DE102005055361A1

DE102005055361A1 - Injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion. engine comprises an injector body having an upper partial body and a lower partial body with an injection opening

Info

Publication number: DE102005055361A1
Application number: DE200510055361
Authority: DE
Inventors: Hasiman ÜSKÜDAR; Uemit Guenduez; Hueseyin Koese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-06-01
Also published as: TR200403163A1

Abstract

Injection device comprises an injector body (1) having an upper partial body (7) and a lower partial body (8) with an injection opening (3). The upper and lower partial bodies lies next to each other in a liquid-tight manner with the joining surface of the upper partial body, on which the upper partial body lies, having an inner curved conical structure. A fuel channel (10, 11) is formed in the injector body.

Description

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Diese Erfindung betrifft einen Brennstoffinjektor, bei dem eine Druckkammer innerhalb des Injektors nicht notwendig ist. Der Brennstoffinjektor, der zur Kraftstoffeinspritzung direkt in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors verbreitet verwendet wird, wird hierzu in zwei gesonderten Teilkörpern hergestellt, wobei der Injektor einen oberen, ersten Teilkörper und einen zweiten, unteren Teilkörper, an dem die Einspritzdüse ausgebildet ist, aufweist. Hierdurch wird bei Spritzsystemen mit hohem Druck die Beständigkeit des Brennstoffinjektors verbessert.These The invention relates to a fuel injector in which a pressure chamber is not necessary inside the injector. The fuel injector, the fuel injection directly into a combustion chamber of a Combustion engine is widely used, this is in two separate partial bodies manufactured, wherein the injector an upper, first part body and a second, lower part body, where the injector is formed. This is with in spray systems high pressure resistance of the fuel injector improved.

Die Hauptfunktion der bei den Verbrennungsmotoren verwendeten Hochdruckeinspritzsysteme ist, je nach Betriebsbereich bzw. abhängig von der Drehzahl und vom gewünschten Drehmoment des Motors Brennstoff in den die Brennkammer bildenden Zylinder so einzuspritzen, daß die Luft-Brennstoff-Mischung möglichst vollständig verbrennt. Da die gesetzlichen Grenzen der Abgasemissionen der Verbrennungsmotoren ständig verringert werden, wird der Verbrennungsvorgang im Zylinder stetig durch weitere Entwicklungen optimiert, um die infolge des Brennprozesses freigesetzten Emissionen zu minimieren. Damit wird die Bildung einer guten Luft-Brennstoff-Mischung, die den Verbrennungsvorgang hinsichtlich der Leistungsfähigkeit optimiert und die eine vollständige Verbrennung sicherstellt, immer wichtiger. Aus diesen Gründen sind zur Bildung einer optimierten Durchmischung im Zylinder und zur Sicherstellung einer vollständigen Verbrennung wichtige Weiterentwicklungen der Brennstoffeinspritzsysteme gemacht worden. Insbesondere ist der Einspritzdruck des Brennstoffs durch Entwicklung neuer Hochdruckpumpen im Laufe der Zeit immer weiter erhöht worden. Dadurch wird gewährleistet, daß der in den Zylinder unter hohem Druck eingespritzte Brennstoff in kleinste Tröpfchen zerstäubt wird und sich schnell mit der Luft vermischt.The Main function of the high-pressure injection systems used in internal combustion engines is, depending on the operating range or depending on the speed and the desired Torque of the engine fuel in the combustion chamber forming Cylinder so inject that the air-fuel mixture preferably Completely burns. As the legal limits of exhaust emissions of internal combustion engines constantly are reduced, the combustion process in the cylinder is steady optimized by further developments, due to the burning process to minimize emissions released. This will be the formation of a good air-fuel mixture, which respect the combustion process the efficiency optimized and complete Ensuring combustion is becoming increasingly important. For these reasons are to form an optimized mixing in the cylinder and the Ensuring a complete Combustion important advances in fuel injection systems been made. In particular, the injection pressure of the fuel with the development of new high-pressure pumps over time elevated Service. This ensures that the in The cylinder injected fuel under high pressure into the smallest droplet is atomized and mixes quickly with the air.

Die Erhöhung des Brennstoffdrucks führt jedoch zu Problemen bei dem präzise aufgebauten Injektionssystem hinsichtlich der Beständigkeit und Lebensdauer. Insbesondere in den Kanalstrukturen mit dünner Wand und scharfen Kanten, die in dem Injektor des Brennstoffspritzsystem ausgebildet sind, werden durch den hohen hydraulischen Druck deutliche mechanische Spannungen induziert. Die Bereiche, in denen diese druckbedingten Spannungssteigerungen vorkommen, ermüden das Material mit der Zeit und es können Risse auftreten, was zum Ausfall des Brennstoffeinspritzsystems führen kann. Aus diesem Grund werden zur Verhinderung unzulässiger Spannungssteigerungen durch den Druck in den Brennstoffkanälen des Injektors scharfe Kanten und dünne Wände wo immer möglich vermieden.The increase the fuel pressure leads However, problems with the precise constructed injection system in terms of durability and lifetime. Especially in the channel structures with a thin wall and sharp edges in the injector of the fuel spray system are formed, by the high hydraulic pressure clear mechanical Induced voltages. The areas in which these pressure-related Voltage increases occur, tire the material over time and it can Cracks occur, resulting in failure of the fuel injection system to lead can. For this reason, to prevent inadmissible voltage increases sharp edges due to the pressure in the fuel channels of the injector and thin walls wherever possible avoided.

Bei den heutigen Anwendungen wird der Injektorkörper einstückig hergestellt. Der Brennstoffkanal, durch den der Brennstoff den Einspritzöffnungen zugeführt wird, verläuft beginnend von der brennraumabgewandten Stirnfläche des Injektorkörpers in einem Winkel in Bezug auf die Längsachse des Injektorkörpers in Richtung des sich zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel ausgebildeten ringförmigen Brennstoffkanals. Zur Vermeidung einer scharfen Kante an dem Teil des Brennstoffkanals, der das Innere des Injektorkörpers erreicht, wird der Bereich des Brennstoffkanals an der inneren Fläche des Injektorkörpers so dimensioniert, daß er einen Raum bildet, der als Druckkammer bezeichnet wird. Diese Ausgestaltung, die dazu dient, die Hochdruckfestigkeit des Injektorkörpers zu steigern, erhöht jedoch die Herstellungskosten des Brennstoffkanals im Injektorkörper. Darüber hinaus wird infolge der plötzlichen Querschnittsänderung durch die Druckkammer sowohl die hydraulische Leistung als auch die Brennstoffspritzung beeinträchtigt.at In today's applications, the injector body is made in one piece. The fuel channel, by which the fuel is supplied to the injection openings, extends starting from the combustion chamber facing away from the end face of the injector body in one Angle with respect to the longitudinal axis of the injector body in the direction of getting between the inner surface of the injector body and the Injektornadel trained annular fuel channel. To avoid a sharp edge on the part of the fuel channel that covers the interior reaches the injector body, is the area of the fuel channel on the inner surface of the injector so dimensioned that he forms a space called the pressure chamber. This embodiment, which serves to increase the high-pressure strength of the injector body, elevated however, the manufacturing cost of the fuel channel in the injector body. In addition, will as a result of the sudden Change of section by the pressure chamber both the hydraulic power and the fuel injection impaired.

Diese Erfindung beschreibt einen neuen Brennstoffinjektor für Brennstoffeinspritzsysteme, wie sie bei Verbrennungsmotoren mit direkter Brennstoffeinspritzung verbreitet sind, um die vorgenannten Nachteile zu beseitigen. Der erfindungsgemäße Brennstoffinjektor weist einen Injektorkörper auf, der in zwei gesonderten Teilen hergestellt wird, und zwar in einem oberen Teilkörper und in einem unteren Teilkörper, wobei die Einspritzöffnungen am unteren Teilkörper ausgebildet sind. Die Verbindungsfläche, an der der obere Teilkörper am unteren Teilkörper des Injektorkörpers anliegt, hat eine nach innen gewölbte konische Struktur, wobei der Brennstoffkanal längs der Injektorachse über die gesamten Länge vorgesehen ist. Die Verbindungsfläche des unteren Teilkörpers, an dem die Einspritzöffnungen ausgebildet sind und der sich an den oberen Teilkörper anschließt, hat eine nach außen gewölbte konische Struktur, wobei sich der Brennstoffkanal mit einem scharfen Winkel in den ringförmigen Brennstoffkanal zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel öffnet. Da der Querschnitt, der sich in den ringförmigen Brennstoffkanal zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel öffnet, im Gegensatz zu dem vorher erwähnten, bekannten Injektorsystem mit einer Druckkammer einen erheblich größeren Winkel aufweist, wird die Bildung einer scharfkantigen und dünnwandigen Geometrie verhindert. Somit wird die Notwendigkeit eliminiert, einen zusätzlichen Raum an der inneren Fläche des Injektorkörpers mittels einer Druckkammer zur Verhinderung der Spannungssteigerung im Anschlußbereich des Brennstoffkanals auszubilden, was die Herstellungskosten entsprechend erniedrigt. Durch die Eliminierung der Druckkammer werden die hydraulischen Verluste, welche infolge plötzlicher Querschnittsänderungen und zusätzlichen Druck auftreten können, sowie die Verzögerung bei der Druckerhöhung und die Druckschwankungen reduzieren, während gleichzeitig ein höherer Einspritzdruck und eine höhere Flußgeschwindigkeit erreicht wird. Somit wird der Prozeß der Luft-Brennstoff-Mischung verbessert und die Abgasemissionen vermindert.This invention describes a novel fuel injector for fuel injection systems, as used in direct fuel injection internal combustion engines, to overcome the aforementioned disadvantages. The fuel injector according to the invention has an injector body which is produced in two separate parts, namely in an upper part body and in a lower part body, wherein the injection openings are formed on the lower part body. The connecting surface on which the upper part body rests against the lower part body of the injector body has an inwardly curved conical structure, wherein the fuel channel is provided along the injector axis over the entire length. The connecting surface of the lower part body, on which the injection openings are formed and which adjoins the upper part body, has an outwardly curved conical structure, wherein the fuel channel at a sharp angle in the annular fuel channel between the inner surface of the injector body and the Injektornadel opens. Since the cross-section opening into the annular fuel passage between the inner surface of the injector body and the injector needle, as opposed to the aforementioned known injector system having a pressure chamber, has a significantly greater angle, the formation of a sharp-edged and thin-walled geometry is prevented. Thus, the necessity for forming an additional space on the inner surface of the injector body by means of a pressure chamber for preventing the voltage increase in the terminal portion of the fuel passage is eliminated, which lowers the manufacturing cost accordingly. Elimination of the pressure chamber will result in hydraulic losses due to sudden cross-sectional changes and additional pressure and reduce the delay in pressure increase and the pressure fluctuations, while at the same time a higher injection pressure and a higher flow rate is achieved. Thus, the process of the air-fuel mixture is improved and the exhaust emissions reduced.

Zeichnungdrawing

1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffinjektor, wobei der Injektorkörper einstückig hergestellt ist. Der Brennstoffkanal beginnt am brennraumabgewandten Ende des Injektorkörpers mit einem Winkel in Bezug auf die Injektorachse in Richtung des sich zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel befindenden, ringförmigen Brennstoffkanals. Der Anschlußbereich des Brennstoffkanals ist an der inneren Fläche des Injektorkörpers zur Vermeidung der Bildung einer scharfen Kante so gestaltet, daß ein Raum ausgebildet ist, der als Druckkammer bezeichnet wird. 1 shows a known from the prior art fuel injector, wherein the injector body is made in one piece. The fuel passage begins at the combustion chamber remote end of the injector body at an angle with respect to the injector axis in the direction of the located between the inner surface of the injector body and the Injektornadel, annular fuel channel. The terminal portion of the fuel passage is formed on the inner surface of the injector body to prevent the formation of a sharp edge so as to form a space called a pressure chamber.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Brennstoffinjektor ohne Druckkammer im Anschlußbereich des Brennstoffkanals an der inneren Fläche des Injektorkörpers. Hierbei ist der obere Teilkörper des Brennstoffinjektors und der untere Teilkörper, an dem die Einspritzöffnungen liegen, gesondert hergestellt, und die Verbindungsfläche des oberen Teilkörpers, an den sich der untere Teilkörper anschließt, eine nach innen gewölbte konische Struktur aufweist, wobei der Brennstoffkanal längs der Injektorachse in der gesamten Länge vorgesehen ist. Die Verbindungsfläche des unteren Teilkörpers, an dem die Einspritzöffnungen ausgebildet sind, schließt sich an den oberen Teilkörper an und weist eine nach außen gewölbte konische Struktur auf, wobei sich der Brennstoffkanal mit einem scharfen Winkel durch den Querschnitt des Brennstoffkanals des oberen Teilkörpers in den ringförmigen Brennstoffkanal zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel öffnet. Da der Querschnitt, der sich in den ringförmigen Brennstoffkanal zwischen der inneren Fläche des Injektorkörpers und der Injektornadel öffnet, in Abweichung von den bekannten Injektorsystemen mit Druckkammer einen erheblich größeren Winkel aufweist, wird die Bildung einer scharfkantigen und dünnwandigen Geometrie verhindert. 2 shows a fuel injector according to the invention without a pressure chamber in the connection region of the fuel channel on the inner surface of the injector body. Here, the upper part body of the fuel injector and the lower part body, on which the injection openings are located, separately prepared, and the connecting surface of the upper part body, which adjoins the lower part body, having an inwardly curved conical structure, wherein the fuel passage along the Injektorachse is provided in the entire length. The connecting surface of the lower part body, on which the injection openings are formed, connects to the upper part body and has an outwardly curved conical structure, wherein the fuel channel at a sharp angle through the cross section of the fuel channel of the upper part of the body in the annular fuel channel between the inner surface of the injector body and the Injektornadel opens. Since the cross-section which opens into the annular fuel channel between the inner surface of the injector body and the Injektornadel, in deviation from the known injector systems with pressure chamber has a significantly larger angle, the formation of a sharp-edged and thin-walled geometry is prevented.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

In 1 wird der bei heutigen Anwendungen verwendete und aus dem Stand der Technik bekannte Injektorkörper (1) gezeigt. Der mit der hier erläuterten Erfindung hauptsächlich vergleichbare Teil des einstückig hergestellten Injektorkörpers (1) ist in 1 umrahmt und mit II bezeichnet. Der Injektorkörper (1) weist eine Längsachse (14) auf, wobei in Richtung der Längsachse (14) eine Bohrung ausgebildet ist, durch die eine innere Fläche (4) gebildet wird. In der Bohrung ist eine Injektornadel (2) längsverschiebbar angeordnet, die durch ihre Längsbewegung in der bekannten Weise die Öffnung einer oder mehrerer Einspritzöffnungen (15) steuert. Zur Zuführung von Brennstoff ist im Injektorkörper (1) ein Brennstoffkanal (3) ausgebildet, der an einer Stirnseite (10) des Injektorkörpers (1) beginnt und der in Bezug auf die Injektorachse (14) mit einem Winkel in Richtung des sich zwischen der inneren Fläche (4) des Injektorkörpers (1) und der Injektornadel (2) befindenden, ringförmigen Brennstoffkanals orientiert. Zur Vermeidung einer scharfen Kante an dem Teil des Brennstoffkanals (3), der die innere Fläche (4) des Injektorkörpers (1) erreicht, und um Spannungsüberhöhungen durch den Brennstoffdruck zu vermeiden, wird der Anschlußbereich des Brennstoffkanals (3) an der inneren Fläche (4) des Injektorkörpers so dimensioniert, daß sich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung eine Druckkammer (5) bildet.In 1 is used in today's applications and known from the prior art injector body ( 1 ). The part of the integrally produced injector body which is mainly comparable to the invention explained here (US Pat. 1 ) is in 1 framed and labeled II. The injector body ( 1 ) has a longitudinal axis ( 14 ), wherein in the direction of the longitudinal axis ( 14 ) a bore is formed through which an inner surface ( 4 ) is formed. In the bore is an injector needle ( 2 ) longitudinally displaceable in the known manner the opening of one or more injection openings ( 15 ) controls. For supplying fuel is in the injector body ( 1 ) a fuel channel ( 3 ) formed on an end face ( 10 ) of the injector body ( 1 ) and that in relation to the injector axis ( 14 ) at an angle in the direction of between the inner surface ( 4 ) of the injector body ( 1 ) and the injector needle ( 2 ), oriented annular fuel channel. To avoid a sharp edge on the part of the fuel channel ( 3 ), which covers the inner surface ( 4 ) of the injector body ( 1 ), and to avoid voltage overshoots due to the fuel pressure, the connection area of the fuel channel ( 3 ) on the inner surface ( 4 ) of the injector body so dimensioned that by a radial extension of the bore a pressure chamber ( 5 ).

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Injektorkörper, wobei nur der in 1 mit II bezeichnete Ausschnitt vergrößert dargestellt ist. Der Injektorkörper (1) weist in diesem Ausführungsbeispiel einen oberen Teilkörper (7) und einen unteren Teilkörper (8) auf, wobei die Einspritzöffnungen (15) am unteren Teilkörper (8) ausgebildet sind. Die beiden Teilkörper (7), (8) werden separat hergestellt und anschließend zusammengeführt. Die Verbindungsfläche (9) des oberen Teilkörpers (7), an den sich der untere Teilkörper (8) anschließt, hat eine nach innen gewölbte konische Struktur und weist eine in Richtung des Brennstoffkanals (10) zeigende Öffnung auf. Die Verbindungsfläche (9) des unteren Teilkörpers (8) des Injektorkörpers (1), der zum Anschluß an den oberen Teilkörper (7) dient, hat eine nach außen gewölbte konische Struktur. Der hier ausgebildete Teil des Brennstoffkanals (11) richtet sich mit einem scharfen Winkel von etwa 90 Grad zur Längsachse (14) des Injektorkörpers in den sich zwischen der inneren Fläche (12) des Injektorkörpers und der Injektornadel (2) befindenden, ringförmigen Brennstoffkanal. 2 shows an injector according to the invention, wherein only the in 1 Enlarged by II section is shown enlarged. The injector body ( 1 ) has in this embodiment an upper part body ( 7 ) and a lower part body ( 8th ), wherein the injection openings ( 15 ) at the lower partial body ( 8th ) are formed. The two partial bodies ( 7 ) 8th ) are prepared separately and then merged. The interface ( 9 ) of the upper part of the body ( 7 ), to which the lower part of the body ( 8th ) has an inwardly curved conical structure and points in the direction of the fuel channel ( 10 ) opening. The interface ( 9 ) of the lower partial body ( 8th ) of the injector body ( 1 ), which for connection to the upper part of the body ( 7 ) has an outwardly curved conical structure. The here formed part of the fuel channel ( 11 ) is oriented at a sharp angle of about 90 degrees to the longitudinal axis ( 14 ) of the injector body into which between the inner surface ( 12 ) of the injector body and the injector needle ( 2 ), annular fuel channel.

Die Verbindungsfläche (9) zwischen dem oberen Teilkörper (7) und dem unteren Teilkörper (8) sowie der Brennstoffkanal (10, 11) in beiden Teilkörpern (7, 8) werden mittels einer angemessenen Verbindung für den Kraftstofffluß geeignet, formschlüssig und dicht verbunden. Da der Querschnitt (13) des Brennstoffkanals (11), der sich in den zwischen der inneren Fläche (12) des Injektorkörpers (1) und der Injektornadel (2) befindenden, ringförmigen Brennstoffkanal öffnet, in Abweichung von dem in 1 beschriebenen Injektorkörper (1) mit Druckkammer (5) einen erheblich stumpferen Winkel zur Längsachse (14) des Injektorkörpers (1) aufweist, wird die Bildung einer scharfen und dünnwandigen Geometrie verhindert. Somit ergibt sich keine Notwendigkeit mehr, einen zusätzlichen Raum an der inneren Fläche (12) des Injektorkörpers (1) zu bilden und damit eine Druckkammer zu bilden. Dadurch werden die Herstellungskosten erniedrigt, da die Bildung einer zusätzlichen Druckkammer (5) an der inneren Fläche (4, 12) des Injektorkörpers (1) nicht erforderlich ist und die Bohrung, in der die Injektornadel (2) geführt ist, einen durchgängig konstanten Durchmesser aufweisen kann.The interface ( 9 ) between the upper part body ( 7 ) and the lower part body ( 8th ) as well as the fuel channel ( 10 . 11 ) in both partial bodies ( 7 . 8th ) are suitable by means of an appropriate compound for the fuel flow, positively and tightly connected. Because the cross section ( 13 ) of the fuel channel ( 11 ) located in between the inner surface ( 12 ) of the injector body ( 1 ) and the injector needle ( 2 ), annular fuel channel opens, in deviation from the in 1 described injector body ( 1 ) with pressure chamber ( 5 ) a much blunter angle to the longitudinal axis ( 14 ) of the injector body ( 1 ), the formation of a sharp and thin-walled geometry prevented. Thus, there is no need to add extra space to the inner surface ( 12 ) of the injector body ( 1 ) and thus to form a pressure chamber. As a result, the production costs are reduced because the formation of an additional pressure chamber ( 5 ) on the inner surface ( 4 . 12 ) of the injector body ( 1 ) is not necessary and the bore in which the injector needle ( 2 ) is guided, may have a consistently constant diameter.

Durch die Eliminierung der Druckkammer (5) werden die hydraulischen Verluste, welche infolge der plötzlichen Querschnittsänderung vorkommen könnten, sowie die Verzögerung bei der Druckerhöhung und zusätzlich die Druckschwankungen reduzieren, während gleichzeitig ein höherer Injektionsdruck und eine höhere Flußgeschwindigkeit sichergestellt wird. Somit wird der Prozeß zur Bildung der Brennstoff-Luft-Mischung verbessert und die Abgasemissionen vermindert.By eliminating the pressure chamber ( 5 ) reduce the hydraulic losses that could occur due to the sudden change in cross-section, as well as the delay in pressure increase and additionally the pressure fluctuations, while ensuring a higher injection pressure and a higher flow velocity. Thus, the process for forming the fuel-air mixture is improved and the exhaust emissions are reduced.

Claims

Fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine of an injector body ( 1 ) and one for controlling at least one injection opening ( 15 ) injector needle ( 2 ), characterized in that the injector body ( 1 ) an upper part body ( 7 ) and a lower part body ( 8th ), wherein on the lower part of the body ( 8th ) the at least one injection opening ( 3 ) is trained.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the upper part of the body ( 7 ) and the lower part body ( 8th ) lie liquid-tight against each other and the connecting surface of the upper body part ( 7 ) of the injector body ( 1 ), at which the lower part of the body ( 8th ), has an inwardly curved conical structure.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that in the injector body ( 1 ) a fuel channel ( 10 . 11 ) is formed by the contact surface of the first body part ( 7 ) at the lower partial body ( 8th ) and through the injection openings ( 15 ) Fuel is supplied.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting surface ( 9 ) of the injection openings ( 15 ) having lower part body ( 8th ) of the injector body ( 1 ) the upper part body ( 7 ) facing an outwardly curved conical structure, wherein the fuel channel ( 11 ) in an at least approximately right angle to the longitudinal axis ( 14 ) of the injector body into between the inner surface of the injector body ( 12 ) and the injector needle ( 2 ) formed hollow cylindrical fuel channel occurs.

Fuel injector according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the upper part of the body ( 7 ) to the interface ( 9 ) of the lower part ( 8th ) so that the fuel channel ( 10 . 11 ) on both parts by means of an appropriate connection for the passage of fuel under high pressure suitable and form-fitting tightly connected.