DE10149286C2 - Nozzle device, in particular for fuel injection - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung mit einem Gehäu se, einer in dem Gehäuse befindlichen Düsenanordnung, welche aus einer in dem Gehäuse angeordneten Düsenkammer beauf schlagbar ist, sowie einer Düsennadel, welche entlang einer Achse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Posi tion mittels eines entlang der Achse verschiebbaren Steuer kolbens verschiebbar ist und in die Düsenkammer hinein ragt, wobei sie die Düsenanordnung in der ersten Position verschließt und in der zweiten Position freigibt, und durch eine Feder in einer von der zweiten zur ersten Position wei senden Richtung vorgespannt ist.The invention relates to a nozzle device with a housing se, a nozzle arrangement located in the housing, which from a nozzle chamber arranged in the housing is beatable, and a nozzle needle, which along a Axis between a first position and a second position tion by means of a control that can be moved along the axis piston is displaceable and into the nozzle chamber protrudes, placing the nozzle assembly in the first position closes and releases in the second position, and through a spring in one from the second to the first position send direction is biased.
Eine solche Düseneinrichtung, welche bestimmt ist zur Anwen dung in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, geht hervor aus der DE 199 38 999 A1. Im Hinblick auf den vorliegend relevanten technologischen Hin tergrund wird auf dieses Dokument in seiner Gesamtheit Bezug genommen.Such a nozzle device, which is intended for use in a fuel injector for one Internal combustion engine, emerges from DE 199 38 999 A1. in the With regard to the relevant technological hints This document is referred to in its entirety taken.
Weiterer relevanter technologischer Hintergrund ist in den folgenden Dokumenten dargestellt: US-Patente 5 857 662, 5 875 632, 5 806 766, 6 194 812, 5 779 149, 6 066 912, 6 148 842, 6 186 474, 6 168 132, 6 062 533, 6 145 492, 6 119 952.Another relevant technological background is in the following documents: U.S. Patents 5,857,662; 5 875 632, 5 806 766, 6 194 812, 5 779 149, 6 066 912, 6 148 842, 6 186 474, 6 168 132, 6 062 533, 6 145 492, 6,119,952.
In der bekannten Düseneinrichtung ist die Düsennadel, welche durch ihre Bewegung von der ersten zur zweiten Position einen gewünschten Einspritzvorgang bestimmt, während des Betriebs, also während die Düseneinrichtung mit unter hohem Druck ste hendem Fluid beaufschlagt ist, außer durch den Steuerkolben durch eine zusätzliche Feder entlang ihrer Achse in einer Richtung von der zweiten zur ersten Position vorgespannt. Wenn der Druck des Fluides in der Düseneinrichtung aus irgend einem Grund stark abfällt, so reduziert sich die über den Steuerkolben gegebene Vorspannung der Düsennadel. Eine gewis se Vorspannung der Düsennadel ist aber immer erforderlich, auch dann, wenn der Druck innerhalb der Düseneinrichtung re lativ gering ist. Außerhalb eines gewünschten Einspritzvor ganges muss nämlich ein Wegbewegen der Düsennadel von der ersten Position aufgrund einer wegen eines Druckabfalls in der Düseneinrichtung negativen Druckdifferenz zwischen der Düsenkammer und dem Verbrennungsmotor, an welchen die Düsen einrichtung angeschlossen ist, verhindert werden. Erfolgte dieses nicht, so könnte heißes Gas aus dem Verbrennungsmotor in die Düsenkammer eindringen und das dort vorhandene Fluid, nämlich den Kraftstoff für den Verbrennungsmotor, oxidieren oder Bestandteile der Düseneinrichtung angreifen.In the known nozzle device is the nozzle needle, which moving one from the first to the second position determines the desired injection process during operation, So while the nozzle device with high pressure ste fluid is exerted, except by the control piston by an additional spring along its axis in one Biased direction from second to first position. If the pressure of the fluid in the nozzle device from any one reason drops sharply, so it reduces over the Control piston given prestressing of the nozzle needle. A certain However, prestressing the nozzle needle is always necessary even if the pressure inside the nozzle device re is relatively low. Outside a desired injection pre ganges must namely move the nozzle needle away from the first position due to a due to a pressure drop in the nozzle device negative pressure difference between the Nozzle chamber and the internal combustion engine, on which the nozzles device is connected, can be prevented. Was If this is not the case, hot gas from the internal combustion engine could penetrate into the nozzle chamber and the fluid present there, namely oxidize the fuel for the internal combustion engine or attack components of the nozzle device.
Bei der bekannten Düseneinrichtung erfolgt die Abstützung der Feder an dem Gehäuse. Damit wird Sicherheit gegen eine uner wünschte Bewegung der Düsennadel zwar erreicht, jedoch muss im Falle eines erwünschten Einspritzvorganges eine Druckent lastung der Düsennadel erreicht werden, welche über die von der Feder auf diese ausgeübte Kraft hinausgeht und somit erst ausreichend ist, um die Düsennadel von der ersten Position weg zu bewegen. Dazu wirksam wird die Differenz zwischen der über den Steuerkolben bewirkten Druckentlastung und der von der Feder auf die Düsennadel ausgeübten Kraft. Dies hat für eine Serienfertigung solcher Düseneinrichtung einen erhebli chen Nachteil: Um zwischen allen Düseneinrichtungen einer Se rie funktionelle Gleichheit zu gewährleisten, muss in jeder Düseneinrichtung die von der Feder auf die Düsennadel ausge übte Kraft einem für die Serie fest vorgegebenen Wert ent sprechen. Dies erfordert eine Möglichkeit zur sorgfältigen und individuellen Einstellung der Vorspannung jeder Feder und bedeutet für die Herstellung in Serie einen zusätzlichen Ein stellungsaufwand.In the known nozzle device, the Spring on the housing. This will make security against an un desired movement of the nozzle needle is reached, but must in the case of a desired injection process, a pressure load of the nozzle needle can be achieved, which over that of the spring goes to this exerted force and therefore only is sufficient to move the nozzle needle from the first position to move away. The difference between the pressure relief caused by the control piston and by force exerted by the spring on the nozzle needle. This has for a series production of such a nozzle device is a great advantage Chen disadvantage: To between all nozzle facilities of a Se Ensuring functional equality must be in everyone Nozzle device from the spring on the nozzle needle exerted a force that was fixed for the series speak. This requires a way to be careful and individual adjustment of the preload of each spring and means an additional one for series production expenses for reserves.
Dementsprechend geht die Erfindung von der Aufgabe aus, eine andere Anordnung für die Feder in der Düseneinrichtung zu finden, um den geschilderten Nachteil zu vermeiden. Insbeson dere ist es erwünscht, von dem geschilderten Aufwand zur Ge währleistung der Funktionsgleichheit vieler in einer Serie gefertigter Düseneinrichtungen absehen zu können.Accordingly, the invention is based on the task of a another arrangement for the spring in the nozzle device too find to avoid the disadvantage described. Insbeson it is desirable to move from the outlined outlay to Ge guaranteeing the functional equality of many in a series to be able to foresee manufactured nozzle devices.
Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird eine Düseneinrich tung mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse befindlichen Dü senanordnung, welche aus einer in dem Gehäuse angeordneten Düsenkammer beaufschlagbar ist, sowie einer Düsennadel, wel che entlang einer Achse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position mittels eines entlang der Achse ver schiebbaren Steuerkolbens verschiebbar ist und in die Düsen kammer hineinragt, wobei sie die Düsenanordnung in der ersten Position verschließt und in der zweiten Position freigibt, und durch eine Feder in einer von der zweiten zur ersten Po sition weisenden Richtung vorgespannt ist, wobei erfindungs gemäß die Feder die Düsennadel gegen den Steuerkolben vor spannt.A nozzle device is specified to solve this task device with a housing, a nozzle located in the housing senanordnung, which consists of a arranged in the housing Nozzle chamber is acted upon, and a nozzle needle, wel che along an axis between a first position and a second position using a ver along the axis sliding control piston is displaceable and in the nozzles chamber protrudes, being the nozzle arrangement in the first Closed position and released in the second position, and by a spring in one from the second to the first butt sition pointing direction is biased, fiction according to the spring, the nozzle needle against the control piston stressed.
Erfindungsgemäß wird demnach die bekannte Vorspannung der Dü sennadel gegen das Gehäuse ersetzt durch eine Vorspannung der Düsennadel gegen den Steuerkolben.According to the invention, the known bias of the nozzle The needle against the housing is replaced by a preload Nozzle needle against the control piston.
Für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Düseneinrichtung hat dies einen wesentlichen Vorteil. Dabei befindet sich stets der Steuerkolben im Kraftschluss mit der Düsennadel. Diesem Kraftschluss wirkt zwar die vorgespannte Feder entgegen, durch geeignete geometrische Ausbildung des Steuerkolbens und der Düsennadel wird dies aber vollständig ausgeglichen. Der Einfluss der Feder auf die reguläre Funktion der Düsenein richtung ist damit aufgehoben. Lediglich in dem Fall, in dem der Druck, mit welchem die Düseneinrichtung beaufschlagt ist, nicht mehr ausreicht zur Beibehaltung des Kraftschlusses zwi schen dem Steuerkolben und der Düsennadel, bewegen sich der Steuerkolben und die Düsennadel aufgrund einer. Wirkung der Feder voneinander weg. Dabei kann der Steuerkolben aber nur bis zu einer der zweiten Position der Düsennadel entsprechenden Position weggedrückt werden, wobei die Feder aber, eine hinreichende Vorspannung vorausgesetzt, weiterhin eine Kraft auf die Düsennadel ausübt. Diese Kraft genügt, um die Düsen nadel in der ersten Position und damit die Düsenanordnung si cher verschlossen zu halten.For the intended operation of the nozzle device this is a major advantage. There is always the control piston in frictional engagement with the nozzle needle. this The pre-tensioned spring counteracts adhesion, by suitable geometric design of the control piston and this is completely compensated for by the nozzle needle. The Influence of the spring on the regular function of the nozzles direction is thus canceled. Only in the case where the pressure applied to the nozzle device, is no longer sufficient to maintain the adhesion between between the control piston and the nozzle needle, the Control piston and the nozzle needle due to a. Effect of Spring away from each other. The control piston can only up to one corresponding to the second position of the nozzle needle Position are pushed away, but the spring, a assuming sufficient preload, still a force on the nozzle needle. This force is enough to get the nozzles needle in the first position and thus the nozzle arrangement si keep locked.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Düseneinrichtung besteht darin, dass der Steuerkolben in eine Steuerkammer ragt, wel che mit der Düsenkammer aus einem Hochdruckreservoir mit ei nem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist, wobei der Steuerkolben und die Düsennadel so eingerichtet sind, dass der Steuerkolben die Düsennadel in die erste Position schiebt. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass sich zwischen der Steuerkammer und dem Hochdruckreservoir eine Drossel be findet, und dass ein steuerbares Ventil an die Steuerkammer angeschlossen ist, mit welchem eine Druckentlastung der Steu erkammer bewirkbar ist, durch welche die Düsennadel in die zweite Position gelangt. Insbesondere diese Ausgestaltung er möglicht den Einsatz der Düseneinrichtung in einer Kraft stoffeinspritzeinrichtung eines Verbrennungsmotors, da sie im bestimmungsgemäßen Betrieb funktionsgleich mit der aus dem eingangs zitierten Dokument bekannten Düseneinrichtung ist.There is a preferred embodiment of the nozzle device in that the control piston protrudes into a control chamber, wel che with the nozzle chamber from a high pressure reservoir with egg nem pressurized fluid can be acted upon, the The control piston and the nozzle needle are set up so that the control piston moves the nozzle needle to the first position pushes. It is further preferred that between the control chamber and the high pressure reservoir be a throttle finds and that a controllable valve to the control chamber is connected, with which a pressure relief of the tax chamber can be effected, through which the nozzle needle into the second position arrives. In particular, this configuration he enables the use of the nozzle device in one force fuel injection device of an internal combustion engine, since it is in the Intended operation functionally identical to that from the is known nozzle device known document.
Mit besonderem Vorteil ist die Düseneinrichtung gemäß den beiden vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit einer an deren Düseneinrichtung an das Hochdruckreservoir angeschlos sen. Damit wird für das Reservoir die Funktion des aus der Automobiltechnik bekannten "Common Rail" erschlossen.The nozzle device according to FIGS two configurations described above with one whose nozzle device is connected to the high pressure reservoir sen. Thus, the function of the from the Automobile technology known "Common Rail" opened up.
Die Feder in der Düseneinrichtung ist vorzugsweise eine Schraubenfeder.The spring in the nozzle device is preferably one Coil spring.
Die Düseneinrichtung kommt weiterhin vorzugsweise zum Einsatz in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für einen Verbren nungsmotor, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzung nach dem "Common Rail"-Prinzip für einen Dieselmotor mit mehreren Arbeitseinheiten.The nozzle device is also preferably used in a fuel injector for combustion tion engine, in particular after a fuel injection the "common rail" principle for a diesel engine with several Work units.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus den Zeichnun gen hervor.An embodiment of the invention is shown in the drawings gene.
Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Kraft stoffeinspritzeinrichtung. Fig. 1 shows a schematic representation of a fuel injection device.
Fig. 2 zeigt den Bereich der Düseneinrichtung, in dem die Feder angeordnet ist, im Schnitt. Fig. 2 shows the area of the nozzle device, in which the spring is arranged, in section.
Zunächst wird besonders verwiesen auf die Düseneinrichtung, die im obersten Teil der Figur erkennbar ist. Die Düsenein richtung umfasst ein Gehäuse 1 mit einer darin befindlichen Düsenanordnung 2. Diese ist aus einer in dem Gehäuse 1 ange ordneten Düsenkammer 3 beaufschlagbar und wird von einer Dü sennadel 4 verschlossen, wenn diese sich (wie dargestellt) in einer ersten Position befindet und freigegeben, wenn diese sich in einer zweiten Position links von der ersten Position befindet. Die Bewegung der Düsennadel 4 erfolgt entlang einer Achse 5, die auch eine Symmetrieachse des Gehäuses 1 und der Düsennadel 4 ist. Gesteuert wird die Düsennadel 4 von einem Steuerkolben 6. Im regulären Betrieb befinden sich die Düsen nadel 4 und der Steuerkolben 6 im unmittelbaren Kraftschluss, welcher im Ausführungsbeispiel vermittelt wird über einen Stempel 15, welcher mit einer der beiden Komponenten Düsenna del 4 und Steuerkolben 6 fest verbunden ist und die andere Komponente nur berührt. Wird die Düseneinrichtung mit einem unter hohem Druck stehenden Fluid beaufschlagt, so herrschen im statischen Fall in der Düsenkammer 3 und in der Steuerkam mer 8, welche bezüglich der Achse 5 hinter der Düsenkammer 3 angeordnet ist und deren Gehäuse starr und kraftschlüssig mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, wie durch gestrichelte Linien angedeutet, identische Druckverhältnisse. Der Steuerkolben 6 hat senkrecht zur Achse 5 eine größere Stirnfläche als die Düsennadel 4, und deshalb wird die Anordnung umfassend den Steuerkolben 6 und die Düsennadel 4 aufgrund der entsprechen den Kraftdifferenz nach rechts gedrückt. So gelangt die Dü sennadel 4 in ihre erste Position und verschließt dementsprechend die Düsenanordnung 2. Wenn der Druck in der Steuerkam mer 8 und der Düsenkammer 3 unter eine gewisse Schwelle ab sinkt, dann reicht die Kraftdifferenz nicht mehr aus, den Steuerkolben 6 nach rechts zu drücken und die Düsennadel 4 in der ersten Position festzuhalten. Dann drückt die Feder 7, die die Düsennadel 4 gegen den Steuerkolben 6 vorspannt, den Steuerkolben 6 nach links, bis er an einen Anschlag 16 stößt, durch welchen für den regulären Betrieb eine zweite Position der Düsennadel 4 bestimmt ist. Die vorgespannte Feder 7 übt weiterhin eine Kraft auf die Düsennadel 4 aus und hält diese in ihrer ersten Position sicher fest. Bei insgesamt abfallen dem Druck der Düseneinrichtung ist damit vermieden, dass die Düsennadel 4 aus der ersten Position wegbewegt wird, und Gase aus dem Verbrennungsmotor 14, an welchen die Düseneinrichtung angeschlossen ist, durch die Düsenanordnung 2 in die Düsen einrichtung gelangen.First of all, special reference is made to the nozzle device which can be seen in the uppermost part of the figure. The Düsenein direction comprises a housing 1 with a nozzle arrangement 2 therein. This can be acted upon from a nozzle chamber 3 arranged in the housing 1 and is closed by a nozzle needle 4 when it is (as shown) in a first position and released when it is in a second position to the left of the first position , The movement of the nozzle needle 4 takes place along an axis 5 , which is also an axis of symmetry of the housing 1 and the nozzle needle 4 . The nozzle needle 4 is controlled by a control piston 6 . In normal operation, the nozzle needle 4 and the control piston 6 are in the direct adhesion, which is conveyed in the exemplary embodiment via a stamp 15 which is firmly connected to one of the two components Düsenna del 4 and control piston 6 and only touches the other component. If the nozzle device is pressurized with a fluid under high pressure, then there is a static situation in the nozzle chamber 3 and in the control chamber 8 , which is arranged with respect to the axis 5 behind the nozzle chamber 3 and whose housing is rigidly and non-positively connected to the housing 1 is, as indicated by dashed lines, identical pressure conditions. The control piston 6 has a larger end face perpendicular to the axis 5 than the nozzle needle 4 , and therefore the arrangement comprising the control piston 6 and the nozzle needle 4 is pressed to the right due to the corresponding difference in force. The nozzle needle 4 thus reaches its first position and accordingly closes the nozzle arrangement 2 . If the pressure in the control chamber 8 and the nozzle chamber 3 drops below a certain threshold, then the force difference is no longer sufficient to press the control piston 6 to the right and to hold the nozzle needle 4 in the first position. Then the spring 7 , which prestresses the nozzle needle 4 against the control piston 6, presses the control piston 6 to the left until it strikes a stop 16 , by means of which a second position of the nozzle needle 4 is intended for regular operation. The prestressed spring 7 continues to exert a force on the nozzle needle 4 and holds it securely in its first position. If the pressure of the nozzle device drops overall, it is avoided that the nozzle needle 4 is moved away from the first position, and gases from the internal combustion engine 14 , to which the nozzle device is connected, pass through the nozzle arrangement 2 into the nozzle device.
Die Düsenkammer 3 und die Steuerkammer 8 sind an ein Hoch druckreservoir 9 für das unter hohem Druck befindliche und in den Verbrennungsmotor 14 einzuspritzende Fluid angeschlossen und werden von dort aus mit diesem versorgt. Dabei befindet sich zwischen dem Reservoir 9 und der Steuerkammer 8 eine Drossel 10. Um einen Einspritzvorgang auszulösen, wird die Steuerkammer 8 über ein steuerbares Ventil 11 druckentlastet, wobei ein Teil des Fluides aus der Steuerkammer 8 zu dem Nie derdruckreservoir 17 zurückfließt. Dadurch reduziert sich die Kraft auf den Steuerkolben 6, worauf dieser sich nach links bewegt, bis er an den Anschlag 16 stößt. Die Düsennadel 4, auf welche immer noch der unveränderte Druck des Hochdruckre servoirs 9 wirkt, folgt der Bewegung des Steuerkolbens 6 und gelangt somit in ihre zweite Position, wo sie die Düsenanord nung 2 freigibt und das Einspritzen des Fluides in den Verbrennungsmotor 14 bewirkt. Der Einspritzvorgang wird been det, indem das steuerbare Ventil 11 wieder geschlossen wird, worauf über die Drossel 10 in der Steuerkammer 8 der ur sprüngliche Druck wieder hergestellt wird. The nozzle chamber 3 and the control chamber 8 are connected to a high pressure reservoir 9 for the fluid under high pressure and to be injected into the internal combustion engine 14 and are supplied with it from there. There is a throttle 10 between the reservoir 9 and the control chamber 8 . In order to trigger an injection process, the control chamber 8 is relieved of pressure via a controllable valve 11 , with part of the fluid flowing out of the control chamber 8 back to the never-pressure reservoir 17 . This reduces the force on the control piston 6 , whereupon the latter moves to the left until it hits the stop 16 . The nozzle needle 4 , on which the unchanged pressure of the high pressure reservoir 9 acts, follows the movement of the control piston 6 and thus reaches its second position, where it releases the nozzle arrangement 2 and causes the fluid to be injected into the internal combustion engine 14 . The injection process is ended by closing the controllable valve 11 again, whereupon the original pressure is restored via the throttle 10 in the control chamber 8 .
Die Düseneinrichtung ist mit einer weiteren Düseneinrichtung 12 an ein- und dasselbe Hochdruckreservoir 9 angeschlossen, womit dieses die Funktion des bekannten "Common Rail" über nimmt. Über eine Pumpe 18 wird das Hochdruckreservoir 9 mit unter hohem Druck stehendem Fluid versorgt; die Pumpe 18 ent nimmt dieses Fluid dem unter Normaldruck stehenden Nieder druckreservoir 17. Die Steuerung beider Düseneinrichtungen erfolgt über das elektronische Steuergerät 19.The nozzle device is connected with a further nozzle device 12 to one and the same high-pressure reservoir 9 , with which this takes over the function of the known "common rail". The high-pressure reservoir 9 is supplied with fluid under high pressure via a pump 18 ; the pump 18 ent takes this fluid to the normal pressure low pressure reservoir 17th Both nozzle devices are controlled via the electronic control unit 19 .
Die Düseneinrichtung zeichnet sich auch durch hohe Betriebs sicherheit und unkomplizierte Herstellbarkeit; insbesondere ist es nicht erforderlich, im Rahmen einer Serienproduktion sicherzustellen, dass alle verbauten Federn funktionell gleich sind, denn die betrieblichen Parameter dieser Federn gehen in den regulären Betrieb der Düseneinrichtungen nicht ein.The nozzle device is also characterized by high operation security and uncomplicated manufacturability; in particular it is not necessary as part of a series production ensure that all installed springs are functional are the same because the operational parameters of these springs do not go into regular operation of the nozzle devices on.
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