DE19919432C2 - Common Rail Injektor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Common Rail Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei herkömmlichen Common Rail Injektoren ist zwar der Öffnungspunkt und eventuell der Schließpunkt des Magnetventils durch eine Steuerstromanalyse darstellbar, nicht aber die Bewegung der Düsennadel. Eine Funktionskontrolle der Injektoren ist nur mit zusätzlichem Aufwand möglich, zum Beispiel mit Hilfe von Nadelhubsensoren.

Aus der DE 196 12 738 A1 ist ein Injektor mit integriertem Sicherheitsventil bekannt. Das Sicherheitsventil verhindert Beschädigungen der Brennkraftmaschine, wenn am Injektor Fehlfunktionen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common Rail Injektor bereitzustellen, bei dem der Öffnungs- und/oder Schließvorgang der Düsennadel im Betrieb erkennbar ist.

Die Aufgabe ist bei einem Common Rail Injektor mit einem Gehäuse, mit einem Hochdruckanschluß, mit einer axial gegen einen Düsennadelsitz verschiebbaren Düsennadel, mit einem durch eine Feder gegen einen zweiten Steuerkolbensitz vorgespannten magnetgesteuerten Steuerkolben, mit einem Servokolben, mit einem zwischen Servokolben und Düsennadel angeordneten Zwischenstück und mit einem vom Servokolben begrenzten Steuerraum, dadurch gelöst, daß der zweite Steuerkolbensitz im Servokolben angeordnet ist, daß durch den zweiten Steuerkolbensitz eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und einem drucklosen Raum im Inneren des Servokolbens steuerbar ist, and daß die Feder über den Steuerkolben, den zweiten Steuerkolbensitz, den Servokolben und das Zwischenstück auf die Düsennadel in Schließrichtung einwirkt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Common-Rail- Injektors ist beim Schließen der Düsennadel eine mechanische Kopplung des Steuerkolbens und der Düsennadel vorhanden, so dass über eine Analyse des Steuerstroms des Elektromagneten, der den Steuerkolben steuert die Stellung der Düsennadel erfasst werden kann. Wenn die Düsennadel bspw. im ganz oder teilweise geöffneten Zustand verklemmt, kann der Steuerkolben nicht in die vorgesehene Schließstellung gelangen.

Infolgedessen ändert sich der Steuerstrom gegenüber einem ordnungsgemäßen Betrieb des Injektors. Diese Änderung des Steuerstroms kann am Steuergerät der Einspritzanlage ausgewertet werden. Außerdem ist sichergestellt, dass wenn der Steuerkolben seine Schließstellung ordnungsgemäß erreicht hat, auch die Düsennadel ihren Düsennadelsitz erreicht hat und somit der Einspritzvorgang beendet wurde.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hochdruckanschluß und Steuerraum eine erste Drossel vorgesehen ist, daß ein erster Steuerkolbensitz im Servokolben zwischen dem Steuerraum und dem drucklosen Raum angeordnet ist, dass an dem Servokolben zwischen erstem Steuerkolbensitz und, zweiten Steuerkolbensitz eine zweite Drossel vorgesehen ist, die in den drucklosen Raum im Inneren des Servokolbens mündet. Durch die beiden Drosseln wird erreicht, daß der Druck im Steuerraum sinkt, wenn beide Drosseln durchströmt werden. Das wiederum führt dazu, daß sich der Servokolben und das Zwischenstück in den Steuerraum hineinbewegen, was ein Abheben der Düsennadel von ihrem Sitz bewirkt.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser der ersten Drossel kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Drossel, so dass sich das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors weiter verbessert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Injektorgehäuse ein Anschlag für den Servokolben ausgebildet ist. Durch den Anschlag wird die Bewegung des Servokolbens in Öffnungsrichtung der Düsennadel begrenzt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die in den Steuerraum ragende Stirnfläche des Servokolbens größer als die druckbeaufschlagte Fläche der Durchmesser der Düsennadel ist. Dadurch ist gewährleistet, daß die Düsennadel gegen den Düsennadelsitz gedrückt wird, wenn im Steuerraum und an der Düsennadel der gleiche Druck vorliegt und der den Steuerkolben betätigende Magnet nicht bestromt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Figur ist ein Längsschnitt durch einen Common Rail Injektor 1 mit einem Injektorgehäuse 7 dargestellt. Das Injektorgehäuse 7 steht über einen Hochdruckanschluß 2 und eine Hochdruckleitung 3 mit einem Hochdruckspeicher 4 in Verbindung. Der Hochdruckspeicher 4 wird über eine Pumpeneinheit 5 aus einem Kraftstofftank 6 mit Kraftstoff versorgt.

In dem Injektorgehäuse 7 ist eine Düsennadel 8 mit einem Düsennadeldurchmesser 9 axial verschiebbar aufgenommen. Die Spitze der Düsennadel 8 liegt an einem Düsennadelsitz 12 an. In diesem Zustand ist der Injektor 1 geschlossen.

Über Hochdruckbohrungen 10 und 11 in dem Injektorgehäuse 7 gelangt der mit Hockdruck beaufschlagte Kraftstoff von dem Hochdruckanschluß 2 in einen Druckraum 13 im Bereich der Spitze der Düsennadel 8. Das stumpfe Ende der Düsennadel 8 liegt an einem Zwischenstück 14 an. In dem Zwischenstück 14 sind Bohrungen 15 angebracht, über die Kraftstoff aus dem Inneren des Zwischenstücks 14 über einen Kanal 16 und eine drucklose Leitung 17 zurück in den Kraftstofftank 6 gelangen kann.

An dem von der Düsennadel 8 abgewandten Ende des Zwischenstücks 14 liegt ein Servokolben 20 an. Im Inneren des Servokolbens 20 ist ein druckloser Raum 21 ausgebildet, der mit dem Inneren des Zwischenstücks 14 in Verbindung steht. An dem von dem Zwischenstück 14 abgewandten Ende des Servokolbens 20 ist eine Bohrung mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern angebracht. Der drucklose Raum 21 hat einen konstanten Innendurchmesser. Daran schließt sich ein verjüngender Bereich an, der nachfolgend als erster Steuerkolbensitz 22 bezeichnet wird. Auf den ersten Steuerkolbensitz 22 folgt ein Bereich 23 mit konstantem Innendurchmesser, wobei der Innendurchmesser im Bereich 23 kleiner als der Durchmesser in dem drucklosen Raum 21 ist. Auf den Bereich 23 mit konstantem Innendurchmesser folgt ein Bereich mit einem sich erweiternden Durchmesser, der nachfolgend als zweiter Steuerkolbensitz 24 bezeichnet wird.

An einem Steuerkolben 27 sind ein erster Ventilkegel 25 und ein zweiter Ventilkegel 26 ausgebildet. Der erste Ventilkegel 25 wirkt mit dem ersten Steuerkolbensitz 22 zusammen. Der zweite Ventilkegel 26 wirkt mit dem zweiten Steuerkolbensitz 24 zusammen.

Der Steuerkolben 27 ist durch eine Feder 28 vorgespannt. Dadurch wird erreicht, daß der Steuerkolben 27 die Düsennadel 8 über den Servokolben 20 und das Zwischenstück 14 gegen den Düsennadelsitz 12 drückt. Im geschlossenen Zustand des Injektors 1 ist die Düsennadel 8 dadurch mit dem Steuerkolben 27 gekoppelt, daß die Düsennadel 14 an dem Zwischenstück 14 anliegt, daß das Zwischenstück 14 an dem Servokolben 20 anliegt, und daß der Servokolben 20 an dem Steuerkolben 27 anliegt.

Über einen Magneten 29 kann der Steuerkolben 27 gegen die Kraft der Feder 28 zu dem Magneten 29 hinbewegt werden. Wenn das der Fall ist, strömt Kraftstoff von dem Hochdruckanschluß 2 durch eine erste Drossel 30 in einen Steuerraum 31 und von dort durch eine zweite Drossel 34 in den drucklosen Raum 21. Der Strömungsquerschnitt der zweiten Drossel 34 ist größer als der Strömungsquerschnitt der ersten Drossel 30. Dadurch wird erreicht, daß der Druck im Steuerraum 31 abnimmt, wenn die Steuerkolbensitze 25 und 26 geöffnet sind, so daß der Kraftstoff aus dem Steuerraum 31 durch die zweite Drossel 34 in den drucklosen Raum 21 strömen kann. Der abnehmende Druck in dem Steuerraum 31 führt dazu, daß sich der Servokolben 20 zu einem Anschlag 33 hinbewegt. Wenn der Servokolben 20 mit seiner Stirnfläche 32 an dem Anschlag 33 anliegt, ist der Injektor 1 geöffnet.

Der erfindungsgemäße Commom Rail Injektor funktioniert wie folgt: Der Injektor 1 wird mit dem Hochdruckspeicher 4 durch eine Hochdruckleitung 3 verbunden. Der Düsennadelsitz 12 und die Stirnfläche 32 des Servokolbens 20 werden mit dem Systemdruck durch die Bohrungen 10, 11 und die Drossel 30 beaufschlagt.

Ohne Bestromung des Magneten 29 wird der Steuerkolben 27 mittels der Feder 28 an den Sitz 26 gedrückt. Damit wird der Ablauf zum drucklosen Raum 21 abgedichtet. Die Stirnfläche 32, die größer als der Nadeldurchmesser 9 ist, garantiert, daß die Düsennadel 8 an den Sitz 12 gedrückt wird.

Die Einspritzung erfolgt durch die Bestromung des Magneten 29. Der Steuerkolben 27 wird gegen die Kraft der Feder 28 angezogen. Der Sitz 26 wird geöffnet und nach kurzem Hub (Sitz 25) wird der Ablauf zum drucklosen Raum 21 durch die Drossel 34 gesteuert. Die Durchmesser der Sitze 25, 26 und des Steuerkolbens 27 sind gleich groß. Die Drossel 34 ist größer als die Drossel 30. Damit sinkt der Druck im Steuerraum 31 und die Nadel 8, das Zwischenstück 14 und der Servokolben 20 bewegen sich in Richtung Anschlag 33. Die Einspritzung beginnt.

Mit einer Steuerstromanalyse wird der Öffnungspunkt erkannt.

Claims (5)

1. Common Rail Injektor (1) mit einem Injektorgehäuse (7) mit einem Hochdruckanschluß (2), mit einer axial gegen einen Düsennadelsitz (12) verschiebbaren Düsennadel (8), mit einem durch eine Feder (28) gegen einen zweiten Steuerkolbensitz (24) vorgespannten magnetgesteuerten Steuerkolben (27), mit einem Servokolben (20), mit einem zwischen Servokolben (20) und Düsennadel (8) angeordneten Zwischenstück (14) und mit einem vom Servokolben (20) begrenzten Steuerraum (31), dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkolbensitz (24) im Servokolben (20) angeordnet ist, daß durch den zweiten Steuerkolbensitz (24) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum (31) und einem drucklosen Raum (21) im Inneren des Servokolbens (20) steuerbar ist, und daß die Feder (28) über den Steuerkolben (27), den zweiten Steuerkolbensitz (24), den Servokolben (20) und das Zwischenstück (14) auf die Düsennadel (8) in Schließrichtung einwirkt.

2. Common Rail Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hochdruckanschluß (2) und Steuerraum (31) eine erste Drossel (30) vorgesehen ist, daß ein erster Steuerkolbensitz (22) im Servokolben (20) zwischen dem Steuerraum (31) und dem drucklosen Raum (21) angeordnet ist, dass an dem Servokolben (20) zwischen erstem Steuerkolbensitz (22) und zweiten Steuerkolbensitz (24) eine zweite Drossel (34) vorgesehen ist, die in den drucklosen Raum (21) im Inneren des Servokolbens (20) mündet.

3. Common Rail Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ersten Drossel (30) kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Drossel (34).

4. Common Rail Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Injektorgehäuse (7) ein Anschlag (33) für den Servokolben (20) ausgebildet ist.

5. Common Rail Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Steuerraum (31) ragende Stirnfläche (32) des Servokolbens (20) größer als die druckbeaufschlagte Fläche der Düsennadel (8) ist.