DE102013226569A1 - Fuel injector and method of manufacturing a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10) mit einem Injektorgehäuse (11), das einen mit einer Hochdruckquelle (33) verbindbaren Hochdruckraum (30) ausbildet, in dem ein Einspritzventilglied (13) hubbeweglich angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Hochdruckraum (30) zumindest bereichsweise von zwei Elementen (16; 16a; 16b, 17; 17a) begrenzt ist, einem inneren ersten, hülsenförmigen Element (16; 16a; 16b) mit einer im ersten Element (16; 16a; 16b) angeordneten ersten Ausnehmung (52; 52a) zur Ausbildung des Hochdruckraums (30), und einem das erste Element (16; 16a; 16b) unmittelbar umgebenden zweiten Element (17; 17a) mit einer zweiten Ausnehmung (53; 53a), wobei die zweite Ausnehmung (53; 53a) das erste Element (16; 16a; 16b) an seiner äußeren Umfangsfläche (51) umgibt, und wobei das zweite Element (17; 17a) unter Ausbildung einer radial wirkenden Druckkraft auf das erste Element (16; 16a; 16b) mit diesem verbunden ist.The invention relates to a fuel injector (10) having an injector housing (11) which forms a high - pressure space (30) which can be connected to a high pressure source (33) and in which an injection valve member (13) is arranged in a liftable manner. According to the invention, it is provided that the high-pressure space (30) is bounded at least in regions by two elements (16; 16a; 16b, 17; 17a), an inner first sleeve-shaped element (16; 16a; 16b) having a first element (16 16a; 16b) for forming the high-pressure space (30), and a second element (17; 17a) immediately surrounding the first element (16; 16a; 16b) having a second recess (53; 53a wherein the second recess (53; 53a) surrounds the first member (16; 16a; 16b) on its outer peripheral surface (51), and wherein the second member (17; 17a) forms a radially acting compressive force on the first member (16; 16a; 16b) is connected to it.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der
Der bekannte Kraftstoffinjektor dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse auf, das in einem Teilbereich einen Hochdruckraum ausbildet. Innerhalb des Hochdruckraums ist ein Führungsstück für einen Kopplerkolben angeordnet, der zur zumindest mittelbaren Steuerung der Hubbewegung einer in dem Injektorgehäuse hubbeweglich angeordneten Düsennadel dient. Der Hochdruckraum ist einerseits über eine innerhalb des Injektorgehäuses ausgebildete Bohrung mit einer Hochdruckquelle (Rail) verbunden, und steht andererseits hydraulisch in Verbindung mit im Injektorgehäuse ausgebildeten Einspritzöffnungen. Ein derartiger, ein relativ großes Speichervolumen ausbildender Hochdruckraum dient insbesondere auch als düsennahes Speichervolumen und bewirkt, dass die Amplituden von Druckschwingungen, die durch die Einspritzungen beim Freigeben der Einspritzöffnungen entstehen, erheblich reduziert werden können. Weiterhin wird durch einen derart ausgebildeten Hochdruckraum zumindest teilweise die Notwendigkeit von relativ aufwendig ausgebildeten Tieflochbohrungen verringert. Wenn, wie im zitierten Stand der Technik, innerhalb des Hochdruckraums zusätzliche Bauteile angeordnet sind, ist es erforderlich, das Injektorgehäuse im Bereich der Bauteile bzw. des Hochdruckraums mit einer relativ geringen Wandstärke auszubilden, da der Außendurchmesser des Injektorgehäuses infolge des durch die Brennkraftmaschine bestimmten Einbauraums üblicherweise begrenzt ist.The known fuel injector is used for injecting fuel into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine. The fuel injector has a multipart injector housing, which forms a high-pressure space in a partial area. Within the high-pressure chamber, a guide piece for a coupler piston is arranged, which serves for the at least indirect control of the lifting movement of a nozzle needle arranged in a liftable manner in the injector housing. The high pressure chamber is connected on the one hand via a bore formed within the injector with a high pressure source (rail), and on the other hand is hydraulically in communication with injection openings formed in the injector. Such a high-pressure space forming a relatively large storage volume also serves, in particular, as a storage medium close to the nozzle and causes the amplitudes of pressure oscillations, which arise as a result of the injections when releasing the injection openings, to be considerably reduced. Furthermore, the need for relatively costly formed deep-hole drilling is at least partially reduced by such a high-pressure space. If, as in the cited prior art, additional components are arranged within the high-pressure chamber, it is necessary to form the injector housing in the region of the components or the high-pressure chamber with a relatively small wall thickness, since the outer diameter of the injector due to the installation space determined by the internal combustion engine usually limited.
Die Tendenz bei modernen Dieseleinspritzsystemen geht mehr und mehr zu höheren System- bzw. Einspritzdrücken. Während derzeitige Einspritzsysteme einen Rail- bzw. Systemdruck von ca. maximal 2.500bar aufweisen, sind zukünftige Systeme angedacht, bei denen der Rail- bzw. Systemdruck bis zu 3000bar beträgt. Der innerhalb des Hochdruckraums herrschende Druck bewirkt an dem den Hochdruckraum begrenzenden Bauteil (Injektorgehäuse) eine in Umfangswirkung wirkende Zugspannung auf das Material des Bauteils bzw. des Injektorgehäuses. Da, wie oben erläutert, zur Aufnahme von Bauteilen innerhalb des Hochdruckraums bei den üblicherweise vorhandenen Einbauräumen der Kraftstoffinjektoren die Wandstärke des Bauteils (Injektorgehäuses) relativ gering ist, bewirken erhöhte Drücke eine zunehmende Materialbeanspruchung und somit die Gefahr von Rissen bzw. Beschädigungen. Es ist zwar theoretisch denkbar, die erhöhten Zugspannungen durch ein besonders hochwertiges Material für das Injektorgehäuse beherrschbar zu machen bzw. zumindest teilweise zu kompensieren, das entsprechend höhere Festigkeitswerte aufweist, jedoch sind aus Kosten- und anderen Gründen derartige Materialien oftmals nicht erwünscht oder einsetzbar.The trend in modern diesel injection systems is more and more to higher system or injection pressures. While current injection systems have a rail or system pressure of approximately 2.500 bar maximum, future systems are considered, in which the rail or system pressure is up to 3000bar. The pressure prevailing inside the high-pressure chamber causes a tensile stress acting on the material of the component or the injector housing on the component (injector housing) delimiting the high-pressure chamber. Since, as explained above, for receiving components within the high-pressure chamber in the usually existing installation spaces of fuel injectors, the wall thickness of the component (injector) is relatively low, increased pressures cause increasing material stress and thus the risk of cracks or damage. Although it is theoretically conceivable to make the increased tensile stresses controllable by a particularly high-quality material for the injector housing or to compensate at least partially, which has correspondingly higher strength values, however, for cost and other reasons such materials are often undesirable or usable.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass der mögliche Systemdruck innerhalb eines Hochdruckraums bei gleichbleibenden Innen- und Außenabmessungen des Injektorgehäuses allein durch konstruktive Maßnahmen erhöht werden kann, ohne dass beispielsweise Materialen mit höherer Festigkeit verwendet werden müssen. Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that the possible system pressure can be increased within a high-pressure chamber with constant inner and outer dimensions of the injector only by constructive measures without For example, materials with higher strength must be used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Hochdruckraum zumindest bereichsweise von zwei Elementen begrenzt ist, einem inneren ersten, vorzugsweise hülsenförmigen Element mit einer im ersten Element angeordneten ersten Ausnehmung zur Ausbildung des Hochdruckraums, und einem das erste Element unmittelbar umgebenden zweiten Element mit einer zweiten Ausnehmung, wobei die zweite Ausnehmung das erste Element an seiner äußeren Umfangsfläche umgibt, und wobei das zweite Element unter Ausbildung einer radial wirkenden Druckkraft auf das erste Element mit diesem verbunden ist. This object is achieved in a fuel injector with the features of claim 1, characterized in that the high-pressure chamber is limited at least partially by two elements, an inner first, preferably sleeve-shaped element having a first element arranged in the first recess for forming the high-pressure chamber, and a first element immediately surrounding the second element having a second recess, wherein the second recess surrounds the first element on its outer peripheral surface, and wherein the second element is connected to form a radially acting pressure force on the first element with this.
Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass zwei einander unmittelbar umgebende und miteinander verbundene Elemente die Begrenzung des Hochdruckraums ausbilden, wobei das äußere Element auf das innere Element eine radial wirkende Druckkraft ausübt. Diese Druckkraft bewirkt, dass innerhalb der Wand des inneren Elements in der dem Hochdruckraum zugewandten Seite Druckspannungen entstehen, die den infolge des Systemdrucks hervorgerufenen Zugspannungen entgegenstehen und diese somit zumindest teilweise kompensieren. Dies hat zur Folge, dass die an der Innenwand des inneren Elements auftretenden Zugbeanspruchungen geringer sind als Zugbeanspruchungen, die ohne das äußere Element in der Wand des inneren Elements auftreten würden.In other words, this means that two immediately surrounding and interconnected elements form the boundary of the high-pressure space, wherein the outer element exerts a radially acting pressure force on the inner element. This compressive force causes compressive stresses to arise within the wall of the inner element in the side facing the high-pressure chamber which counteract the tensile stresses caused as a result of the system pressure and thus at least partially compensate for them. As a result, the tensile stresses occurring on the inner wall of the inner element are less than tensile stresses that would occur without the outer element in the wall of the inner element.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims.
Zur Ausbildung der radialen Druckkraft ist es insbesondere vorgesehen, dass zwischen der Außendurchmesser des ersten Elements und dem Innendurchmesser des zweiten Elements eine Presspassung ausgebildet ist. To form the radial compressive force, it is provided in particular that a press fit is formed between the outer diameter of the first element and the inner diameter of the second element.
Eine über den gesamten Umfang der beiden Elemente gleich große mechanische Beanspruchung wird erzielt, wenn das zweite Element hülsenförmig ausgebildet ist, wobei die zweite Ausnehmung konzentrisch im zweiten Element angeordnet ist. An over the entire circumference of the two elements of equal mechanical stress is achieved when the second element is sleeve-shaped, wherein the second recess is arranged concentrically in the second element.
Es sind jedoch auch Anwendungen denkbar, bei denen das zweite Element hülsenförmig ausgebildet ist, wobei die zweite Ausnehmung exzentrisch im zweiten Element angeordnet ist. Ebenso sind Anwendungen denkbar, bei denen die erste Ausnehmung konzentrisch im ersten Element angeordnet ist sowie Anwendungen, bei denen die erste Ausnehmung exzentrisch im ersten Element angeordnet ist.However, there are also applications conceivable in which the second element is sleeve-shaped, wherein the second recess is arranged eccentrically in the second element. Likewise, applications are conceivable in which the first recess is arranged concentrically in the first element and applications in which the first recess is arranged eccentrically in the first element.
Bei dem zuletzt genannten Fall kann es insbesondere vorgesehen sein, dass in dem die größte Wanddicke aufweisenden Bereich des ersten Elements eine parallel zu einer Längsachse angeordnete Bohrung ausgebildet ist. Diese Bohrung kann insbesondere der Führung von Kraftstoff oder ähnlichem dienen.In the latter case, provision may in particular be made for a bore arranged parallel to a longitudinal axis to be formed in the region of the first element which has the greatest wall thickness. This bore can serve in particular the leadership of fuel or the like.
Eine weitere, konstruktiv besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Element das zweite Element zumindest an einer Stirnseite, vorzugsweise an beiden Stirnseiten, in nicht montiertem Zustand axial überragt. Eine derartige Ausbildung bewirkt, dass im Einbauzustand der beiden Elemente, bei der diese innerhalb des Injektorgehäuses axial verspannt sind, der Hochdruckraum radial über das radial innere erste Element sicher und zuverlässig abgedichtet ist, so dass ein Austritt von Kraftstoff in Richtung zum zweiten Element vermieden wird.Another, structurally particularly preferred embodiment provides that the first element projects axially beyond the second element at least on one end face, preferably on both end faces, in the non-assembled state. Such a configuration causes in the installed state of the two elements in which they are axially braced within the injector, the high-pressure chamber is sealed radially and securely over the radially inner first element safely and reliably, so that leakage of fuel in the direction of the second element is avoided ,
Hierzu ist es erforderlich, dass zwischen dem ersten Element und wenigstens einem, das erste Element axial begrenzenden Bauteil eine axiale Druckspannung ausbildbar ist. Eine derartige axiale Druckspannung ist in der Praxis mittels axialer Spannelemente, beispielsweise einer Überwurfmutter oder ähnlichem erzielbar.For this purpose, it is necessary that an axial compressive stress can be formed between the first element and at least one component axially delimiting the first element. Such axial compressive stress can be achieved in practice by means of axial clamping elements, for example a union nut or the like.
Der Einsatz der Erfindung ist insbesondere bei Anwendungen sinnvoll, bei denen der Druck im Hochdruckraum mehr als 2500bar, insbesondere bis 3000bar oder darüber beträgt.The use of the invention is particularly useful in applications in which the pressure in the high pressure chamber more than 2500bar, in particular to 3000bar or above.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist üblicherweise unterschiedlichen Betriebsbedingungen bzw. Betriebstemperaturen ausgesetzt, die im Falle des Kaltstarts von beispielsweise –30°C bis zu mehr als 150°C während des Betriebs reichen können. Um über den gesamten Temperaturbereich stets genügend Druckspannungen auf das radial innere erste Element ausüben zu können und somit die Funktionssicherheit bzw. mechanische Festigkeit des Kraftstoffinjektors sicherzustellen, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des radial inneren Elements gleich oder größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des radial äußeren Elements. Im einfachsten Fall wird diese Bedingung erfüllt, wenn das radial innere Element und das radial äußere Element aus dem gleichen Material bestehen. Such a fuel injector is usually exposed to different operating conditions or operating temperatures, which may range in the case of cold start, for example, from -30 ° C to more than 150 ° C during operation. In order to always be able to exert sufficient compressive stresses on the radially inner first element over the entire temperature range and thus to ensure the functional reliability or mechanical strength of the fuel injector, it is additionally provided in a further embodiment of the invention that the coefficient of thermal expansion of the radially inner element be equal or is greater than the thermal expansion coefficient of the radially outer element. In the simplest case, this condition is fulfilled if the radially inner element and the radially outer element consist of the same material.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, bei dem zwei einander radial umgebende Elemente miteinander gefügt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass vor dem Fügen das radial innere Element herabgekühlt und/oder das radial äußere Element erwärmt wird/werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine die beiden Elemente mechanisch relativ gering belastende Montage, bei der insbesondere ein spannender Abtrag an Flächen der beiden Elemente sicher und zuverlässig vermieden wird.The invention also includes a method for producing a fuel injector according to the invention, in which two elements radially surrounding one another are joined together. According to the invention, it is provided that the radially inner element is cooled down before the joining and / or the radially outer element is heated. The inventive method thus enables the two elements mechanically relatively low-stress mounting, in particular, an exciting removal of surfaces of the two elements is safely and reliably avoided.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in:This shows in:
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
Der in der
Das Injektorgehäuse
Der Düsenkörper
Es sei nochmals erwähnt, dass der soweit beschriebene Aufbau des Injektorgehäuses
Von dem Druckkörper
Innerhalb des Haltekörpers
Im Hochdruckraum
Hinsichtlich der an sich bekannten Funktionsweise des soweit beschriebenen Kraftstoffinjektors
Erfindungswesentlich ist die konstruktive Gestaltung des eine Begrenzung des Hochdruckraums
In dem in den
In der
Zur Erhöhung der Dichtigkeit beim axialen Verspannen des Druckkörpers
In der
In der
Zuletzt ist in der
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Publication number | Publication date |
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EP2891789A1 (en) | 2015-07-08 |
EP2891789B1 (en) | 2016-09-28 |
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