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Dokumentenidentifikation DE102006027328A1 20.12.2007
Titel Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Boecking, Friedrich, 70499 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027328
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F02M 51/06(2006.01)A, F, I, 20060613, B, H, DE
Zusammenfassung Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (1) mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend: einen Injektorkörper (2), in dem ein Aktor (4) zur Erzeugung einer Betätigungskraft für eine Düsennadel (5) aufgenommen ist, eine mit dem Aktor (4) gekoppelte Kopplereinheit (6) sowie eine Düsennadel (5), die in einen Düsenkörper (3) mit mehreren, über die Düsennadel (5) verschließbaren Öffnungen zum Einspritzen eines Kraftstoffs untergebracht ist, wobei die Kopplereinheit (6) unter Bildung zweier hydraulisch verbundener Steuerräume (7, 8) zwei Druckstufen aufweist, um mittels der zwei Steuerräume (7, 8) über einen hydraulisch mit dem zweiten Steuerraum (8) gekoppelten dritten Steuerraum (12) die Düsennadel (5) zu bewegen.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung wird eingesetzt in Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen Kraftstoffinjektoren zum dosierten Einspritzen des zu verbrennenden Kraftstoffs verwendet werden.

Aus der DE 103 33 427 B3 ist ein gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor bekannt. Dieser umfasst ein Einspritzventil, welches eine Ventilnadel zum Öffnen und Schließen von distalen Einspritzöffnungen aufweist. Es ist eine kraftstoffzuführende Leitung vorgesehen sowie ein Aktor und eine hydraulische Kopplereinheit, die zwei über eine Kopplung zusammenwirkende, linear hintereinander angeordnete Kolben gleichen Durchmessers aufweist. Das Kopplervolumen der Kopplereinheit wird über Führungsspalten hintereinander angeordneter Kolben durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff gebildet. An den dem Aktor abgewandten Enden der Kolben ist je ein Füllraum angeordnet, die mit einer Leitung verbunden sind, wobei einer der Kolben mit einer ersten Querschnittsfläche mit dem Aktor über eine Stange und der andere Kolben mit der Ventilnadel verbunden ist. Die beiden anderen Enden der Kolben greifen in zugeordnete Übersetzerräume ein, die über einen Kanal miteinander hydraulisch in Verbindung stehen.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass diese relativ komplex aufgebaut ist und aufgrund der zwei Kolben sowie deren hydraulischer Verbindung recht großbauend ausfällt.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip, insbesondere für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher einen einfachen Aufbau aufweist und in dem Gesamtdurchmesser kleiner baut, wobei die Steuerräume entsprechend ausgebildet sind, um eine optimale Düsennadelbetätigung zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Kopplereinheit unter Bildung zweier hydraulisch verbundener Steuerräume zwei Druckstufen aufweist, um mittels der zwei Steuerräume über einen hydraulisch mit dem zweiten Steuerraum gekoppelten dritten Steuerraum die Düsennadel zu bewegen.

Vorteile der Erfindung

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die zweistufige Ausbildung des Kopplerkolbens und damit verbunden den zusätzlich gebildeten Steuerraum kleinere Durchmesser des Kraftstoffinjektors realisiert werden können. Insbesondere lassen sich so Kraftstoffinjektoren realisieren, die besonders schlank sind, und Durchmesser, die kleiner sind als 19 mm und besonders bevorzugt etwa 17 mm sind, ermöglichen.

Weiter bevorzugt ist, dass die Kopplereinheit einen ersten, aktorseitig angeordneten Kopfteil und einen düsennadelseitigen Schaftteil kleineren Durchmessers aufweist. Auf diese Weise lässt sich einfach eine zweistufige Kopplereinheit realisieren. Die Kopplereinheit kann einteilig als Drehteil hergestellt sein, oder mittels Verbinden von mehreren Teilen gefertigt werden.

Zudem ist es bevorzugt, dass der Kopfteil eine größere Außenabmessung aufweist, als der Schaftteil, um so einen Absatz an dem Übergang von Schaftteil zu Kopfteil zu bilden. Bevorzugt sind Kopfteil und Schaftteil im Querschnitt kreisförmig ausgebildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der erste Steuerraum durch den Injektorkörper und die Kopplereinheit begrenzt ist. Genauer gesagt, ist der erste Steuerraum durch das Kopfteil, das Schaftteil und den Injektorkörper begrenzt. Somit wird der erste Steuerraum bzw. dessen Größe im Wesentlichen durch den Absatz bzw. die Durchmesserunterschiede von Schaftteil und Kopfteil mitbestimmt. Dadurch, dass ein zusätzlicher Steuerraum vorgesehen ist, kann der Durchmesser des Kopfteils kleiner ausgebildet sein, als der entsprechende Durchmesser der Kopplereinheit bei bekannten Kraftstoffinjektoren.

Weiterhin ist bevorzugt, dass der zweite Steuerraum aktorseitig axial von einer Stirnfläche des Schaftteils begrenzt ist. Durch die axiale Begrenzung über die Stirnfläche lässt sich der Steuerraum entsprechend klein ausbilden, so dass sich der Bauraum optimal nutzen lässt.

Auch bevorzugt ist es, dass der zweite Steuerraum über einen durch die Kopplereinheit verlaufenden Kanal mit dem ersten Steuerraum hydraulisch verbunden ist. Der Kanal für die hydraulische Verbindung verläuft bevorzugt durch die Kopplereinheit und nicht durch den Injektorkörper, so dass die Wandung des Injektorkörpers entsprechend dünn ausgebildet werden kann, da diese den Kanal nicht aufnehmen muss. Somit lässt sich ein extrem schlanker Kraftstoffinjektor realisieren.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Steuerraum mittels einer Drosselplatte von dem dritten Steuerraum axial getrennt ist. Über diese Drosselplatte wird die Druckübertragung zwischen zweitem Steuerraum und drittem Steuerraum gedrosselt. Hierdurch verzögert sich die Druckübertragung, wodurch der Schließvorgang der Düsennadel letztendlich beschleunigt wird.

Der zweite Steuerraum ist vorzugsweise mittels der Drosselplatte und einer nadelseitigen Stirnfläche des Schaftteils axial und mittels einer ersten Hülse radial begrenzt. Auf diese Weise lässt sich der zweite Steuerraum durch einfache konstruktive Maßnahmen bilden.

Bevorzugt ist auch, dass der dritte Steuerraum mittels der Drosselplatte und einer aktorseitigen Stirnfläche der Düsennadel axial und mittels einer zweiten Hülse radial begrenzt ist. Somit lässt sich auch der dritte Steuerraum einfach ausbilden und durch die Geometrien der angrenzenden Bauteile leicht festsetzen. Die beiden Hülsen, die des zweiten Steuerraums und die des dritten Steuerraums, lassen sich im Wesentlichen gleich ausgestalten, so dass die gleichen Bauteile sowohl zur Festlegung des zweiten Steuerraums als auch des ersten Steuerraums verwendbar ist.

Auch bevorzugt ist, dass Vorspannelemente benachbart zu und in Kontakt stehend mit den Hülsen angeordnet sind. Die Vorspannelemente können als Federn und speziell als Druckfedern ausgebildet sein. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Vorspannelemente als spiralförmige Druckfedern ausgebildet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt:

einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Kraftstoffinjektor.

Der Kraftstoffinjektor 1 gemäß Figur funktioniert mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2 und einen Düsenkörper 3. Injektorkörper 2 und Düsenkörper 3 sind entlang einer gemeinsamen Achse miteinander verbunden. In dem Düsenkörper 3 sind Öffnungen zum Einspritzen eines Fluids in einem Brennraum ausgebildet. In dem Injektorkörper 2 ist ein Aktor 4 aufgenommen, der sich zur Betätigung im stromlosen Zustand zusammenzieht, und im bestromten Zustand ausgelenkt ist. In dem Düsenkörper 3 ist eine Düsennadel 5 zum Öffnen und Verschließen der Öffnungen aufgenommen. Zwischen dem Aktor 4 und der Düsennadel 5 ist an dem Aktor 4 eine Kopplereinheit 6 angeordnet. Diese Kopplereinheit 6, welche bei Betätigung des Aktors 4 ein Anheben der Düsennadel 5 bewirkt, ist zweistufig, das heißt mit einem Absatz versehen ausgebildet. Hierzu weist die Kopplereinheit 6 ein Kopfteil 6a mit Durchmesser d1 und ein Schaftteil 6b mit Durchmesser d2 auf. Die Kopplereinheit 6 bildet zusammen mit dem Injektorkörper 2 im Bereich dieses Absatzes einen ersten Steuerraum 7. Dabei wird die Größe des ersten Steuerraums 7 von den Außenabmaßen des Kopfteils 6a und des Schaftteils 6b bestimmt. Die Kopplereinheit 6 und somit das Kopfteil 6a und das Schaftteil 6b sind bolzenartig ausgebildet. Das heißt, das Kopfteil 6a und das Schaftteil 6b sind etwa zylindrisch ausgebildet und weisen somit jeweils einen Außendurchmesser auf. Der Durchmesser d1 des Kopfteils 6aist dabei größer als der Durchmesser d2 des Schaftteils 6b. Über diesen Unterschied der Durchmesser d1 und d2 ist die Größe des ersten Steuerraums 7 bestimmt. Ein zweiter Steuerraum 8 ist axial von der nadelseitigen Stirnseite des Schaftteils 6b der Kopplereinheit 6 angeordnet. Dessen Größe ist im Wesentlichen durch den Durchmesser d2 des Schaftteils 6b bestimmt. Die beiden Steuerräume 7 und 8 sind hydraulisch über einen Kanal 9 verbunden. Der Kanal 9 verläuft durch die Kopplereinheit 6 und genauer durch das Schaftteil 6b. Der zweite Steuerraum 8 wird weiter durch eine erste Hülse 10 und eine Drosselplatte 11 begrenzt. Die Drosselplatte 11 liegt zwischen dem zweiten Steuerraum 8 und einem dritten Steuerraum 12. Dabei sind der zweite und der dritte Steuerraum 8, 12 über eine Durchgangsöffnung in der Drosselplatte 11 hydraulisch verbunden. Der dritte Steuerraum 12 ist weiterhin durch die Düsennadel 5 und seitlich bzw. radial durch eine zweite Hülse 13 begrenzt. Die Düsennadel 5 hat dabei etwa den gleichen Durchmesser in dem Bereich, mit dem diese den dritten Steuerraum 12 begrenzt, wie das Schaftteil 6b.

Der Kraftstoffinjektor 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, die insbesondere an einem Fahrzeug angeordnet sein kann. Dabei ist jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein separater Kraftstoffinjektor 1 zugeordnet. Bei sogenannten „Common-Rail-System" ist für mehrere, insbesondere für sämtliche Kraftstoffinjektoren 1 der Brennkraftmaschine eine gemeinsame Kraftstoffversorgung vorgesehen, welche den einzudüsenden Kraftstoff auf dem relativ hohen Niveau des Einspritzdruck bereitstellt.

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 1 arbeitet wie folgt:

In einem Ausgangszustand ist die Düsennadel 5 geschlossen, d.h. die Düsennadel 5 sitzt in einem Nadelsitz an den Öffnungen und sperrt somit die Verbindung der Kraftstoffversorgung zu der wenigstens einen Öffnung. In diesem Ausgangszustand ist der Aktor 4 bestromt und befindet sich in einem ausgelenkten Zustand. Bei Betätigung des Kraftstoffinjektors 1 wird die Stromzufuhr zu dem Aktor 4 unterbrochen und der Aktor 4 fährt zusammen, das heißt er verkürzt sich in axiale Richtung weg von der Düsennadel 5. Die an den Aktor 4 festgekoppelte Kopplereinheit 6 vollzieht die gleiche Bewegung. Hierdurch wird das Volumen des ersten Steuerraums 7 vergrößert und der dort herrschende Druck nimmt ab. Durch die hydraulische Verbindung mit dem zweiten Steuerraum 8 nimmt auch dort der Druck entsprechend ab. Da der zweite Steuterraum 8 auch hydraulisch über eine Drosselplatte mit dem dritten Steuerraum 12gekoppelt ist, nimmt auch dort, in dem dritten Steuerraum 12 der Druck ab. Hierdurch wird die Düsennadel 5 in Richtung des Aktors 4 angezogen und die bislang durch die Düsennadel 5 verschlossenen Öffnungen werden freigegeben.

Umgekehrt wird zum Schließen der Öffnungen der Aktor 4 bestromt, wodurch dieser sich auslenkt und die Kopplereinheit 6 das Volumen des ersten Steuerraums 7 verkleinert. Hierdurch steigt der Druck in dem ersten Steuerraum 7. Über die hydraulische Verbindung steigt auch der Druck in dem zweiten Steuerraum 8. Über die Drosselplatte wird die Druckerhöhung an den dritten Steuerraum 12 weitergeleitet, wodurch sich der Druck dort erhöht. Die Druckerhöhung bewirkt, dass die Düsennadel 5 sich in Richtung der Öffnung bewegt und diese verschließt.


Anspruch[de]
Kraftstoffinjektor (1) mit direkter Nadelsteuerung nach einem ziehenden Aktorprinzip zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend:

einen Injektorkörper (2), in dem ein Aktor (4) zur Erzeugung einer Betätigungskraft für eine Düsennadel (5) aufgenommen ist,

eine mit dem Aktor (4) gekoppelte Kopplereinheit (6) zur hydraulischen Übersetztung, sowie

einen Düsenkörper (3) mit mehreren, über die hierin geführte Düsennadel (5) verschließbaren Öffnungen zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Brennraum, dadurch gekennzeichnet, dass

die Kopplereinheit (6) unter Bildung zweier hydraulisch verbundener Steuerräume (7, 8) zwei Druckstufen aufweist, um mittels der zwei Steuerräume (7, 8) über einen hydraulisch mit dem zweiten Steuerraum (8) gekoppelten dritten Steuerraum (12) die Düsennadel (5) zu bewegen.
Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplereinheit (6) einen ersten, aktorseitig angeordneten Kopfteil (6a) und einen düsennadelseitigen Schaftteil (6b) kleineren Durchmessers aufweist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absatz an dem Übergang von Schaftteil (6b) zu Kopfteil (6a) vorgesehen ist, der den ersten Steuerraum (7) begrenzt. Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerraum (7) neben der Kopplereinheit (6) durch den Injektorkörper (2) begrenzt ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum (8) aktorseitig axial von einer Stirnfläche des Schaftteils (6b) begrenzt ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum (8) über einen durch die Kopplereinheit (6) verlaufenden Kanal (9) mit dem ersten Steuerraum (7) hydraulisch verbunden ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum (8) mittels einer Drosselplatte (11) von dem dritten Steuerraum (12) axial getrennt ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum (8) mittels der Drosselplatte (11) und einer nadelseitigen Stirnfläche des Schaftteils (6b) axial und mittels einer ersten Hülse (10) radial begrenzt ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Steuerraum (12) mittels der Drosselplatte (11) und einer aktorseitigen Stirnfläche der Düsennadel (5) axial und mittels einer zweiten Hülse (13) radial begrenzt ist. Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspannelemente benachbart zu und in Kontakt stehend mit den Hülsen (10, 13) angeordnet sind.






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