DE10155187A1 - Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Für einen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem die Düsennadel ausschließlich brennraumseitig in einer Bohrung des Düsenkörpers geführt ist und in Gegenrichtung selbst die Führung für eine Hülse bildet, die einen Steuerraum begrenzend gegen ein die Düsennadelbohrung überdeckendes Segment des axial segmentierten und zusammengespannten Injektors federnd abgestützt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl als Einspritzmedium betriebene Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Einspritzinjektoren der vorgenannten Art sind aus der DE 199 36 668 A1 bekannt und bei axial segmentiertem Aufbau über eine Spannmutter zusammengespannt, die den Düsenkörpers des Injektors an einer radial außen liegenden Spannschulter axial untergreift. Der Düsenkörper weist zentral eine Bohrung zur Aufnahme einer Düsennadel auf, die an ihrem einen Ende durch ihr Zusammenwirken mit einer der Bohrung zugehörigen Sitzfläche den Zulauf von Einspritzmedium zu Spritzlöchern steuert und die an ihrem anderen, gegenüberliegenden Ende eine Führung für eine koaxiale Hülse bildet, welche, anliegend an dem axial an den Düsenkörper anschließenden Segment, einen Steuerraum begrenzt, bei dessen Druckbeaufschlagung die Düsennadel, ergänzend zu einer zwischen Hülse und Düsennadel als Widerlager abgestützten Feder, in Richtung auf ihre Schließlage, d. h. in Richtung auf die Anlage ihres Dichtkonus an der Sitzfläche der Bohrung belastet ist.
• Die Düsennadel ist in der Bohrung des Düsenkörpers über zwei axial beabstandete Führungsabschnitte verschieblich geführt, deren einer einem an die Sitzfläche angrenzenden Bohrungsbereich zugeordnet ist, zwischen dem und dem darauf folgenden, den weiteren Führungsabschnitt aufnehmenden Bohrungsbereich die radial außen am Düsenkörper vorgesehene Spannschulter liegt. Die Verwendung zweier mit erheblichem Abstand zueinander angeordneter Führungsabschnitte erbringt zwar eine lange Führungsbasis, bedingt aber die Koaxialität der Führungsabschnitte und des Dichtkonus der Düsennadel sowie jeweils eine enge Tolerierung zu den jeweils entsprechenden, axial zueinander beabstandeten bohrungsseitigen Gegenflächen, wobei, insbesondere auch in Berücksichtigung der verhältnismäßig großen axialen Länge, sich die axiale Verspannung des Düsenkörpers über die Spannmutter nachteilig auswirken kann, da Fertigungstoleranzen und Ungleichmäßigkeiten in der Spannungseinleitung zu Deformationen des Düsenkörpers führen können, die sich in einem Klemmen der Düsennadel in Folge Dezentrierung auswirken und/oder zu einem unsymmetrischen Spritzbild auf Grund von Unregelmäßigkeiten im Bereich der Sitzfläche führen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einspritzinjektor der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass sich eine geringere Empfindlichkeit gegen fertigungs- und/oder montagebedingte Toleranzen ergibt, verbunden mit der Möglichkeit, Einspritzinjektoren der angesprochenen Art in ihrem Bauvolumen zu reduzieren.
• Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, demzufolge der zwischen Sitzfläche und Spannschulter liegende Bereich der die Düsennadel aufnehmenden Bohrung des Düsenkörpers im Wesentlichen, insbesondere insgesamt zur Führung der Düsennadel genutzt wird, die einen der Länge dieses Bohrungsbereiches in der Länge etwa entsprechenden Führungsabschnitt aufweist, so dass das brennraumseitige, zapfenartig verjüngte Ende des Düsenkörpers praktisch den Führungsteil für die Düsennadel bildet, oberhalb desselben die Düsennadel zum Düsenkörper bzw. zum Umfang der aufnehmenden Bohrung des Düsenkörpers frei liegt, so dass besonders toleranzkritische Arbeiten auf einem kurzen und insbesondere zum Düsensitz benachbarten Bereich von Düsenkörper und Düsennadel beschränkt sind. Die ausschließliche, zum Düsensitz benachbarte, endseitige Führung der Düsennadel macht es möglich, die die Düsennadel beaufschlagende Feder sehr nahe an diesen Bereich heranzurücken und dadurch die Gesamtlänge der Düsennadel und des Düsenkörpers kurz zu halten. Damit ergibt sich auch bezogen auf den Düsenkörper eine vergleichsweise geringe Übergriffslänge der Spannmutter, so dass insgesamt eine materialsparende kurze Bauweise für den Injektor erreicht ist, der durch den axialen Versatz von Führungsbereich und Spannbereich zudem gegen verspannungsbedingte Toleranzen unempfindlich ist, zumal diese Bereiche, bezüglich der thermischen Beanspruchung, ebenfalls unterschiedlichen Zonen zugeordnet sind.
• Im Hinblick auf eine geringe Baulänge erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Führungsabschnitt der Düsennadel unmittelbar in eine Druckschulter übergeht, die als Widerlager für die federnde Abstützung der Düsennadel dient, so dass fallweise über die federnde Abstützung eingeleitete Querkraftkomponenten keine größeren, die Gängigkeit der Düsennadel beeinträchtigenden Klemmkräfte zur Folge haben.
• Die Kürze des Überstandes der Düsennadel über ihren in der Bohrung des Düsenkörpers geführten Abschnitt macht es auch möglich, diesen ungeachtet der Nutzung als Führung für die Hülse im Durchmesser klein zu halten, so dass sich kleine Steuerraumvolumina verwirklichen lassen, und auch die Masse der Düsennadel klein halten lässt.
• Um bei der Zuführung des unter Druck stehenden Einspritzmediums auf den erweiterten Bohrungsbereich, in dem die Hülse und die die Düsennadel umschließende, die Hülse gegen die Druckschulter der Düsennadel abstützende Feder liegen, Querkräfte sowie auch Schwingungsanregungen für die Düsennadel zu vermeiden, erweist es sich als zweckmäßig, die Zuführung des Einspritzmediums benachbart zum die Düsennadelbohrung überdeckenden, axial an den Düsenkörper anschließenden Segment auf die Düsennadelbohrung vorzunehmen, bevorzugt im Überdeckungsbereich zur Hülse, sowie auch über symmetrisch angeordnete Radialquerschnitte.
• Für die Zuführung des Einspritzmediums längs der Düsennadel zur Sitzfläche erweist es sich als zweckmäßig, die Düsennadel längs ihres Führungsabschnittes mit durchlaufenden, im Durchmesser reduzierten Umfangsabschnitten zu versehen, die durch umfangsseitige Abflachungen, Nuten oder dergleichen gebildet sind, so dass eine Abstützung der Düsennadel im Führungsabschnitt zum umgebenden Bohrungsbereich nur über längsverlaufende Stege erfolgt, und über Druckpolster, die über die Stege gegeneinander abgegrenzt sind. Bevorzugt sind die im Durchmesser verringerten Umfangsabschnitte zentrisch-symmetrisch zur Düsennadelachse vorgesehen, so dass Querkräfte vermieden sind, wobei zwischen den abgeflachten oder durch Nuten gebildeten, im Durchmesser verringerten Umfangsabschnitten liegende, insbesondere schmale Stegbereiche quasi Dichtstege bilden, die beidseitig vom Einspritzmedium beaufschlagt und über den dadurch aufgebauten Schmierfilm reibungsarm geführt sind.
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das in schematisierter Darstellung einen Schnitt durch den brennraumseitigen Endbereich eines Einspritzinjektors zeigt, ohne Darstellung der zugehörigen Brennkraftmaschine.
• Der in der Zeichnung insgesamt nur teilweise und bereichsweise im Schnitt dargestellte Einspritzinjektor 1 entspricht in seinem Grundaufbau bekannten Einspritzinjektoren, wie sie beispielsweise der DE 199 36 668 A1 zu entnehmen sind, so dass die nachstehende Erläuterung, ausgehend von einem derartigen Grundaufbau, auf die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen, aus der Zeichung ersichtlichen Merkmale beschränkt werden kann.
• Von dem Einspritzinjektor 1 ist mit 2 der Düsenkörper bezeichnet, der, bezogen auf eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, ein zapfenartig verjüngtes, brennraumseitiges Ende 3 aufweist, das auf einen Brennraum der Brennkraftmaschine ausmündet. Das zapfenartig verjüngte Ende 3 geht über einen radial äußeren stufenförmigen Absatz in einen im Durchmesser vergrößerten Bereich 4 des Düsenkörpers 2 über, auf den axial weitere Segmente des Einspritzinjektors 1 folgen, so im Ausführungsbeispiel anschließend an den Düsenkörper 2 ein diesen überdeckendes Segment 5 und daran anschließend ein Segment 6, das ein nicht gezeigtes Steuerventil aufnimmt. Die axial aufeinander folgenden Segmente, nämlich der Düsenkörper 2 und die auf diesen axial folgenden Segmente 5 und 6, sind, gegebenenfalls mit weiteren Segmenten, axial zusammengespannt, wobei die Zusammenspannung über eine Spannmutter 7 erfolgt, die, was nicht weiter dargestellt ist, gegen das Segment 6 verschraubt ist und den Düsenkörper 3 über einen radial nach innen ragenden Bund 8 angrenzend an den radial äußeren, stufenförmigen Absatz hintergreift, so dass dieser Absatz eine Spannschulter 9 bildet.
• Der Düsenkörper 3 weist zentral durchlaufend eine Bohrung 10 auf, mit einem brennraumseitigen Bohrungsbereich 11, der in Spritzlöchern 12 ausläuft. Den Spritzlöchern 12 ist eine Sitzfläche 13 für das konusförmig auslaufende Ende 14 der Düsennadel 15 vorgelagert, die mit ihrem dem Bohrungsbereich 11 zugeordneten Führungsabschnitt 16 in der Bohrung 10 geführt ist, wobei die durch den Bohrungsbereich 11 und den Führungsabschnitt 16 gebildete Führung für die Düsennadel 15 die ausschließliche Führung bildet, die axial benachbart, insbesondere angrenzend an die Spannschulter 9 endet, so dass der durch den Bohrungsbereich 11 und den Führungsabschnitt 16 gebildete, geführte Teil der Düsennadel 15 überdeckungsfrei zu den über die Spannmutter 7 axial gegeneinander verspannten Bereichen der Segmente 5 und 6 und des entsprechenden Teiles des Düsenkörpers 2 liegt.
• Im zum Spannbereich der Spannmutter 7 in Überdeckung liegenden, im Durchmesser erweiterten und auch thermisch abgesetzten Bohrungsbereich 17 der Bohrung 10 liegt die Düsennadel 15 zum Düsenkörper 2 frei und weist benachbart zum Führungsabschnitt 16 eine Druckschulter 18 auf, gegen die federnd eine Hülse 19 abgestützt ist, welche auf den vom brennraumseitigen Ende der Düsennadel 15 abgelegenen Endabschnitt 20 axial verschieblich radial geführt ist und über die durch die Feder 21 gebildete federnde Abstützung zur Druckschulter 18 in Richtung auf das Segment 5 belastet ist.
• Gegen das die Bohrung 10 endseitig überdeckende Segment 5 stützt sich die Hülse 19 dichtend ab, wodurch ein Steuerraum 22 entsteht, der teilweise durch die Düsennadel 15 begrenzt ist und in Verbindung mit der axialen Verschiebbarkeit der Düsennadel 15 volumenveränderlich ist.
• Dem Einspritzinjektor 1 sind nicht gezeigte, zu- und ablaufseitige Anschlüsse für das Einspritzmedium zugeordnet, das beispielsweise über einen Hochdruckspeicher (Common Rail- System) zugeführt wird, wobei die Zuführung, schematisch bei 23 angedeutet, über das Segment 5 durchsetzende Kanäle 30 und an diese axial anschließende radiale Ausströmquerschnitte 24 im bohrungsseitigen Umfangsbereich des Düsenkörpers 2 erfolgt, die in axialer Überdeckung zur Hülse 19 liegen und bevorzugt symmetrisch zur Achse 25 der Düsennadel 15 liegen, so dass sich keine einseitigen Beaufschlagungen für die Hülse 15 ergeben, die in Verbindung mit einer schlanken Ausführung der Düsennadel 15 in deren nicht geführtem Abschnitt unerwünschte Schwingungsanregungen zur Folge haben könnten.
• Auf den Steuerraum 22 mündet, bevorzugt gedrosselt, eine Abzweigung von der hochdruckseitigen Zuführung 23, die bei 26 angedeutet ist, so dass bei rücklaufseitig geschlossenem Steuerraum 22 die Düsennadel 15 durch den im Steuerraum 22 anstehenden Druck ergänzend zur Feder 21 in Schließrichtung belastet ist, also durch Anlage ihres konusförmigen Endes 14 an der Sitzfläche 13 den Zulauf ab die Spritzlöcher 12 sperrt. Die Verbindung des Steuerraumes 22 zum Rücklauf 27 ist nicht dargestellt und wird über ein nicht gezeigtes Steuerventil entsprechend den geforderten Einspritzzeiten und/oder Einspritzmengen getaktet.
• Das auf den die Hülse 19 berührungsfrei aufnehmenden Bohrungsbereich 17 zugeführte Einspritzmedium wird längs der Düsennadel 15 den Spritzlöchern 12 zugeführt, wobei in dem brennraumseitigen Bohrungsbereich 11 hierfür längs des Führungsabschnittes 16 der Düsennadel 15 diese mit ihren Durchmesser verringernden Umfangsabschnitten 28 versehen ist, die über Stege 29 gegeneinander abgegrenzt sind, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel neben den durchmesserreduzierten Umfangsabschnitten 28 auch die Stege 29 richtungsgleich zur Achse 25 der Düsennadel 15 verlaufen und die im Durchmesser reduzierten Abschnitte 28 als Abflachungen zum kreisförmigen Querschnitt des Führungsabschnittes 16 der Düsennadel 15 gezeigt sind. Anstelle von Abflachungen können auch nutförmige Ausnehmungen oder dergleichen vorgesehen sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner auch, die abgeflachten oder anderweitig im Durchmesser reduzierten Umfangsabschnitte 28 winklig oder auch gewendelt, beispielsweise spiralförmig längs des Führungsabschnittes 16 verlaufen zu lassen, so dass sich eine Verdrallung ergibt, wie sie insbesondere in Verbindung mit auf die Strömungsrichtung ausgerichteten Spritzlöchern 12 zweckmäßig sein kann. Ferner kann durch eine derartige Führung des Einspritzmediums die Kühlung und/oder Schmierung für die Düsennadel 15 intensiviert werden, gegebenenfalls bei entsprechender, nicht gezeigter, insbesondere gesteuerter Verbindung zum Rücklauf auch als Umlaufkühlung, oder als Umlaufspülung in einer Aufheizphase. Ergänzend kann sich eine intensivierte Kühlung und/oder Schmierung in Verbindung mit einem Rotationseffekt für die Düsennadel 15 nebst darauf geführter Hülse 19 ergeben. Durch entsprechende Positionierung der Ausströmquerschnitte 24, beispielsweise deren Ausbildung als tangential auf den Bohrungsbereich 17 ausmündende Bohrungen lassen sich derartige Effekte gegebenenfalls unterstützen.
• Die Führung der Düsennadel 15 außerhalb des Spannbereiches der Spannmutter 7 vermeidet Verspannungen des für die Düsennadelführung kritischen Bereiches, und die zum Düsenkörper 2 freie Führung der Hülse 19 auf der Düsennadel 15 stellt sicher, dass verspannungsbedingte Deformationen auch über diesen Weg ohne Einfluss auf die Führung und Leichtgängigkeit der Düsennadel 15 bleiben, so dass sich insbesondere mit der durch die erfindungsgemäße Lösung erreichten kompakten Bauweise und den dadurch auch erreichbaren geringen Massen der bewegten Teile, insbesondere der Düsennadel 15, sehr hohe Takt- und Schaltfrequenzen erreichen lassen, wobei durch die Nutzung des Bohrungsbereiches 11 zumindest über den größten Teil seiner Länge, insbesondere über nahezu seine gesamte Länge für die Führung des Führungsabschnittes 16 der Düsennadel 15 eine optimale Führung der Düsennadel 15 erreichbar ist.

Claims (7)

1. Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl als Einspritzmedium betriebene Brennkraftmaschinen, der axial segmentiert und zusammengespannt ist und in einem Düsenkörper eine axiale, vom Einspritzmedium durchströmte Bohrung aufweist, die an ihrem einen Ende vom axial anschließenden Segment überdeckt ist und, eine Düsennadel aufnehmend, an ihrem anderen Ende eine Sitzfläche für die Düsennadel aufweist, die die Führung für eine zur Bohrung freiliegende, gegen das axial an den Düsenkörper anschließende Segment einen Steuerraum abgrenzende Hülse und das Wiederlager für eine federnde Abstützung der Hülse gegen das anschließende Segment bildet und die mit einem zur Hülse axial gegenüberliegenden Führungsabschnitt in einem Bohrungsbereich läuft, der sich ausgehend von der Sitzfläche bis in den Bereich einer Spannschulter erstreckt, die außenseitig zum Düsenkörper liegend von einer der Zusammenspannung zugehörigen Spannmutter übergriffen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (16) sich über die Länge des zwischen Sitzfläche (13) und Spannschulter (9) liegenden, zur Spannschulter (9) überlappungsfreien Bohrungsbereiches (11) erstreckt und die ausschließliche Führung der Düsennadel (15) gegenüber dem Düsenkörper (2) bildet.

2. Einspritzinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (16) der Düsennadel (15) in eine ein Widerlager für die federnde Abstützung bildende Druckschulter (18) übergeht.

3. Einspritzinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschulter (18) in einem zu einem Druckraum erweiterten Bohrungsbereich (17) liegt, der anschließend an die federnde Abstützung (Feder 21) die Hülse (19) berührungsfrei aufnimmt.

4. Einspritzinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Düsennadel (15) überströmende Einspritzmedium im Überlappungsbereich zur Hülse (19) über symmetrisch zur Düsennadelachse (25) liegende Ausströmquerschnitte (24) auf den Bohrungsbereich (17) austritt.

5. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) längs ihres Führungsabschnittes (16) durchlaufende, im Durchmesser verringerte Umfangsabschnitte (28) aufweist.

6. Einspritzinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Durchmesser verringerten Umfangsabschnitte (28) durch Abflachungen gebildet sind.

7. Einspritzinjektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Durchmesser verringerten Umfangsabschnitte (28) durch Nuten gebildet sind.