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Dokumentenidentifikation DE102006020634B4 04.12.2008
Titel Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen
Anmelder MAN Diesel SE, 86153 Augsburg, DE
Erfinder Maier, Ludwig, 86420 Diedorf, DE;
Yalcin, Hakan, 89231 Neu-Ulm, DE
DE-Anmeldedatum 04.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020634
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.12.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.12.2008
IPC-Hauptklasse F02M 47/02(2006.01)A, F, I, 20060504, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02M 47/06(2006.01)A, L, I, 20060504, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, bei dem eine Düsennadel einen Einspritzdüsenquerschnitt öffnet beziehungsweise schließt, wobei oberhalb der Düsennadel ein oberer Druckraum und unterhalb ein unterer Druckraum ausgebildet sind, denen der Kraftstoff unter Druck zuführbar ist, wobei ein 3/2 Wegeventil den Kraftstoff von einem Druckspeicher über eine erste Kraftstoffleitung sowohl dem oberen als auch dem unteren Druckraum zuführt und der obere Druckraum über eine zweite Kraftstoffleitung mit einem Druckhalteventil verbunden ist, welches bei einem definierbaren Druck öffnet und somit den oberen Druckraum druckentlastet.

Aus dem Stand der Technik ist es bei Einspritzsystemen bekannt, dass zur Ansteuerung von druckgesteuerten Injektoren üblicherweise entweder 3/2-Wegeventile oder 2/2-Wegeventile verwendet werden. So zeigt die DE 100 56 165 A1 3/2-Wegeventile, also Ventile mit drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen, die den Düsenzulauf entweder mit einem Hochdruckzulauf vom Druckspeicher oder mit einem Niederdruckablauf verbinden.

Weiterhin ist aus der DE 199 38 169 A1 ein Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem eine Düsennadel einen Einspritzdüsenquerschnitt öffnet bzw. schließt, wobei oberhalb der Düsennadel ein oberer Druckraum und unterhalb ein unterer Druckraum ausgebildet sind, denen der Kraftstoff unter Druck zuführbar ist, wobei ein 2/2-Wegeventil den Kraftstoff von einem Druckspeicher über eine erste Kraftstoffleitung sowohl den oberen als auch den unteren Druckraum zuführt, wobei sowohl zum oberen Druckraum hin ein Zulaufdrossel als auch in der Kraftstoffleitung vom oberen Druckraum weg eine Ablaufdrossel integriert ist.

In Anwendungen im Automobilbereich sind diese Schaltventile meist direkt am Einspritzinjektor angeordnet. Bei größeren Dieselaggregaten, wie Dieselmotoren für Schiffe, sind die Schaltventile meist in der Nähe des Druckspeichers (Rail) angeordnet, beispielsweise im Speicherdeckel.

Einspritzsysteme wie beispielsweise Common Rail Einspritzsysteme, die den Kraftstoff mit variablem Druck einspritzen, haben meistens zum Einspritzbeginn eine sehr steile Einspritzrate. Es wird eine große Menge an Kraftstoff eingespritzt. Dieser Effekt wirkt sich aber negativ auf die Stickstoffoxid-Emissionsrate (NOx-Emissionsrate) aus. Über einen abgestufte Freigabe/Öffnung der Einspritzdüse beziehungsweise eine definierte Öffnungscharakteristik an der Einspritzdüse lässt sich eine treppenförmige Einspritzrate erreichen und somit die Emissionsrate günstig beeinflussen.

Es ist das Bestreben vieler Hersteller von Einspritzsystemen und von vielen Herstellern von Dieselmotoren, in denen solche Einspritzsysteme zum Einsatz kommen, eine optimale Steuerung des Einspritzdüsenquerschnitts zu finden.

Hiervon ausgehend haben die Erfinder sich die Aufgabe gestellt, einen neuen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen zur Verfügung zu stellen, der ein verbessertes Betriebsverhalten ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch einen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfinder schlagen vor, einen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, bei dem eine Düsennadel einen Einspritzdüsenquerschnitt öffnet beziehungsweise schließt, wobei oberhalb der Düsennadel ein oberer Druckraum und unterhalb ein unterer Druckraum ausgebildet sind, denen der Kraftstoff unter Druck zuführbar ist, wobei ein 3/2 Wegeventil den Kraftstoff von einem Druckspeicher über eine erste Kraftstoffleitung sowohl dem oberen als auch dem unteren Druckraum zuführt und der obere Druckraum über eine zweite Kraftstoffleitung mit einem Druckhalteventil verbunden ist, welches bei einem definierbaren Druck öffnet und somit den oberen Druckraum druckentlastet, dahingehend zu verbessern, dass sowohl zum oberen Druckraum hin eine Zulaufdrossel als auch in der Kraftstoffleitung vom oberen Druckraum weg eine Ablaufdrossel integriert ist, so dass durch diesen Aufbau des Einspritzinjektors wird erreicht, dass ein langsames und reguliertes Öffnen der Düsennadel bei Anstehen des unter Druck stehenden Kraftstoffes gewährleistet wird.

Die Erfinder haben auch erkannt, dass sich das zwischen der Düsennadel des Einspritzinjektors und dem Schaltventil befindliche Volumen negativ auf das Verhalten der Düsennadelbewegung auswirkt, zum Beispiel hinsichtlich der Trägheit der Düsennadelbewegung, und dadurch auch negativ auf das gesamte Betriebsverhalten des Einspritzinjektors. Dieses negative Verhalten der Düsennadelbewegung kann durch einen bestimmten Aufbau des Schaltventils verhindert werden. Bei einem 3/2 Wegeventil als Schaltventil kann durch eine besondere Anordnung beziehungsweise durch einen bestimmten Aufbau der Zulaufdrossel im Steuerkolben des 3/2 Wegeventils das Restdruckverhalten bis in den Sitz der Düsennadel verbessert werden und somit Schaltleckagen, die durch ein zu großes Volumen zwischen Zulauf- und Ablaufdrossel entstehen, minimiert werden.

Erfindungsgemäß weist das 3/2 Wegeventil eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel auf, wobei die Zulaufdrossel stirnseitig und exzentrisch am Steuerkolben des 3/2 Wegeventils angeordnet ist. Durch diesen Aufbau des 3/2 Wegeventils wird das Volumen zwischen Zulaufdrossel und Ablaufdrossel und somit Schaltleckagen minimiert. Gleichzeitig wird der bisherige Einfluss dieses Volumens auf das Betriebsverhalten der Einspritzinjektors verringert.

Weiterhin ist der obere Druckraum derart ausgebildet, dass nach einem definierbaren Nadelhub die Kraftstoffleitung mit Zulaufdrossel in den oberen Druckraum durch die Düsennadel geschlossen wird. Bei geschlossener Kraftstoffleitung zum oberen Druckraum hin wird dieser nicht mehr vom Kraftstoffdruck beaufschlagt. Der im unteren Druckraum befindliche Kraftstoffdruck kann die Düsennadel nun schneller öffnen.

Es ist von Vorteil, wenn das Druckhalteventil als Einschubpatrone ausgeführt ist, die axial im Einspritzinjektor integriert ist. Hierdurch werden die Montage und die Demontage dieses Bauteiles in beziehungsweise aus dem Einspritzinjektor servicefreundlicher gestaltet.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens ein Federelement die Düsennadel in einer Geschlossenstellung hält. Wirkt auf die Düsennadel der Druck des verdichteten Kraftstoffes, so bewegt dieser die Düsenadel gegen den Druck oder den Zug des Federelementes und der Einspritzdüsenquerschnitt wird geöffnet. Fällt der auf die Düsennadel wirkende Druck ab, so wird die Düsennadel durch das Federelement in die ursprüngliche Lage zurückbewegt.

Das Druckhaltventil kann mindestens ein Federelement aufweisen, wobei durch die Federkonstante der Öffnungsdruck, bei dem das Ventil öffnet, eingestellt werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der beiden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

1: Schnittansicht durch Einspritzinjektor;

2: Schnittansicht durch Steuerkolben des 3/2 Wegeventils.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.

Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen neuen Einspritzinjektor 1. Der unter Druck stehende Kraftstoff befindet sich zunächst in einem Druckspeicher 13, dem so genannten Rail. Über die Druckleitung 14 wird der Kraftstoff dem Steuerkolben 9 (eingerahmter Bereich) eines 3/2 Wegeventils 8 zugeführt. Wird das 3/2 Wegeventil 8 betätigt und der Steuerkolben 9 wird angehoben, so kann der Kraftstoff über die Druckleitung 14 und über die Druckleitung 15 sowohl dem oberen Druckraum 4 als auch dem unteren Druckraum 7 der Düsennadel 2 zugeführt werden. Dem oberen Druckraum 4 wird der Kraftstoff über eine Zulaufdrossel 11 gedrosselt zugeführt.

Der Kraftstoff soll über einen nicht dargestellten Einspritzdüsenquerschnitt in einen nicht dargestellten Brennraum eingespritzt werden. Dabei öffnet und schließt die Düsennadel 2 den Einspritzdüsenquerschnitt. Bewegt sich die Düsennadel 2 nach oben, so wird der Einspritzdüsenquerschnitt geöffnet. Je mehr die Düsennadel 2 sich nach oben bewegt, desto größer wird der frei gegebene Einspritzdüsenquerschnitt und desto größer wird die eingespritzte Menge des eingespritzten Kraftstoffes.

Da der Kraftstoff dem oberen Druckraum 4 gedrosselt zugeführt wird und der obere Druckraum 4 über die Druckleitung 16, die Ablaufdrossel 10 und das Druckhalteventil 17 druckentlastet wird, öffnet die Düsennadel 2 wegen des anliegenden höheren Kraftstoffdrucks im unteren Druckraum 7 gegen den Druck des Federelementes 3. Das Druckhalteventil 17, dessen Öffnungscharakteristik über die Feder 18 beziehungsweise deren Federkonstante eingestellt wird, kann konstruktiv als Einschubpatrone im Einspritzinjektor 1 integriert sein. Bei geöffnetem Druckhalteventil 17 wird der Kraftstoff in Pfeilrichtung über eine Kraftstoffrückleitung abgeführt.

Eine Besonderheit des Aufbaus des Einspritzinjektors 1 ist, dass die Zulaufdrossel 11 nach einem definierten Nadelhub durch die Düsennadel 2 überdeckt und somit geschlossen wird. Im oberen Druckraum 4 wird der Druckaufbau somit unterbrochen, während im unteren Druckraum 7 der anstehende Druck die Düsennadel 2 nach oben bewegt. Diese Ausführung bewirkt nach anfänglich langsamem Öffnen der Düsennadel 2, ab dem Schließen der Druckzufuhr in den oberen Druckraum 4, ein schnelles Öffnen der Düsennadel 2.

Die 2 zeigt eine Schnittansicht durch den Steuerkolben 9 des 3/2 Wegeventils. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird über die Druckleitung 14 zuerst dem Volumen 12a des Steuerkolbens 9 zugeführt. Über die Zulaufdrossel 5 wird der Kraftstoff ebenfalls dem Volumen 12 zugeführt. Da im Volumen 12 und 12a zunächst der gleiche Druck anliegt ist der Steuerkolben 9 in der in 2 dargestellten Position. Über eine Ablaufdrossel 6, die beispielsweise durch einen Magnetschalter des 3/2 Wegeventils geöffnet werden kann, kann das Volumen 12 druckentlastet werden. Es herrscht somit im Volumen 12a ein höherer Druck als im Volumen 12, so dass der Steuerkolben 9 durch den Druck im Volumen 12a angehoben wird. Aufgrund der besonderen Querschnittsausgestaltung des Steuerkolbens 9 wird beim Anheben des Steuerkolbens 9 der Durchgang zwischen Druckleitung 14 und Druckleitung 15 frei gegeben und der Kraftstoff kann über Druckleitung 15 der Düsendnadel 2 zugeführt werden. Das besondere an der Ausgestaltung des Steuerkolbens 9 ist, dass die Zulaufdrossel 5 zum einen an der Stirnseite des Steuerkolbens 9 und zum anderen dort exzentrisch angeordnet ist. Hierdurch wird das Volumen 12 zwischen Zulaufdrossel 5 und Ablaufdrossel 5 minimiert, wodurch insgesamt Schaltleckagen vermieden werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die Merkmale der Ansprüche nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1
Einspritzinjektor
2
Düsennadel
3
Federelement
4
oberer Druckraum
5
Zulaufdrossel
6
Ablaufdrossel
7
unterer Druckraum
8
3/2 Wegeventil
9
Steuerkolben
10
Ablaufdrossel
11
Zulaufdrossel
12
Volumen zwischen Zulaufdrossel und Ablaufdrossel
12a
Volumen zwischen Druckspeicher und Zulaufdrossel
13
Druckspeicher
14
Druckleitung vom Druckspeicher
15
Druckleitung zur Düsennadel
16
Druckleitung von der Düsennadel
17
Druckhalteventil
18
Federelement


Anspruch[de]
Einspritzinjektor (1) für Brennkraftmaschinen, bei dem eine Düsennadel (2) einen Einspritzdüsenquerschnitt öffnet beziehungsweise schließt, wobei oberhalb der Düsennadel ein oberer Druckraum (4) und unterhalb ein unterer Druckraum (7) ausgebildet sind, denen der Kraftstoff unter Druck zuführbar ist, wobei ein 3/2 Wegeventil (8) den Kraftstoff von einem Druckspeicher (13) über eine erste Kraftstoffleitung (15) sowohl dem oberen (4) als auch dem unteren Druckraum (7) zuführt und der obere Druckraum (4) über eine zweite Kraftstoffleitung (16) mit einem Druckhalteventil (17) verbunden ist, welches bei einem definierbaren Druck öffnet und somit den oberen Druckraum (4) druckentlastet, wobei sowohl zum oberen Druckraum (4) hin eine Zulaufdrossel (11) als auch in der zweiten Kraftstoffleitung (16) vom oberen Druckraum (4) weg eine Ablaufdrossel (10) integriert ist, das 3/2 Wegeventil (8) eine Zulaufdrossel (5) und eine Ablaufdrossel (6) aufweist, wobei die Zulaufdrossel (5) stirnseitig und exzentrisch am Steuerkolben (9) des 3/2 Wegeventils (8) angeordnet ist, und der obere Druckraum (4) derart ausgebildet ist, dass nach einem definierbaren Düsennadelhub die Kraftstoffzufuhr zum oberen Druckraum (4) durch die Düsennadel (2) geschlossen wird. Einspritzinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (17) als Einschubpatrone ausgeführt ist, die axial im Einspritzinjektor (1) integriert ist. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (3) die Düsennadel (2) in einer Geschlossenstellung hält. Einspritzinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (18) das Druckhalteventil (17) geschlossen hält.






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