DE102008001735A1 - Fuel injector and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Gehäuseteil (11) und mit einem axial verstellbaren Einspritzventilelement (12), welches mittels eines Steuerventils (31) schaltbar ist, welches wiederum mit einem Aktuator (37) betätigbar ist, wobei bei geöffnetem Steuerventil (31) eine Kraftstoffmenge aus einem Hochdruckbereich in einen mit einem Injektorrücklaufanschluss (7) versehenen Niederdruckbereich (34) des Kraftstoff-Injektors (1) strömt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Gehäuseteil (11) mindestens eine dem Steuerventil (31) hydraulisch nachgeordnete Kühlbohrung (45, 48) vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, dass durch diese zumindest ein Teilvolumenstrom der Kraftstoffmenge vor Erreichen des Injektorrücklaufanschlusses (7) strömen und dabei Wärmeenergie an das Gehäuseteil (11) abgeben kann.The invention relates to a fuel injector (1), in particular a common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with at least one housing part (11) and with an axially adjustable injection valve element (12), which by means of a control valve (31) is switchable, which in turn is actuated with an actuator (37), wherein with open control valve (31) an amount of fuel from a high-pressure region in a Injektorrücklaufanschluss (7) provided low pressure region (34) of the fuel injector (1) flows , According to the invention, there is provided in the housing part (11) at least one cooling bore (45, 48) arranged hydraulically downstream of the control valve (31), which is arranged such that at least a partial volume flow of the fuel quantity flows through it before reaching the injector return port (7) can give off heat energy to the housing part (11).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11.The The invention relates to a fuel injector, in particular a Common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and an internal combustion engine according to claim 11th
Bekannt sind hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren, deren Einspritzventilelement servo-betrieben ist. Als Drucksteller sind Piezo- und Magnetventile im Einsatz, mit denen der Servo-Kreislauf (Steuerkreislauf) gesteuert wird. Die Kraftstoff-Steuermenge des Servo-Kreislaufes und evtl. Leckagen an Führungen führen dabei zu hohen Temperaturen, da diese Kraftstoffmengen vom hohen Systemdruck auf Niederdruck entspannt werden. Die hieraus resultierenden Temperaturerhöhungen im Kraftstoff-Injektor führen zu Materialproblemen. Kritisch ist dabei insbesondere der Aktuator, sowohl bei Magnetventilen als auch bei Piezoventilen. Bei Magnetventilen sind die verwendeten Kunststoffe für Spulenträger und Umspritzungen nicht für extrem hohe Temperaturen geeignet, und der Spulenwiderstand nimmt mit der Temperatur zu, so dass sich die Spulenauslegung ändert.Known are stroke-controlled common rail injectors whose injector element is servo-operated is. Piezo and solenoid valves are in use as pressure actuators, with which the servo circuit (control circuit) is controlled. The fuel control quantity of the servo circuit and possibly leaks on guides lead to high temperatures, because these fuel quantities from high system pressure to low pressure to be relaxed. The resulting temperature increases in the fuel injector lead to material problems. Critical is in particular the actuator, both in solenoid valves as also with piezo valves. For solenoid valves are used Plastics for coil carriers and encapsulation not suitable for extremely high temperatures, and the coil resistance decreases with the temperature so that the coil design changes.
Besonders bei Top-Head-Injektor-Bauformen, bei denen das Steuerventil (Servo-Ventil) und der Aktuator im Injektorkopf angeordnet sind, wird der zulässige Temperaturbereich der Aktuatoren häufig überschritten, insbesondere deshalb, weil die Wärmeabgabe im Kopfbereich über das Injektorgehäuse gering ist. Hierdurch wird die Lebensdauer der Aktuatoren, insbesondere von Magnetaktuatoren oder Piezoaktuatoren, deutlich reduziert.Especially in top-head injector designs where the control valve (servo-valve) and the actuator are arranged in the injector head, the permissible Temperature range of the actuators frequently exceeded, especially because the heat dissipation in the head area over the injector housing is low. This will increase the life the actuators, in particular magnetic actuators or piezoactuators, significantly reduced.
Aus
der
Aus
der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem zu hohe Temperaturen im temperaturkritischen Bereich, vermieden werden. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem zu hohe Temperaturen im temperaturkritischen Bereich vermieden werden.Of the Invention is based on the object, a simple design To propose fuel injector in which too high temperatures in the temperature-critical area, be avoided. It also exists the task is an internal combustion engine with at least one To propose fuel injector in which too high temperatures be avoided in the temperature-critical area.
Technische LösungTechnical solution
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoff-Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.These Task is with regard to the fuel injector with the features of claim 1 and with regard to the internal combustion engine with the features of claim 11 solved. Advantageous developments of Invention are specified in the subclaims. In the Within the scope of the invention, all combinations are omitted at least two of in the description, the claims and / or features disclosed in the figures.
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Steuerkreislauf mit Hilfe
der Kraftstoff-Steuermenge zu kühlen, bevorzugt, ohne auf
separate Kühlflüssigkeiten, wie separat zugeführten
Kraftstoff, angewiesen zu sein. Um dies zu ermöglichen, schlägt
die Erfindung vor, zumindest einen Teilvolumenstrom, der aus dem
Steuerventil in den Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
austretenden Kraftstoffmenge, durch mindestens eine Kühlbohrung
zu führen, die unmittelbar in ein Gehäuseteil
des Kraftstoff-Injektors eingebracht ist. Beim Durchströmen
der Kühlbohrung kann die Kraftstoffmenge Wärmeenergie
an das Gehäuseteil abgeben, wodurch die Temperatur der
durch die Kühlbohrung strömenden Kraftstoffmenge
reduziert wird. Die gekühlte Kraftstoffmenge kann, insbesondere
nach vollständigem Durchströmen der Kühlbohrung,
gezielt dazu genutzt werden, mindestens einen bestimmten Bereich,
vorzugsweise den Aktuator, des Kraftstoff-Injektors zu kühlen,
bevor die Kraftstoffmenge über den Injektorrücklaufanschluss
wieder abgeführt wird. Bei Bedarf kann sich die Kühlbohrung
durch mehrere, vorzugsweise in axialer Richtung benachbart zueinander
angeordnete, Gehäuseteile erstrecken. Bei der durch die
Kühlbohrung geführten Kraftstoffmenge handelt
es sich bevorzugt in erster Linie um eine Kraftstoff-Steuermenge,
die bei geöffnetem Steuerventil (Servo-Ventil) aus einer
Steuerkammer in den Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
strömt und dabei auf Niederdruck entspannt wird. Je nach Ausbildung
des Kraftstoff-Injektors kann die durch die Kühlbohrung
geführte Kraftstoffmenge zusätzlich Kraftstoff-Leckagemengen
aus Führungsspalten umfassen. Insbesondere dann, wenn es
sich bei der beschriebenen Kühlung um die einzige Flüssigkeitskühlung
des Kraftstoff-Injektors handelt, kann auf einen separaten Kühlkraftstoff-Zulaufanschluss
verzichtet werden. Zwar kann es, um die notwendige Stabilität des
mit der mindestens einen Kühlbohrung versehenen Gehäuseteils
zu gewährleisten, notwendig sein, dessen Materialstärke
zu erhöhen. Selbst in diesem Fall wird jedoch eine erhebliche
Durchmesservergrößerung des Kraftstoff-Injektors,
wie diese aus dem Lösungsvorschlag der
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass nicht nur ein Teilvolumenstrom der aus dem Steuerventil ausströmenden Kraftstoffmenge, sondern die gesamte aus dem Steuerventil ausströmende Kraftstoffmenge durch die mindestens eine Kühlbohrung strömen kann. Hierunter wird auch eine Ausführungsform verstanden, bei der die gesamte Kraftstoffmenge auf mehrere Kühlbohrungen verteilt wird.In Development of the invention is provided with advantage that not only a partial flow of the effluent from the control valve Amount of fuel, but the entire effluent from the control valve Flow amount of fuel through the at least one cooling hole can. This is also understood to mean an embodiment in which distributes the entire amount of fuel to several cooling holes becomes.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das mit der mindestens einen Kühlbohrung versehene Gehäuseteil ein Gehäuseteil ist, das bei in einem Motorblock montierten Kraftstoff-Injektor thermisch mit dem Motorblock gekoppelt ist. Vorzugsweise liegt das Gehäuseteil mit seinem Außenumfang am Innenumfang einer den Kraftstoff-Injektor, zumindest teilweise, aufnehmenden Bohrung im Motorblock an. Alternativ ist es denkbar, radial zwischen dem Gehäuseteil und dem Motorblock ein Wärmeübergangselement anzuordnen. Durch die thermische Kopplung zwischen dem Gehäuseteil und dem Motorblock kann die von der durch die Kühlbohrung strömenden Kraftstoffmenge an das Gehäuseteil abgegebene Wärmemenge an den kühleren Motorblock abgegeben werden.From particular advantage is an embodiment in which the with the at least one cooling bore provided housing part a housing part which is mounted in an engine block Fuel injector is thermally coupled to the engine block. Preferably, the housing part lies with its outer periphery on the inner circumference of a fuel injector, at least in part, receiving bore in the engine block. Alternatively, it is conceivable radial between the housing part and the engine block, a heat transfer element to arrange. Due to the thermal coupling between the housing part and the engine block may be that of the through the cooling hole flowing amount of fuel to the housing part amount of heat delivered to the cooler engine block be delivered.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen mit einer Kühlbohrung versehenen Gehäuseteil um einen Injektorkörper, der radial außen das Einspritzventilelement unmittelbar umschließt.Especially Preferably, the at least one is with a cooling hole provided housing part to an injector body, the radially outside of the injection valve element directly encloses.
Um eine gezielte Kühlung des, vorzugsweise elektromagnetischen oder piezoelektrischen, Aktuators des Steuerventils zu realisieren, ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors bevorzugt, bei der zumindest ein Teilvolumenstrom der aus der Kühlbohrung austretenden, wärmereduzierten Kraftstoffmenge, vorzugsweise die gesamte aus der mindestens einen Kühlbohrung austretende, wärmereduzierte Kraftstoffmenge zum Aktuator geführt ist. Im Falle des Vorsehens eines elektromagnetischen Aktuators ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die gekühlte Kraftstoffmenge mög lichst nahe an dem mindestens einen Elektromagneten (Spule) vorbeiströmt. Bevorzugt strömt die gekühlte Kraftstoffmenge hierzu an den einer Ankerplatte zugewandten Polflächen des Elektromagneten vorbei und strömt dann, vorzugsweise zentrisch, durch die Elektromagnetanordnung hindurch zum Injektorrücklaufanschluss. Im Falle des Vorsehens eines piezoelektrischen Aktuators ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der gekühlte Kraftstoff seitlich an dem Piezo-Stack vorbei geführt wird, bevor die gekühlte Kraftstoffmenge den Injektorrücklaufanschluss erreicht.Around a targeted cooling of, preferably electromagnetic or piezoelectric actuator of the control valve, an embodiment of the fuel injector is preferred in which at least a partial volume flow from the cooling hole exiting, heat-reduced fuel amount, preferably the entire emerging from the at least one cooling hole, reduced amount of heat led to the actuator is. In the case of providing an electromagnetic actuator an embodiment is preferred in which the cooled Fuel quantity AS POSSIBLE close to the at least one Electromagnet (coil) flows past. Preferably flows the cooled amount of fuel to this an anchor plate facing pole faces of the electromagnet and then flows, preferably centric, through the electromagnet assembly to the injector return port. In the case of providing a piezoelectric actuator, an embodiment is preferred when the cooled fuel side of the piezo stack passed over before the cooled fuel quantity reached the injector return port.
Um eine möglichst lange Kühlstrecke für die aus dem Steuerventil ausströmende Kraftstoffmenge zu erhalten, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der mindestens zwei Kühlbohrungen vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung des Gehäuseteils und/oder in radialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. Dabei ist es wichtig, die Kühlbohrungen hydraulisch miteinander zu verbinden, so dass eine Kühlbohrung in das Gehäuseteil hinein und die andere Kühlbohrung aus dem Gehäuseteil heraus, vorzugsweise in Richtung des Aktuators, führt.Around a long cooling section for the amount of fuel flowing out of the control valve obtained, an embodiment is preferred in which at least two cooling holes are provided in the circumferential direction the housing part and / or in the radial direction to each other are arranged offset. It is important, the cooling holes hydraulically connect to each other, leaving a cooling hole into the housing part and the other cooling hole out of the housing part, preferably in the direction of Actuator, leads.
Fertigungstechnisch ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die mindestens zwei Kühlbohrungen axial und vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Bevorzugt erstrecken sich die Kühlbohrungen in axialer Richtung zumindest über einen Großteil der Längserstreckung des Gehäuseteils.manufacturing technology an embodiment is preferred in which the at least two cooling holes axially and preferably parallel to each other run. Preferably, the cooling holes extend in the axial direction at least a large part the longitudinal extent of the housing part.
Eine besonders elegante Art zur hydraulischen Verbindung der mindestens zwei Kühlbohrungen besteht darin, die Kühlbohrungen über eine Tasche hydraulisch miteinander zu verbinden, die endseitig des Gehäuseteils, also zwischen dem die mindestens eine Kühlbohrung aufweisenden Gehäuseteil und einem axial benachbarten Gehäuseteil, vorgesehen ist. Die Tasche kann beispielsweise durch Einfräsen in das Gehäuseteil und/oder das benachbarte Gehäuseteil realisiert werden. Aufgrund einer derartigen Anordnung der mindestens zwei Kühlbohrungen strömt die aus dem Steuerventil austretende Kraftstoffmenge bevorzugt zunächst in axialer Richtung nach unten in Richtung einer Düsenlochanordnung und wird dann in der Tasche umgelenkt und strömt durch die benachbarte Kühlbohrung wieder nach oben in Richtung des Injektorkopfes.A particularly elegant way to at least hydraulic connection two cooling holes is the cooling holes over hydraulically connecting a bag to each other, the end of the housing part, ie between the at least one Cooling bore having housing part and a axially adjacent housing part, is provided. The pocket For example, by milling into the housing part and / or the adjacent housing part can be realized. Due to such an arrangement of at least two cooling holes flows out of the control valve escaping amount of fuel preferably initially in the axial direction downwards in the direction a nozzle hole arrangement and is then deflected in the pocket and flows back through the adjacent cooling hole above in the direction of the injector head.
Um eine optimierte Kühlung eines elektromagnetischen Aktuators zu realisieren, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der eine Ankerplatte des elektromagnetischen Aktuators in einem eigenen Ankerplattenraum angeordnet ist, der vorzugsweise nicht unmittelbar (axial) hydraulisch mit einem dem Steuerventil unmittelbar nachgeordneten Ventilraum verbunden ist. Bevorzugt muss der aus dem Steuerventil ausströmende Kraftstoff, um in den Ankerplattenraum zu gelangen, zunächst die mindestens eine Kühlbohrung in dem Gehäuseteil durchströmen. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der in den Ankerplattenraum gelangende Kraftstoff zentrisch durch die Elektromagnetanordnung hindurch zum Injektorrücklaufanschluss geführt ist.In order to realize an optimized cooling of an electromagnetic actuator, an embodiment is preferred in which an anchor plate of the electromagnetic actuator is arranged in its own anchor plate space, which is preferably not directly (axially) hydraulically connected to a control valve immediately downstream valve chamber. Preferably, the fuel flowing out of the control valve, in order to reach the anchor plate space, first has to flow through the at least one cooling bore in the housing part. An embodiment is preferred in which the fuel entering the anchor plate space is guided centrally through the electromagnet arrangement to the injector return port.
Im Falle des Vorsehens eines piezoelektrischen Aktuators ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der ein den piezoelektrischen Aktuator aufnehmender Aktuatorraum nicht unmittelbar hydraulisch mit einem dem Steuerventil unmittelbar nachgeordneten Ventilraum verbunden ist und der aus dem Steuerventil austretende Kraftstoff, um in den Aktuatorraum zu gelangen, zunächst die mindestens eine Kühlbohrung durchströmen muss. Innerhalb des Aktuatorraums strömt der gekühlte Kraftstoff bevorzugt unmittelbar. an dem piezoelektrischen Aktuator vorbei, wobei der piezoelektrische Aktuator bevorzugt, beispielsweise durch eine geeignete Beschichtung oder eine Schutzhülle, vor einer unmittelbaren Kraftstoff-Einwirkung geschützt ist.in the Case of providing a piezoelectric actuator is an embodiment preferred in which a piezoelectric actuator receiving Actuator not directly hydraulically with a control valve immediately downstream valve space is connected and the off fuel exiting the control valve to enter the actuator space to arrive, first the at least one cooling hole must flow through. Within the actuator space flows the cooled fuel prefers immediately. at the piezoelectric Actuator over, with the piezoelectric actuator preferred, for example by a suitable coating or protective cover, protected against direct fuel impact is.
Die Erfindung führt auch auf eine Brennkraftmaschine mit einem an einem Motorblock festgelegten Kraftstoff-Injektor, wobei der Kraftstoff-Injektor wie zuvor beschrieben ausgeführt ist. Besonders ist eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine, bei der das mindestens eine, mit mindestens einer Kühlbohrung versehene Gehäuseteil thermisch mit dem Motorblock gekoppelt ist, vorzugsweise durch unmittelbares Anliegen an dem Motorblock oder an einem an dem Motorblock anliegenden Wärmeübertragungselement, in einem Bereich radial außerhalb der mindestens einen Kühlbohrung. Auf diese Weise wird ein besonders guter Wärmeübergang zwischen dem Gehäuseteil und dem kühleren Motorblock ggf. über ein Wärmeübertragungselement realisiert, wodurch die von der Kraftstoffmenge an das Gehäuseteil abgeführte Wärmeenergie schnell an den Motorblock abgegeben werden kann. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das die Kühlbohrung aufweisende Gehäuseteil zumindest über einen Großteil (mehr als 50%) der Längserstreckung der Kühlbohrung thermisch mit dem Motorblock, vorzugsweise durch Anliegen, gekoppelt ist.The Invention also leads to an internal combustion engine with a fixed to an engine block fuel injector, wherein the Fuel injector is carried out as described above. Particularly, an embodiment of the internal combustion engine, at least one, with at least one cooling hole provided housing part thermally coupled to the engine block is, preferably by direct contact with the engine block or on a heat transfer element resting against the engine block, in a region radially outside the at least one Cooling hole. In this way, a particularly good heat transfer between the housing part and the cooler engine block optionally via a heat transfer element realized, thereby reducing the amount of fuel to the housing part dissipated heat energy quickly delivered to the engine block can be. Particularly preferred is an embodiment in which the cooling hole having housing part at least a large part (more than 50%) of the Longitudinal extension of the cooling hole thermally with the engine block, preferably by concerns coupled.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigenFurther Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment as well as the drawing. This shows in the only one
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of invention
In
Innerhalb
des als Injektorkörper
Das
keine Niederdruckstufe aufweisende Einspritzventilelement
Von
einer oberen Stirnseite
Die
Steuerkammer
Die
durch die Ablaufdrossel
Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des Elektromagneten
Um
zu verhindern, dass dem Steuerventil
Damit
die aus dem Steuerventil
Die
radial äußere Kühlbohrung
Durch
eine Radialbohrung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |