftstoff über die Zulaufdrossel 10, steht über eine ablaufseitig vorgesehene Ablaufdrossel 20 mit einem Schließelement 17 in Verbindung. Das Schließelement 17 kann entweder als ein Piezo-Aktor oder ein Elektromagnet oder auch ein mechanisch/hydraulischer Wandler ausgebildet sein, über welchen der Steuerraum 11 druckentlastbar ist. Dazu ist in einer ablaufseitigen Bohrung, welche beispielsweise in das Kraftstoffreservoir eines Kraftfahrzeuges mündet, ein kugelförmig ausgebildetes Schließelement 19 vorgesehen. Das kugelförmige Schließelement 19 wird seinerseits über einen Druckbolzen beaufschlagt, der vom hier nicht näher dargestellten Aktor, sei es ein Piezo-Aktor oder ein Elektromagnet in Wirkrichtung 18 beaufschlagt wird. Bei nicht angesteuertem Schließelement 17 steht die Kraft in Wirkrichtung 18 am Druckkolben an und drückt dadurch das kugelförmig ausgebildete Schließelement 19 in seine Sitzfläche, wodurch der Ablauf bzw. die Ablaufdrossel 20 des Steuerraumes 11 geschlossen bleibt, so daß im Steuerraum 11 über die Zulaufdrossel 10 der im Hochdrucksammelraum anstehende Druck kontinuierlich ansteht.

Am Fortsatz des zentralen Anschlußstückes 5, ausgeführt im Durchmesserbereich d₃, ist der Ventilkörper 15 verschiebbar aufgenommen. Der Ventilkörper 15 enthält eine Querbohrung 22, die mit der Axialbohrung 9 des zentralen Anschlußstückes 5 in Verbindung steht, wodurch der gesamte Ventilraum 21 stets von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Am unteren Ende des Ventilkörpers 15 ist dieser mit einer Dichtkante 23 in seinen im Injektorgehäuse 2 ausgebildeten Dichtsitz mit Durchmesser d₁ (Bezugszeichen 24) gedrückt, wodurch der Zulauf 29 zur Einspritzdüse, die hier nicht näher dargestellt ist, verschlossen ist. Im dargestellten Zustand ist der Ventilkörper 15 in einer Position, in der die Einspritzdüse über die Zuleitung 29 mit dem Leckölraum 28 druckentlastet ist. Unterhalb der Mündung des Zulaufes 29 im Ventilgehäuse 2 ist am Ventilkörper 15 der im Injektorgehäuse 2 geführt ist, ein Steuerschieber 25 ausgebildet. Am Steuerschieber 25 ist eine umlaufende ringförmige Steuerkante 26 vorgesehen, die ihrerseits mit einer am Injektorgehäuse 2 vorgesehenden Steuerkante 27 zusammenwirkt. Bei Druckentlastung des Steuerraumes 11 durch Bestätigung des Steuerelementes 17 fährt der Ventilkörper 15 entgegen der Wirkrichtung der Dichtfeder 12 in vertikaler Richtung nach oben auf, unter extrem hohem Druck stehender Kraftstoff strömt über den Ventilraum 21 durch die geöffnete Dichtkante 23 über den Zulauf 29 zur Einspritzdüse. Beim Auffahren des Ventilkörpers 15 entgegen der Wirkrichtung der Dichtfeder 12 verschließen die miteinander zusammenarbeitenden Steuerkanten 26 bzw. 27 am Leckölschieber 25 den ablaufseitig vorgesehenden Leckölraum 28, so daß ein Kurzschluß zwischen der ablaufseitigen Hohlraum 28 und dem Ventilraum 21, in dem unter hohem Druck stehender Kraftstoff ansteht, wirksam vermieden werden kann. Vom Hohlraum 28 unterhalb des Leckölschiebers 25, ist ein Leckölraum 28 vorgesehen, der über eine Bohrung 31 mit der Ablaufleitung 32 in Verbindung steht, in welche das Steuerraumvolumen abgeführt wird, welches bei Druckentlastung des Steuerraumes 11 durch die Ablaufdrossel 20 bei Druckentlastung des Steuerraumes 11 aus diesem austritt.

Am Steuerschieber 25 der unterhalb des Dichtsitzdurchmessers 24, ausgeführt im Durchmesser d₁, ausgebildet ist, finden sich Führungsflächen 30 zum Ansetzen eines Werkzeuges.

Der Ventilkörper 15, der auf dem Fortsatz des zentralen Hochdruckelementes 3, in dessen Durchmesser d₃ (Bezugszeichen 14) geführt ist, ist mit dem Durchmesser d₂ ausgeführt, wobei die beiden Durchmesser d₃ bzw. d₂ sowie der Durchmesser am Sitz des Ventilkörpers 15 aufeinander abgestimmt sind. Die Dichtkraft, welche durch die Dichtfeder 12 aufgebracht wird, ist vergleichsweise gering verglichen mit bekannten Anordnungen von Kraftstoffeinspritzinjektoren. Die Dichtfeder 12 wird so dimensioniert, daß in Abstimmung der Ringfläche, die sich aus dem Durchmesserdifferenz zwischen d₂ und d₃ ergibt, der Dichtsitzdurchmesser d₁, Bezugszeichen 24, entsprechend ergibt. Die durch die Dichtfeder 12 zusätzlich aufgebrachte Kraft muß so groß sein, daß durch das im Steuerraum 11 enthaltene Steuervolumen an Kraftstoff, eingetreten in diesen durch die Zulaufdrossel 10, die auf den Ventilkörper 15 wirkende Kraft so groß ist, daß im geschlossenen Zustand des Schließelementes 17 und im Ventilraum 21 anstehendem Kraftstoff stets ein Dichtsitz des Ventilkörpers 15 mit seiner Dichtkante hochdruckseitig im Injektorgehäuse 2 gewährleistet ist. Durch die axiale zur Symmetrielinie des Zentralanschlußstückes 5 sich erstreckende Länge des Fortsatzes, im Durchmesser d₃ (Bezugszeichen 14) ist der maximale Verfahrweg des Ventilkörpers 15 an seiner Führungsfläche des Fortsatzes am zentralen Anschlußstück 5 begrenzt.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante ist das Schließelement 17, sei es ein Piezo-Aktor oder sei es ein Elektromagnet oder ein anderes einsetzbares Schließelement, seitlich im Injektorgehäuse 2 vorgesehen. Anstelle der seitlichen Anordnung de Schließelementes 17 kann dieses auch extern am Ventilgehäuse 2 vorgesehen werden oder auch in das Innere des Ventilgehäuses 2 des Injektors 1 integriert sein.

Über den Zulauf 29 zur Einspritzdüse gelangt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Einspritzdüse selbst in der Darstellung gemäß Fig. 1 nicht dargestellt ist. Gleiches gilt für die Darstellung eines Hochdrucksammelraumes von dem lediglich das Außengewinde für einen Anschluß der von Hochdrucksammelraum (Common Rail) führenden Leitung zum zentralen Anschlußstück 5 wiedergegeben ist.

Bezugszeichenliste

1

Injektor

2

Injektorgehäuse

3

Zulauf vom Hochdrucksammelraum

4

Spannmutter

5

zentrales Anschlußstück

6

Überwurfring

7

Außengewinde

8

Wandung

9

Zulaufbohrung

10

Zulaufdrossel

11

Steuerung

12

Dichtfeder

13

Dichtkante

14

Zulaufdurchmesser d₃

15

Ventilkörper

16

Ventilkörper-Durchmesser d₂

17

Steuerelement

18

Wirkrichtung

19

Schließelement

20

Ablaufdrossel

21

Ventilraum

22

Bohrung

23

Dichtkante Hochdruckseite

24

Dichtsitzdurchmesser d₁

25

Leckölschieber

26

Schließkante Schieber

27

Schließkante Gehäuse

28

Leckölraum

29

Zulauf für Einspritzdüse

30

Führung

31

Leckölablauf

32

Ablauf zum Kraftstoffreservoir

Claims

1. Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ventilkörper (15), der einen Ventilraum (21) auf bzw. zusteuert, von dem aus sich ein Zulauf (29) zu einer Einspritzdüse erstreckt und zur Betätigung des Ventilkörpers (15) ein Steuerraum (11) im Injektorgehäuse (2) mittels eines Steuerelementes (17) druckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Hochdrucksammelraum ausgehende Zulauf (5, 9) zentral durch den Ventilkörper (17) geführt ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hochdruckanschluß (5, 9) den Steuerraum (11) und den Ventilraum (21) im Injektorgehäuse (2) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt.

3. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hochdruckanschluß (5, 9) eine Durchgangsbohrung (9) enthält, die in den Ventilraum (21) des Injektorgehäuses (2) mündet.

4. Injektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hochdruckanschluß (5) eine in den Steurraum (11) mündende Zulaufdrossel (10) enthält.

5. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hochdruckanschluß (5) mit einem Gewindeanschluß versehen und stationär im Injektorgehäuse (2) aufgenommen ist.

6. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) am zentralen Hochdruckanschluß (5, 9) beweglich geführt ist.

7. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Steuervolumen enthaltende Steuerraum (11) vom stationär im Injektorgehäuse (2) gelagerten zentralen Hochdruckanschluß (5, 9) und vom bewegbaren Ventilkörper (15) begrenzt wird.

8. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) mit einer Hochdruckdichtkante (23) am Dichtsitz (24) des Injektorgehäuses (2) anliegend, den Ventilraum (21) abschließt.

9. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am ablaufseitigen Ende des Ventilkörpers (15) ein Leckölschieber (25) mit Steuerkante (26) ausgebildet ist, der mit einer ablaufseitig vorgesehenden Steuerkante (27) des Injektorgehäuses (2) zusammenarbeitet.

10. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hochdruckanschluß (5, 9) mit einem Spannelement (4) mit Dichtkante (13) dichtend in das Injektorgehäuse (2) des Injektors (2) eingelassen ist.