EP1740821B1 - Common rail injector - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel von ihrem Sitz abhebt, wobei der Druck in dem Steuerraum durch einen Aktor, insbesondere einen Piezoaktor, direkt gesteuert wird. Solch ein Common-Rail-Injektor ist zum Beispiel aus der
Wenn der Druck in dem Steuerraum direkt durch eine Verformung des Aktors, insbesondere eines Piezoaktors, gesteuert wird, dann spricht man auch von einer direkten Düsennadelsteuerung. Herkömmliche Common-Rail-Injektoren mit direkter Düsennadelsteuerung benötigen, insbesondere in der Länge, relativ viel Bauraum.If the pressure in the control chamber is controlled directly by a deformation of the actuator, in particular a piezoelectric actuator, then one speaks of a direct nozzle needle control. Conventional common rail injectors with direct nozzle needle control require, in particular in length, a relatively large amount of space.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail-Injektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel von ihrem Sitz abhebt, wobei der Druck in dem Steuerraum durch einen Aktor, insbesondere einen Piezoaktor, direkt gesteuert wird, zu schaffen, der, insbesondere in der Länge, weniger Bauraum benötigt als herkömmliche Injektoren.The object of the invention is to provide a common rail injector with an injector housing, which has a fuel inlet, with a central High-pressure fuel source outside of the injector and is in communication with a pressure chamber within the injector, is injected from the high-pressure fuel in response to the pressure in a control chamber into a combustion chamber of an internal combustion engine when a nozzle needle lifts from its seat, wherein the pressure in the Control space by an actuator, in particular a piezoelectric actuator is directly controlled to create, which requires, especially in length, less space than conventional injectors.
Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Steuerraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel von ihrem Sitz abhebt, wobei der Druck in dem Steuerraum durch einen Aktor, insbesondere einen Piezoaktor, direkt gesteuert wird, dadurch gelöst, dass in dem brennraumfernen Ende der Düsennadel eine Steuerraumbegrenzungshülse hin und her bewegbar aufgenommen ist, durch welche die durch den Steuerraumdruck beaufschlagte brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel verkleinert wird. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem direkten Steuern des Drucks in dem Steuerraum das Erzeugen eines Druckabfalls und/oder eines Druckanstiegs infolge einer Volumenänderung des Aktors verstanden. Um eine solche direkte Steuerung zu ermöglichen, kann der Steuerraum mit einem Aktorraum in Verbindung stehen, der durch eine Stirnfläche des Aktors oder eines mit dem Aktor gekoppelten beziehungsweise an dem Aktor angebrachten Aktorkopfs begrenzt wird. Durch die Steuerraumbegrenzungshülse wird der Steuerraum künstlich verkleinert. Daher kann die zum Öffnen und Schließen der Düsennadel erforderliche Druckdifferenz im Steuerraum geringer ausfallen als bei herkömmlichen Injektoren mit inverser Ansteuerung. Das liefert den Vorteil, dass kürzere Aktoren verwendet werden können.The object is with a common rail injector with an injector housing, which has a fuel inlet, which communicates with a central high-pressure fuel source outside the injector housing and with a pressure chamber inside the injector housing, from which, depending on the pressure in a control room, injected with high pressure fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine when a nozzle needle lifts from its seat, the pressure in the control chamber by an actuator, in particular a piezoelectric actuator, is controlled directly, achieved in that in the combustion chamber remote end of the nozzle needle a control chamber limiting sleeve is received movable back and forth, through which the acted upon by the control chamber pressure combustion chamber remote end face of the nozzle needle is reduced. In the context of the present invention, under a direct control of the pressure in the control room, the generation of a pressure drop and / or a pressure drop will occur Pressure increase understood as a result of a change in volume of the actuator. In order to enable such a direct control, the control chamber may be in communication with an actuator chamber, which is bounded by an end face of the actuator or an actuator head coupled to the actuator or mounted on the actuator. Through the control chamber limiting sleeve of the control room is artificially reduced. Therefore, the pressure difference required in the control chamber for opening and closing the nozzle needle may be lower than in conventional injectors with inverse control. This provides the advantage that shorter actuators can be used.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Steuerraumbegrenzungshülse kleiner als der Außendurchmesser der Düsennadel im Bereich ihres Sitzes ist. Dadurch wird erreicht, dass die im Steuerraum angeordnete druckbeaufschlagte Fläche der Düsennadel nur geringfügig größer als die in der entgegengesetzten Richtung druckbeaufschlagte Fläche der Düsennadel ausgelegt werden kann.A preferred embodiment of the injector is characterized in that the outer diameter of the control chamber limiting sleeve is smaller than the outer diameter of the nozzle needle in the region of its seat. This ensures that the pressure chamber arranged in the control chamber of the nozzle needle can only be designed to be slightly larger than the area pressurized in the opposite direction of the nozzle needle.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem brennraumfernen Ende der Steuerraumbegrenzungshülse radial außen eine Beißkante ausgebildet ist. Die Beißkante kommt in abdichtender Weise an dem Injektorgehäuse zur Anlage, um den Steuerraum radial innen zu begrenzen.A further preferred exemplary embodiment of the injector is characterized in that a biting edge is formed radially on the outside of the control chamber limiting sleeve which is remote from the combustion chamber. The biting edge comes into sealing engagement with the injector housing to limit the control chamber radially inward.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerraumbegrenzungshülse ein zentrales Durchgangsloch aufweist, das mit einem Leckölkanal in Verbindung steht, der in dem Injektorgehäuse ausgespart ist. Durch den Leckölkanal kann aus dem Steuerraum in das Innere der Steuerraumbegrenzungshülse eintretendes Lecköl abgeführt werden. Außerdem wird das Innere der Steuerraumbegrenzungshülse durch den Leckageölkanal druckentlastet.A further preferred exemplary embodiment of the injector is characterized in that the control chamber limiting sleeve has a central through-hole which communicates with a leakage oil channel that is recessed in the injector housing. Through the leakage oil passage can be removed from the control chamber into the interior of the control chamber limiting sleeve entering leak oil. In addition, the interior of the control chamber limiting sleeve is relieved of pressure by the leakage oil passage.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem brennraumfernen Ende der Düsennadel ein Sackloch ausgespart ist, das einen Führungsabschnitt aufweist, in welchem die Steuerraumbegrenzungshülse in abdichtender Weise geführt ist. Dadurch wird eine Bewegung der Düsennadel ermöglicht, ohne dass sich die Steuerraumbegrenzungshülse mit bewegt.A further preferred embodiment of the injector is characterized in that in the combustion chamber remote end of the nozzle needle, a blind hole is recessed, having a guide portion in which the control chamber limiting sleeve is guided in a sealing manner. As a result, a movement of the nozzle needle is made possible without the Steuerraumbegrenzungshülse moves with.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sackloch eine Vorspannfeder für die Steuerraumbegrenzungshülse angeordnet ist. Die Vorspannfeder dient dazu, die Steuerraumbegrenzungshülse an dem Injektorgehäuse in Anlage zu halten, wenn die Düsennadel an ihrem Sitz anliegt.A further preferred embodiment of the injector is characterized in that a biasing spring for the control chamber limiting sleeve is arranged in the blind hole. The biasing spring serves to hold the control chamber limiting sleeve on the injector in abutment when the nozzle needle rests against its seat.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum radial außen durch eine weitere Steuerraumbegrenzungshülse begrenzt ist, die an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel hin und her bewegbar geführt ist. Der von den beiden Steuerraumbegrenzungshülsen begrenzte Steuerraum hat die Gestalt eines Ringraums, der in axialer Richtung durch die brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel und das Injektorgehäuse begrenzt ist.A further preferred exemplary embodiment of the injector is characterized in that the control chamber is delimited radially on the outside by a further control chamber limiting sleeve, which is guided to be movable back and forth at the end of the nozzle needle remote from the combustion chamber. The one of the two control room limiting sleeves limited control chamber has the shape of an annular space which is bounded in the axial direction by the combustion chamber remote end face of the nozzle needle and the injector.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum mit einem Aktordruckraum in Verbindung steht, der in dem Injektorgehäuse durch einen Piezoaktor begrenzt wird. Vorzugsweise ist der Piezoaktor dauernd bestromt, so dass sich die Düsennadel in Schließstellung befindet. Wenn der Piezoaktor entlastet wird, dann sinkt der Druck in dem Aktordruck-raum und dem damit kommunizierenden Steuerraum, so dass die Düsennadel von ihrem Sitz abhebt und mindestens ein Spritzloch freigibt, durch das mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Diese Art der Ansteuerung wird auch als inverse Anteuerung bezeichnet.A further preferred exemplary embodiment of the injector is characterized in that the control chamber communicates with an actuator pressure chamber, which is delimited in the injector housing by a piezoactuator. Preferably, the piezoelectric actuator is constantly energized, so that the nozzle needle is in the closed position. When the piezoactuator is relieved of pressure, the pressure in the actuator pressure chamber and the control chamber communicating therewith decreases, so that the nozzle needle lifts off its seat and releases at least one injection hole, through which high-pressure fuel is injected into the combustion chamber. This type of control is also referred to as inverse control.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, an embodiment is described in detail.
Die beiliegende Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors im Längsschnitt. Der dargestellte Common-Rail-Injektor weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 mittels einer (nicht dargestellten) Spannmutter axial gegen einen Zwischenkörper 3 und einen Injektorkörper 4 verspannt.The accompanying figure shows an embodiment of a common rail injector according to the invention in longitudinal section. The illustrated common rail injector has a generally designated 1 injector. The
In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 6 ausgespart. In der Führungsbohrung 6 ist eine Düsennadel 8 axial verschiebbar geführt. An der Spitze 9 der Düsennadel 8 ist eine Dichtkante 10 ausgebildet, die mit einem Dichtsitz beziehungsweise einer Dichtfläche 11 zusammenwirkt, der beziehungsweise die an dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Wenn sich die Spitze 9 der Düsennadel 8 mit ihrer Dichtkante 10 in Anlage an dem Dichtsitz 11 befindet, ist ein Spritzloch 13 in dem Düsenkörper 2 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 9 mit der Dichtkante 10 vom ihrem Dichtsitz 11 abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch das Spritzloch 13 oder mehrere Spritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.In the
Ausgehend von der Spitze 9 weist die Düsennadel 8 einen Druckraumabschnitt 15 auf, der im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet ist. Auf den Druckraumabschnitt 15 folgt ein sich kegelstumpfartig erweiternder Abschnitt 16. Die Abschnitte 15 und 16 sind in einem Druckraum 17 angeordnet, der in dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Auf den sich kegelstumpfartig erweiternden Abschnitt 16 folgt ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Führungsabschnitt 18. Der Führungsabschnitt 18 ist in der axialen Führungsbohrung 6 des Düsenkörpers 2 hin und her bewegbar geführt. Durch eine Abflachung 20 oder mehrere Abflachungen, die an dem Führungsabschnitt ausgebildet ist beziehungsweise sind, wird eine Fluidverbindung zwischen dem Druckraum 17 und einem Düsenfederraum 22 geschaffen, der an dem brennraumfernen Ende des Düsenkörpers 2 vorgesehen ist.Starting from the
Durch einen Pfeil 21 ist angedeutet, dass mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff über einen Zulaufkanal 23, der in dem Zwischenkörper 3 ausgespart ist und mit einer (nicht dargestellten) Hochdruckquelle in Verbindung steht, in den Düsenfederraum 22 eingespeist wird. Aus dem Düsenfederraum 22 gelangt der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff an der Abflachung 20 vorbei in den Druckraum 17. Die (nicht dargestellte) Kraftstoffhochdruckquelle wird auch als Common-Rail bezeichnet.An
Im Anschluss an den Führungsabschnitt 18 ist an der Düsennadel 8 ein Bund 24 ausgebildet, der einen Anschlag für einen Federteller 25 bildet. An dem Federteller 25 liegt ein Ende einer vorgespannten Düsenfeder 27 an, die radial außerhalb eines im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Steuerabschnitts 29 angeordnet beziehungsweise geführt ist, der an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 8 ausgebildet ist.Following the
An dem Steuerabschnitt 29 am brennraumfernen Ende der Düsennadel 8 ist eine äußere Steuerraumbegrenzungshülse 31 geführt, die eine Beißkante 32 aufweist. Die Beißkante 32 der äußeren Steuerraumbegrenzungshülse 31 liegt an dem Zwischenkörper 3 an.At the
In dem brennraumfernen Ende der Düsennadel 8 ist ein zentrales Sackloch 33 ausgespart, das einen Aufnahmeraum 35 für eine Dichtfeder 36 bildet. Zum brennraumfernen Ende der Düsennadel 8 hin geht das Sackloch 33 in einen Führungsabschnitt 37 über, durch den eine innere Steuerraumbegrenzungshülse 38 hin und her bewegbar geführt ist. Die innere Steuerraumbegrenzungshülse 38 weist einen Außendurchmesser 40 auf, der etwa kleiner als der Außendurchmesser 12 der Dichtkante 10 an der Spitze 9 der Düsennadel 8 ist.In the combustion chamber remote end of the
An dem brennraumfernen Ende der inneren Steuerraumbegrenzungshülse 38 ist eine Beißkante 41 ausgebildet, mit der die innere Steuerraumbegrenzungshülse 38 an dem Zwischenkörper 3 anliegt. Die innere Steuerraumbegrenzungshülse 38 weist ein zentrales Durchgangsloch 43 auf, das mit einem Leckölverbindungskanal 45 in Verbindung steht, der in dem Zwischenkörper 3 ausgebildet ist und innerhalb der von der Beißkante 41 begrenzten Fläche des Zwischenkörpers 3 in den von der inneren Steuerraumbegrenzungshülse 38 begrenzten Innenraum mündet. Der Leckölverbindungskanal 45 in dem Zwischenkörper 3 setzt sich in einem Leckölkanal 46 in dem Injektorkörper 4 fort.At the combustion chamber remote end of the inner control
Die innere Steuerraumbegrenzungshülse 38 und die äußere Steuerraumbegrenzungshülse 31 begrenzen in radialer Richtung einen Steuerraum 50, der in axialer Richtung von der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel 8 und dem Zwischenkörper 3 begrenzt wird. Der Steuerraum 50 hat die Gestalt eines Ringraums, der durch Steuerraumverbindungskanäle 52 und 53, die in dem Zwischenkörper 3 ausgebildet sind, mit einem Aktordruckraum in Verbindung steht, der in dem Injektorkörper 4 ausgebildet. Der Aktordruckraum 55 wird in axialer Richtung auf der brennraumfernen Seite durch einen Aktor 56 und auf der brennraumnahen Seite durch den Zwischenkörper 3 begrenzt. Radial außen wird der Aktordruckraum 55 durch eine Aktorhülse 58 begrenzt. Der Aktordruckraum 55 steht über (nicht dargestellte) Verbindungskanäle mit dem Zulaufkanal 23 in Verbindung, so dass der Aktordruckraum 55 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist. An der Aktorhülse 58 ist eine Beißkante 57 ausgebildet, die an dem Zwischenkörper 3 anliegt. An dem entgegengesetzten Ende der Aktorhülse 58 liegt eine Aktorfeder 59 an, durch den die Aktorhülse 58 mit der Beißkante 57 an dem Zwischenkörper 3 in Anlage gehalten wird.The inner control
Bei dem Aktor 56 handelt es sich um einen Piezoaktor, der im bestromten Zustand ein größeres Volumen aufweist als im unbestromten Zustand. Durch einen Doppelpfeil 60 ist angedeutet, dass sich der Aktor 56 so verformen kann, dass der Druck im Aktordruckraum 55 und dem damit in Verbindung stehenden Steuerraum 50 zu- oder abnimmt.In the
Wenn der Aktor, der ansonsten dauernd bestromt ist, entlastet wird, dann sinkt der Druck in dem Aktordruckraum 55 und dem damit in Verbindung stehenden Steuerraum 50. Die druckbeaufschlagten Flächen der Düsennadel 8 sind so ausgelegt, dass die Düsennadel 8 dann mit ihrer Dichtkante 10 von dem Dichtsitz 11 abhebt, so dass mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Druckraum 17 durch das Spritzloch 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.If the actuator, which is otherwise constantly energized, is relieved, then the pressure in the
Unterhalb der Dichtkante 10 wirkt der Gasgegendruck des Brennraums auf die Düsennadel. Oberhalb der Dichtkante 10 wirkt der über den Zulaufkanal 23 gelieferte Hochdruck, der auch als Common-Rail-Druck bezeichnet wird, auf die Düsennadel 8. Wenn die Düse geöffnet werden soll, dann muss im Bereich des Steuerraums 50 ein Kräftegleichgewicht zu dem Common-Rail-Druck auf den Durchmesser 12 erzeugt werden. Zum Abheben der Düsennadel 8 wird der Druck im Steuerraum 50 mit Hilfe des Aktors 56 abgesenkt.Below the sealing
Der den Einsatz der inneren Steuerraumbegrenzungshülse 38 kann der Steuerraum 50 künstlich verkleinert werden, da im Innenbereich der inneren Steuerraumbegrenzungshülse 38 Lecköldruck herrscht. Der Durchmesser 40 der inneren Steuerraumbegrenzungshülse 38 wird vorzugsweise so ausgelegt, dass er kleiner als der Durchmesser 12 der Dichtkante 10 der Düsennadel 8 ist. Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass die Summe der Kräfte im Bereich des Dichtsitzes 11 kleiner als die Kraft ist, die aus den im Steuerraum 50 wirkenden Druckkräften und den Federkräften der Düsenfeder 27 und der Dichtfeder 36 resultiert.The use of the inner control
Claims (8)
- Common rail injector having an injector housing (1) which has a fuel inlet (23) which is connected to a central high-pressure fuel source outside the injector housing and to a pressure space (17) within the injector housing, highly pressurized fuel from said pressure space (17) being injected into a combustion chamber of an internal combustion engine as a function of the pressure in a control space (50) when a nozzle needle (8) rises up from its seat (11), with the pressure in the control space (50) being directly controlled by means of an actuator (56), in particular a piezoelectric actuator, characterized in that a control space delimiting sleeve (38) is held so as to be movable in a reciprocating fashion in that end of the nozzle needle (8) which is remote from the combustion chamber, by means of which control space delimiting sleeve (38) that end face of the nozzle needle (8) which is remote from the combustion chamber and which is acted on by the control space pressure is reduced in size.
- Common rail injector according to Claim 1, characterized in that the outer diameter (40) of the control space delimiting sleeve (38) is smaller than the outer diameter (12) of the nozzle needle (8) in the region of its seat.
- Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that a cutting edge (41) is formed in particular radially at the outside on that end of the control space delimiting sleeve (38) which is remote from the combustion chamber.
- Common rail injector according to Claim 3, characterized in that the control space delimiting sleeve (38) has a central passage hole (43) which is connected to a leakage oil duct (45,46) which is cut out in the injector housing (1).
- Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that a blind hole (33) is cut out in that end of the nozzle needle (8) which is remote from the combustion chamber, which blind hole (33) has a guide section (37) in which the control space delimiting sleeve (38) is guided in a sealing fashion.
- Common rail injector according to Claim 5, characterized in that a preload spring (36) for the control space delimiting sleeve (38) is arranged in the blind hole (33).
- Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control space (50) is delimited radially at the outside by a further control space delimiting sleeve (31) which is guided so as to be movable in a reciprocating fashion on that end of the nozzle needle (8) which is remote from the combustion chamber.
- Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control space (50) is connected to an actuator pressure space (55) which is delimited in the injector housing (1) by a piezoelectric actuator (56).
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