DE10220931C1 - Injektor zur Kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Injektor umfasst einen Injektorkörper (2), eine Düsennadel (3) und eine Steuereinrichtung (13), um einen Druck in einem Steuerraum (4) zur Betätigung der Düsennadel (3) zu steuern. Weiterhin umfasst der Injektor (1) eine Zulaufdrossel (6) und eine Ablaufdrossel (7), welche mit dem Steuerraum (4) in Fluidverbindung stehen. Die Zulaufdrossel (6) und die Ablaufdrossel (7) sind dabei in einem als separates Bauteil gebildeten und mittels Schneidkanten abgedichteten Drosselmodul (5) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zur Ein­ spritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraft­ maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Kraftstoffeinspritzinjektoren sind beispielsweise für Common- Rail-Systeme in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein herkömmlich aufgebauter Injektor umfasst eine Düsennadel, welche mittelbar über einen Steuerkolben oder unmittelbar mit einem Steuerraum in Verbindung steht, der mit Druck beauf­ schlagt wird. Wenn an der Düse und am Steuerraum der gleiche Druck herrscht, so wird durch das geometrisch vorgegebene Verhältnis der Flächen, an welchen der Druck angereift, eine resultierende Kraft erzeugt. Wenn beispielsweise die Fläche an der Düse kleiner als die Fläche am Steuerkolben ist, wird eine resultierende Kraft erzeugt, die die Düsennadel in ihren Sitz drückt und somit die Düse verschließt.

Der Steuerraum wird über eine sogenannte Zulaufdrossel mit einem Bereich hohen Druckes aus einem Speicher (Rail) verbun­ den, welcher gleichzeitig auch zur Düse geführt wird. Über eine sogenannte Ablaufdrossel steht der Steuerraum weiter mit einem Absteuerventil in Verbindung. Da die Ablaufdrossel ei­ nen größeren Strömungsquerschnitt als die Zulaufdrossel auf­ weist, sinkt der Druck im Steuerraum durch das Öffnen des Ab­ steuerventils ab. Durch diese Druckabsenkung im Steuerraum ändert sich die resultierende Kraft an der Düsennadel, sodass die Düsennadel von ihrem Sitz abhebt und Kraftstoff durch die Spritzlochbohrungen in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ausströmen kann. Bei den bisherigen Injektoren wurden der Steuerraum und die Zulaufdrossel bzw. die Ablaufdrossel je­ weils in einen Injektorkörper eingebracht. Dadurch weist der Injektorkörper einen relativ komplizierten Aufbau auf und ist aus fertigungstechnischer Hinsicht relativ kompliziert herzu­ stellen, da eine Vielzahl von Arbeitsgängen am Injektorkörper ausgeführt werden muss.

Aus der WO 00/06892 A2 ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchem ein als Drosselplat­ te ausgebildeter Drosselkörper zwischen einem Ventilkörper und einem Zwischenkörper bzw. einem Düsenkörper axial ver­ spannt ist. Die Drosselplatte weist einen Kraftstoffkanal auf, der über einen Zulaufkanal mit einer Steuerkammer ver­ bunden ist, die wiederum über einen Ablaufkanal mit einem Servoventil verbunden ist. Die Stirnflächen der Drosselplatte bilden mit den axial angrenzenden Körpern eine hochdruckfeste Abdichtung. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist es not­ wendig, eine sehr gute Dichtwirkung zwischen dem Ventilkörper und der Drosselplatte einerseits und der Drosselplatte und dem Zwischenkörper andererseits zu gewährleisten.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff bereitzustellen, welcher insbesondere in einem Common-Rail-System verwendbar ist, einen einfachen Aufbau aufweist und kostengünstig her­ stellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Injektor ist derart aufgebaut, dass eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel in einem als separates Bauteil ausgebildeten Drosselmodul vorgesehen sind. Durch die Anordnung der beiden Drosseln in einem separaten Bauteil kön­ nen fertigungstechnische Vorteile erzielt werden, da die Drosseln, welche mit einer besonders hohen Genauigkeit gefer­ tigt werden müssen, in dem separaten Bauteil gut zugänglich eingebracht werden können. Anschließend erfolgt eine Montage des Drosselmoduls im Injektor.

Weiter bevorzugt ist in dem separaten Drosselmodul auch ein Rückstellelement, z. B. eine Spiralfeder, zur Rückstellung der Steuereinrichtung des Injektors angeordnet. Dadurch kann der erfindungsgemäße Injektor kompakter aufgebaut sein.

Weiter vorteilhaft ist in dem separaten Drosselmodul eine Aussparung gebildet, welche zumindest einen Teilbereich des Steuerraums des Injektors bereitstellt. Dadurch kann der er­ findungsgemäße Injektor in Axialrichtung noch kompakter aus­ gebildet werden. Um einen noch kompakteren Injektor bereitzu­ stellen, ist die Zulaufdrossel vorzugsweise in Radialrichtung zur Injektorachse angeordnet. Besonders bevorzugt wird der Zulaufdrossel dabei unter Druck stehender Kraftstoff über ei­ nen zwischen dem Injektorkörper und dem separaten Drosselmo­ dul angeordneten Ringspalt zugeführt.

Um eine sichere Abdichtung des Ringspalts zwischen dem Injek­ torkörper und dem separaten Drosselmodul zu erreichen, ist der Ringspalt vorzugsweise in Axialrichtung abgedichtet. Be­ sonders bevorzugt erfolgt die Abdichtung dabei mittels Schneidkanten, welche während der Montage eine plastische Verformung erfahren bzw. eine plastische Verformung an dem anderen Bauteil hervorrufen, sodass eine sichere Abdichtung ermöglicht wird.

Besonders bevorzugt ist das Drosselmodul in einer Stufenboh­ rung des Injektorkörpers mit wenigstens zwei Stufen angeord­ net. Dabei erfolgt eine Abdichtung des Ringspaltes in Axial­ richtung an den Stufen der Stufenbohrung. Bei einer Abdich­ tung mittels Schneidkanten können dabei die Schneidkanten entweder im Drosselmodul oder an den Stufen im Injektorkörper ausgebildet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrie­ ben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Bereichs eines Injektors mit einem erfindungsgemäßen Drosselmodul.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Injektor 1 einen Injek­ torkörper 2, in welchem ein Drosselmodul 5 und ein Steuermo­ dul 13 angeordnet sind. Weiterhin ist im Injektorkörper 2 ei­ ne Düsennadel 3 angeordnet und in Axialrichtung X-X des In­ jektors im Injektorkörper 2 geführt. Das Drosselmodul 5 ist als separates Bauteil ausgebildet. Im Drosselmodul 5 ist eine Zulaufdrossel 6 und eine Ablaufdrossel 7 ausgebildet. Weiter­ hin ist an dem zur Düsennadel 3 gerichteten Ende des Drossel­ moduls 5 eine im Schnitt U-förmige Aussparung 8 gebildet. Diese Aussparung 8 stellt einen Steuerraum 4 zwischen dem Drosselmodul 5 und der Düsennadel 3 bereit. Das Steuermodul 13 umfasst ein Ventil 15, welches über eine nicht dargestell­ te Steuereinheit wie beispielsweise ein Magnetelement oder ein Piezoaktor betätigbar ist. Das Ventil 15 verschließt bzw. gibt einen am Steuermodul 13 gebildeten Ventilsitz 18 frei. Eine Rückstellung des Ventils 15 erfolgt mittels einer als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfeder 14. Weiterhin sind im Steuermodul 13 zwei Rückläufe 16 vorgesehen, welche eine Verbindung zu einem nicht gezeigten Tank des Fahrzeugs be­ reitstellen.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Feder 14 in einer im Drosselmodul 5 gebildeten Aussparung angeordnet, so­ dass eine sehr kompakte Bauweise in Axialrichtung X-X des In­ jektors 1 möglich ist.

Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Zulauf­ drossel 6 unter Druck stehender Kraftstoff über eine Kraft­ stoffzuleitung 19 und einen zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Drosselmodul 5 gebildeten Ringspalt 17 zugeführt.

Da das Drosselmodul 5 als ein separates Bauteil ausgebildet ist, muss zwischen dem Drosselmodul 5 und dem Injektorkörper 2 eine Abdichtung ausgebildet werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Drosselmodul 5 in einer Stufenbohrung des Injektor­ körpers angeordnet, welche aus einer ersten Stufe 11 und ei­ ner zweiten Stufe 12 besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Abdichtung des Ringspaltes 17 in Axialrichtung X-X des Injektors 1. Diese Abdichtung wird durch eine erste Schneidkante 9 und eine zweite Schneidkante 10 bereitge­ stellt, welche an Absätzen des Drosselmoduls 5 ausgebildet sind, die den Stufen 11, 12 der Stufenbohrungen entsprechen.

Bei der Montage des Drosselmoduls 5 in den Injektorkörper 2 erfolgt eine plastische Verformung der Schneidkanten 9 und 10 an den Stufen 11 und 12 der Stufenbohrung. Dadurch passen sich die Oberflächen der beiden Bauteile 2 und 5 ideal anein­ ander an, wodurch eine sehr gute Dichtwirkung erreicht wird. Diese Dichtwirkung ist auch bei sehr hohen Drücken, wie sie beispielsweise bei Common-Rail-Einspritzsystemen auftreten, dicht. Weiterhin können durch das Vorsehen der sich plastisch verformenden Schneidkanten 9 und 10 durch die Fertigung be­ dingte Längenunterschiede zwischen den Abständen der Stufen 11, 12 der Stufenbohrung und/oder den Abständen der am Dros­ selmodul 5 zwischen den Schneidkanten 9 und 10 gebildeten Ab­ sätzen ausgeglichen werden. Dadurch ist es möglich, dass die Fertigungstoleranzen in einem weiteren Bereich gewählt werden können, sodass die Herstellung des Injektors verbilligt wer­ den kann. Weiterhin können durch das Vorsehen des Drosselmo­ duls 5 als separates Einzelbauteil die Bohrungen für die Zu­ laufdrossel 6 und die Ablaufdrossel 7 schnell und einfach bei hoher Genauigkeit ausgeführt werden. Ebenso können die an dem Drosselmodul 5 vorgesehenen Schneidkanten 9, 10 sehr kosten­ günstig, beispielsweise durch Drehen, erzeugt werden.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Injektors 1 ist dabei wie folgt. Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen soll, wird das Ventil 15 über einen Aktor (nicht dargestellt) betä­ tigt und in Richtung der Düsennadel 3 bewegt, sodass sich das Ventil 15 von seinem Ventilsitz 18 abhebt. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 4 über die Ablaufdrossel 7 und das offene Ventil 15 zum Rücklauf 16 geöffnet. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 4, sodass sich die Düsennadel 3 in Axialrichtung X-X des Injektors in den Steuerraum 4 be­ wegt. Dadurch hebt die Düsennadel 3 von ihrem Sitz ab, sodass wenigstens eine Düse freigegeben wird und eine Einspritzung von Kraftstoff durch die Düse in einen Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine erfolgt. Hierbei erfolgt die Einspritzung so­ lange, solange das Ventil 15 in seinem geöffneten Zustand verbleibt. Die Öffnung des Ventils 15 erfolgt dabei entgegen der Federkraft der Feder 14.

Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird das Ventil 15 wieder über den Aktor betätigt, sodass es durch Rückstellung der Feder 14 wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt, in welcher der Ventilsitz 18 verschlossen ist. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Steuerraum 4 und der Rücklaufleitung 16 wieder unterbrochen, sodass sich im Steuerraum 4 der ur­ sprüngliche Druck aufbauen kann, da unter Druck stehender Kraftstoff über die Zulaufdrossel 6 zugeführt wird. Dadurch bewegt sich die Düsennadel 3 wieder in ihre Ausgangsposition und verschließt die Düse des Injektors, sodass die Einsprit­ zung von Kraftstoff beendet ist.

Während der Betätigung des Steuerventils 15 bzw. der Düsenna­ del 3 kann dabei eine stetige sichere Abdichtung des Ring­ spalts 17 zwischen dem Injektormodul 2 und dem Drosselmodul 5 an den Stufen 11 bzw. 12 des Injektorkörpers 2 sichergestellt werden. Es sei angemerkt, dass die Schneidkanten 9, 10 selbstverständlich nicht nur im Drosselmodul 5 vorgesehen werden, sondern dass in gleicher Weise auch Schneidkanten an den Stufen 11, 12 des Injektorkörpers vorgesehen werden kön­ nen, welche bei Montage des Drosselmoduls 5 plastisch ver­ formt werden und so eine Dichtung zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Drosselmodul 5 herstellen.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine. Der Injektor umfasst einen Injektorkörper 2, einer Düsennadel 3 und eine Steuereinrichtung 13, um einen Druck in einem Steuerraum 4 zur Betätigung der Düsennadel 3 zu steuern. Weiterhin umfasst der Injektor 1 eine Zulaufdros­ sel 6 und eine Ablaufdrossel 7, welche mit dem Steuerraum 4 in Fluidverbindung stehen. Die Zulaufdrossel 6 und die Ab­ laufdrossel 7 sind dabei in einem als separates Bauteil ge­ bildeten Drosselmodul 5 angeordnet.

Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rah­ men der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifika­ tionen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Ä­ quivalente zu verlassen.

Claims (4)

1. Injektor zu Einspritzung von Kraftstoff in einen Brenn­ raum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Injektor­ körper (2), eine Düsennadel (3), eine Steuereinrichtung (15), um einen Druck in einem Steuerraum (4) zur Betäti­ gung der Düsennadel (3) zu steuern, eine Zulaufdrossel (6) und eine Ablaufdrossel (7), welche beide mit dem Steuerraum (4) in Fluidverbindung stehen, wobei die Zu­ laufdrossel (6) und die Ablaufdrossel (7) in einem als separates Bauteil ausgebildeten Drosselmodul (5) angeord­ net sind, wobei zwischen dem Injektorkörper (2) und dem Drosselmodul (5) ein Ringspalt (17) ausgebildet ist, über welchen Kraftstoff zur Zulaufdrossel (6) zugeführt wird, wobei der Ringspalt (17) in Axialrichtung (X-X) des In­ jektors abgedichtet ist, wobei das Drosselmodul (5) in einer Stufenbohrung mit wenigstens zwei Stufen (11, 12) des Injektorkörpers (2) angeordnet ist und die Abdichtung des Ringspaltes (17) in Axialrichtung an den Stufen (11, 12) der Stufenbohrung erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abdichtung mittels Schneidkanten (9, 10) erfolgt.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in dem Drosselmodul (5) ein Rückstell­ element (14) zur Rückstellung der Steuereinrichtung (15) angeordnet ist.

3. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass in dem Drosselmodul (5) eine Aussparung (8) gebildet ist, welche zumindest einen Teilbereich des Steuerraums (4) bereitstellt.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (6) in Radialrichtung des Injektors angeordnet ist.