DE102008002526A1

DE102008002526A1 - Fuel injector, particularly, common-rail injector for injecting fuel into combustion chamber of internal combustion engine, has multi-part injection valve element adjustable between closed position and open position

Info

Publication number: DE102008002526A1
Application number: DE102008002526A
Authority: DE
Inventors: Matthias Burger; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-24

Abstract

The fuel injector has a multi-part injection valve element (10) adjustable between a closed position and an open position, where a piston body (13) is provided with a jet needle body (14) lying in closing position at a needle seat (15) in a sealing manner and lifted at an opening point from the needle seat. The coupling element is formed as a spring element (50) prolonging the opening point.

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.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.

Bekannt sind hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren, deren Einspritzventilelement servobetrieben ist. Als Drucksteller sind Piezo- und Magnetventile im Einsatz, mit denen der Servokreislauf steuerbar ist. Zur Realisierung eines schnellen Schließens des Einspritzventilelementes wird häufig eine dauerhafte Niederdruckstufe am Einspritzventilelement vorgesehen, die eine permanente, schließende Kraft auf das Einspritzventilelement ausübt. Der Nachteil hierbei ist eine hohe Leckage, die sich zwischen der Hoch- und Niederdruckseite einstellt. Eine Leckage führt unweigerlich zu einer höheren Pumpenleistung einer den Kraftstoffhochdruckspeicher versorgenden Hochdruckpumpe und somit zu Einbußen in der Effizienz des Systems. Dieser Sachverhalt wird insbesondere bei immer weiter steigenden Einspritzdrücken problematisch.Known are stroke-controlled common-rail injectors, the injection valve element servo-operated is. Piezo and solenoid valves are in use as pressure actuators, with which the servo loop is controllable. For the realization of a fast closing of the injection valve element is often a permanent low pressure stage on the injection valve element provided a permanent, closing force exerts the injection valve element. The disadvantage here is a high leakage, which is between the high and low pressure side established. Leakage inevitably leads to higher pump performance a high-pressure pump supplying the high-pressure fuel storage and thus to a loss of efficiency of the system. This The facts become particularly with ever increasing injection pressures problematic.

Aus diesem Grund werden neueste Kraftstoff-Injektoren für höchste Einspritzdrücke leckagearm ausgeführt, indem auf die Niederdruckstufe verzichtet wird. Ein derartiger Kraftstoff-Injektor ist in der DE 10 2006 029 393 A1 gezeigt. Der bekannte Kraftstoff-Injektor weist ein zweiteiliges, aus einem Kolbenkörper und einem Düsennadelkörper bestehendes Einspritzventilelement auf. Dabei ist der Kolbenkörper mit dem Düsennadelkörper fest über ein separates Kopplungselement verbunden, so dass sich der Kolbenkörper und der Düsennadelkörper wie ein Bauteil verhalten. Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoff-Injektor ist die mangelhafte Kleinstmengenfähigkeit. Dieser Nachteil könnte teilweise mit einem schnell schaltenden 3/2-Wege-Steuerventil kompensiert werden. Derartige Steuerventile sind jedoch nur aufwendig herstellbar und kostenintensiv.For this reason, the latest fuel injectors for highest injection pressures are carried out low leakage, by dispensing with the low pressure stage. Such a fuel injector is in the DE 10 2006 029 393 A1 shown. The known fuel injector has a two-part, consisting of a piston body and a nozzle needle body injection valve element. In this case, the piston body is firmly connected to the nozzle needle body via a separate coupling element, so that the piston body and the nozzle needle body behave like a component. A disadvantage of the known fuel injector is the insufficient Kleinstmengenfähigkeit. This disadvantage could be partially compensated with a fast-switching 3/2-way control valve. However, such control valves are only expensive to produce and expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, der trotz eines einfachen Aufbaus eine gute Kleinstmengenfähigkeit aufweist. Bevorzugt soll der Kraftstoff-Injektor ohne dauerhafte Niederdruckstufe und ohne 3/2-Wege-Steuerventil ausgebildet sein.Of the Invention is therefore based on the object, a fuel injector to propose, despite a simple structure, a good minimum quantity capability having. Preferably, the fuel injector without permanent Low pressure and be formed without 3/2-way control valve.

Technische LösungTechnical solution

Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 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 using a fuel injector with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are given in the subclaims. In the context of Invention fall all combinations of at least two of in the description, the claims and / or the Figures revealed features.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mindestens zwei Bauelemente eines mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Einspritzventilelementes mittels eines als Federelement ausgebildeten Kopplungselementes zu koppeln, derart, dass der Öffnungszeitpunkt, an dem der Düsennadelkörper von seinem Nadelsitz (Einspritzventilelementsitz) abhebt, verzögert wird. Anders ausgedrückt, ist es der Kerngedanke der Erfindung in den Einspritzventilelementverbund eine mechanische Weichheit (Federelement) zu integrieren, durch dessen Wirkung die Latenzzeit zwischen der Ansteuerung des Einspritzventilelementes und der Einspritzung verlängert ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Steifigkeit des Einspritventilelementverbundes entscheidend den Einspritzzeitpunkt bestimmt. Durch das Vorsehen einer mechanischen Weichheit kann die Steifigkeit des Gesamtverbundes reduziert und somit die Latenzzeit verlängert werden. Dabei wird durch die Ausbildung des Kopplungselementes als Federelement eine Relativbewegungsmöglichkeit zwischen den Bauteilen des Einspritzventilelementes realisiert. Auf diese Weise können im Stand der Technik auftretende Schuss-/Schuss-Streuungen und Gegendruckabhängigkeiten reduziert werden. Darüber hinaus ist eine verlängerte Latenzzeit vorteilhaft, wenn sogenannte Nullansteuerungen zur Raildruckabsenkung appliziert werden sollen. Hierbei wird das Steuerventil (Servo-Ventil) nur so kurz angesteuert, dass gerade noch keine Einspritzung erfolgt, aber dennoch eine Absteuerung von Kraftstoff über den Servokreislauf stattfindet. Durch eine gezielte Verlängerung der Latenzzeit durch das Vorsehen eines Federelementes als mechanisches Kopplungselement zwischen dem Düsennadelkörper und dem Kolbenkörper kann die Absteuermenge vergrößert und somit der Raildruckabbau beschleunigt werden. Insgesamt ergibt sich durch das Vorsehen eines den Öffnungszeitpunkt verzögernden Federelementes eine verbesserte Kleinstmengenfähigkeit, ohne die Notwendigkeit kostenintensive, schnell schaltende 3/2-Steuerventile einsetzen zu müssen (was jedoch auch weiterhin möglich ist).Of the Invention is based on the idea, at least two components a multi-part, in particular two-part, injection valve element by means of to couple a coupling element designed as a spring element, such that the opening time at which the nozzle needle body from his needle seat (injector element seat) lifts, delayed becomes. In other words, it is the gist of the invention in the injection valve element composite a mechanical softness (Spring element) to integrate, by its effect, the latency between the control of the injection valve element and the injection is extended. The invention is based on the knowledge that the rigidity of the Einspritventilelementverbundes crucial determines the injection time. By providing a mechanical Softness can reduce the stiffness of the overall composite and thus the latency will be extended. It is by the Formation of the coupling element as a spring element a relative movement possibility between realized the components of the injection valve element. To this Ways can occur in the art shot / weft scatters and backpressure dependencies are reduced. Furthermore Extended latency is advantageous when so-called Zero controls for rail pressure reduction to be applied. In this case, the control valve (servo valve) is only activated so short, that there is just no injection, but still a Absteuerung of fuel via the servo loop takes place. By a targeted extension of latency by providing a spring element as a mechanical coupling element between the nozzle needle body and the piston body can increase the Absteuermenge and thus the Rail pressure reduction can be accelerated. Overall, results from the provision of an opening time delaying Spring element improved micro quantity capability, without the need for costly, fast-switching 3/2 control valves to have to use (but still possible is).

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Federelement derart abgestimmt ist, dass ein Steuerventilelement eines Steuerventils (Servo-Ventil) zur Ansteuerung des Einspritzventilelementes bereits an seinem Hubanschlag (nicht-ballistisch) anliegt, bevor der Düsennadelkörper von seinem Nadelsitz abhebt. Anders ausgedrückt wird die Latenzzeit bevorzugt so eingestellt, dass eine Düsenlochanordnung durch den Düsennadelkörper erst dann erfolgt, wenn das Steuerventilelement bereits vollständig geöffnet ist.In a further development of the invention is advantageously provided that the spring element is tuned such that a control valve element of a control valve (servo-valve) for controlling the injection valve element already abuts its stroke stop (non-ballistic) before the nozzle needle body lifts off from its needle seat. In other words, the latency is preferably set as that a nozzle hole arrangement by the nozzle needle body takes place only when the control valve element is already fully opened.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der das Federelement eine geringere Steifigkeit aufweist als der Düsennadelkörper und/oder der Kolbenkörper. Dies kann, wie später noch erläutert werden wird, beispielsweise durch die Ausbildung des Federelementes aus einem von dem Material des Düsennadelkörpers und/oder des Kolbenkörpers unterschiedlichen Material und/oder durch eine spezielle Formgebung, beispielsweise durch eine Durchmesserreduzierung, des Federelementes realisiert werden.Especially preferred is an embodiment of the fuel injector, in which the spring element has a lower rigidity than the nozzle needle body and / or the piston body. This can, as will be explained later, for example, by the formation of the spring element of a from the material of the nozzle needle body and / or the piston body different material and / or by a special shaping, for example by a diameter reduction, the Spring element can be realized.

Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung des Federelementes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es sowohl denkbar, das Federelement als Zugfeder oder alternativ auch als Druckfeder auszubilden. Im Falle des Vorsehens eines als Zugfeder ausgebildeten Federelementes ist dieses bevorzugt hülsenförmig als sogenannte Rohrfeder ausgebildet. Ein als Zugfeder ausgebildetes Federelement ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass es bestrebt ist, den Düsennadelkör per in axialer Richtung an den Kolbenkörper heranzuziehen. Im Falle der Ausbildung des Federelementes als Druckfeder ist dieses bevorzugt derart anzuordnen, dass die Druckfeder bestrebt ist den Düsennadelkörper in Richtung auf den Kolbenkörper zu drücken. Hierzu kann die Druckfeder beispielsweise einem Umfangsbund des Düsennadelkörpers und einem Umfangsbund des Kolbenkörpers angeordnet werden, wobei sich der Umfangsbund des Kolbenkörpers in diesem Fall axial zwischen dem Umfangsbund des Düsennadelkörpers und einer Düsenlochanordnung befindet.in the With regard to the concrete design of the spring element, there are different possibilities. So it is both conceivable the spring element as a tension spring or alternatively as a compression spring train. In the case of providing a trained as a tension spring Spring element, this is preferably sleeve-shaped designed as a so-called tubular spring. A trained as a tension spring Spring element is preferably arranged such that it strives is, the Düsennadelkör by in the axial direction to draw on the piston body. In the case of training the spring element as a compression spring this is preferably to be arranged such that the compression spring endeavors the nozzle needle body to push in the direction of the piston body. For this For example, the compression spring may be a circumferential collar of the nozzle needle body and a circumferential collar of the piston body are arranged, wherein the circumferential collar of the piston body in this Fall axially between the peripheral collar of the nozzle needle body and a nozzle hole arrangement.

Es ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der das Federelement, insbesondere wenn dieses als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, sich in axialer Richtung lediglich an dem Kolbenkörper und/oder an dem Düsennadelkörper abstützt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Düsennadelkörper und/oder der Kolbenkörper fest mit dem Federelement verbunden sind/ist. Dabei kann die Verbindung form- und/oder materialschlüssig, also beispielsweise durch Verschweißen realisiert werden. Alternativ ist es denkbar, das Federelement mit dem Kolbenkörper und/oder dem Düsennadelkörper zu verkleben.It is an embodiment feasible, in which the spring element, in particular if this is designed as a helical compression spring, in the axial direction only on the piston body and / or supported on the nozzle needle body. Especially preferred is an embodiment in which the nozzle needle body and / or the piston body fixedly connected to the spring element are / is. The connection can be positive and / or material fit, So be realized for example by welding. Alternatively, it is conceivable, the spring element with the piston body and / or to glue the nozzle needle body.

Zur Realisierung einer reduzierten Steifigkeit des Federelementes ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich, dieses aus einem anderen Material, insbesondere aus einem anderen Stahl, auszubilden als den Kolbenkörper und/oder den Düsennadelkörper. Durch eine geschickte Wahl der Materialpassung kann neben einer Kostenreduktion eine optimale Verbindungstechnik resultieren, insbesondere eine verbesserte Verschweißbarkeit. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn dem Federelement selbst keine Führungsfunktion für das Einspritzventilelement zukommt, sondern die Füh rung des Einspritzventilelementes am Kolbenkörper und/oder am Düsennadelkörper erfolgt – diese Bauteile sind dann bevorzugt aus einem höherwertigen Stahl auszubilden.to Realization of a reduced stiffness of the spring element is it according to a preferred embodiment possible, this from a different material, in particular from a different steel, form than the piston body and / or the nozzle needle body. By a skillful Choice of material fit can, in addition to a cost reduction, an optimal Connection technology result, in particular an improved weldability. This is possible in particular when the spring element itself no guide function for the injection valve element belongs, but the Füh tion of the injection valve element on the piston body and / or on the nozzle needle body takes place - these components are then preferably from a form higher grade steel.

Besonders bevorzugt (best mode) ist eine Ausführungsform des Federelementes, bei der das Federelement als Federstab ausgebildet ist. Dieser befindet sich bevorzugt axial zwischen dem Kolbenkörper und dem Düsennadelkörper. Dabei hat der Federstab die Funktion einer elastischen Kopplerstange, die eine mechanische Weichheit im System darstellt. Bevorzugt hat der Federstab dabei keine eigene Vorspannung. Er wird lediglich im geschlossenen Zustand des Einspritzventilelementes durch eine Einspritzventilelementschließfederkraft geringfügig zusammengedrückt. Beim Öffnen des Einspritzventilelementes wird der Federstab mit einer erheblichen Zugkraft beaufschlagt, was hauptsächlich durch die hydraulische (ziehende) Kraft im Bereich der Düse begründet ist. Über die Wahl der Steifigkeit des Federstabes kann die Latenzzeit zwischen Ansteuerung und Einspritzung auf einfache Weise präzise eingestellt werden.Especially preferred (best mode) is an embodiment of the spring element, in which the spring element is designed as a spring bar. This is located preferably axially between the piston body and the Nozzle needle body. The spring bar has the Function of an elastic coupler rod, which gives a mechanical softness in the system. Preferably, the spring bar does not have its own Preload. He is only in the closed state of the injection valve element slightly compressed by an injection valve element closing spring force. When opening the injection valve element, the spring bar subjected to a considerable tensile force, mainly due to the hydraulic (pulling) force in the area of the nozzle is. About the choice of stiffness of the spring bar can the latency between control and injection to simple Be set precisely.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der Federstab, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise über seine gesamte Längserstreckung, einen geringeren Durchmesser aufweist als der Kolbenkörper und/oder der Düsennadelkörper.Prefers is an embodiment in which spring rod, at least in sections, preferably over its entire longitudinal extent, has a smaller diameter than the piston body and / or the nozzle needle body.

Wie eingangs erwähnt, ist es besonders bevorzugt, wenn dem Einspritzventilelement keine Niederdruckstufe, zumindest keine dauerhafte Niederdruckstufe zugeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, denn Kraftstoff-Injektor als sogenannten Top-Head-Injektor mit im Injektorkopf angeordnetem Steuerventil (Servo-Ventil) auszubilden, also ein langes Einspritzventilelement vorzusehen. Dabei beträgt die Länge des Einspritzventilelementes bevorzugt mindestens 50% der Gesamtlänge des Kraftstoff-Injektors. Idealerweise ist die Länge des Einspritzventilelementes noch größer und beträgt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, der Länge des Kraftstoff-Injektors.As mentioned above, it is particularly preferred if the Injector element no low pressure stage, at least not permanent Low pressure level is assigned. It is very particularly preferred in the process, because fuel injector as a so-called top-head injector form with arranged in the injector control valve (servo valve), ie to provide a long injection valve element. It is the length of the injection valve element preferably at least 50% of the total length of the fuel injector. Ideally the length of the injection valve element is even greater and is at least 60%, more preferably at least 70%, the length of the fuel injector.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments as well as from the drawings. These show in:

1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Injektors, bei dem ein Kopplungselement des Einspritzventilelementes, das einen Kolbenkörper und einen Düsennadelkörper miteinander wirkverbindet, als Druckfeder, hier als Schraubdruckfeder ausgebildet ist, 1 a schematic representation of a fuel injector, in which a coupling element of the injection valve element, the a Kolbenkör per and a nozzle needle body operatively connected to each other, is designed as a compression spring, here as a helical compression spring,

2: eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors, bei dem das Kopplungselement als Zugfeder ausgebildet ist und 2 An alternative embodiment of a fuel injector, wherein the coupling element is designed as a tension spring and

3: eine weitere alternative Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors, bei dem das Kopplungselement als Federstab ausgebildet ist. 3 a further alternative embodiment of a fuel injector, wherein the coupling element is designed as a spring rod.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In The figures are the same components and components with the same Function marked with the same reference numerals.

In 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen als Mini-Rail dienenden Druckraum 6 (Hochdruckbereich) des Kraftstoff-Injektors 1 und strömt von dort aus bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten zum Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor 1 ist über einen Injektorrücklaufanschluss 7 an eine Rücklaufleitung 8 angeschlossen. Diese führt zurück zum Vorratsbehälter 3. Über die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injekor 1 zum Vorratbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.In 1 is a designed as a common-rail injector fuel injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine of a motor vehicle. A high pressure pump 2 Promotes fuel from a reservoir 3 in a high-pressure fuel storage 4 (Rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored. To the high-pressure fuel storage 4 is the fuel injector 1 in addition to other, not shown injectors via a supply line 5 connected. The supply line 5 flows into a serving as a mini-rail pressure chamber 6 (High pressure area) of the fuel injector 1 and flows from there in an injection process directly in the axial direction in the plane of the drawing down to the combustion chamber of the internal combustion engine. The fuel injector 1 is via an injector return port 7 to a return line 8th connected. This leads back to the reservoir 3 , About the return line 8th may be a later to be explained control amount of fuel from the fuel Injekor 1 to the storage container 3 drain and be fed from there from the high pressure circuit again.

Innerhalb eines Injektorkörpers 9 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel mehrteiliges, später noch zu erläuterndes, Einspritzventilelement 10, in axialer Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 10 innerhalb eines axial an den Injektorkörper 9 angrenzenden Düsenkörpers 11 an seinem Außenumfang geführt. Der Düsenkörper 11 ist mittels einer Überwurfmutter 12 gegen den Injektorkörper 9 stirnseitig verspannt.Within an injector body 9 is a multipart, in this embodiment, to be explained later, injection valve element 10 , adjustable in the axial direction. In this case, the injection valve element 10 within an axial to the injector body 9 adjacent nozzle body 11 guided on its outer circumference. The nozzle body 11 is by means of a union nut 12 against the injector body 9 braced on the front side.

Das Einspritzventilelement 10 umfasst einen in der Zeichnungsebene oberen Kolbenkörper 13 und einen zwischen dem Kolbenkörper 13 und einen Nadelsitz 15 (Einspritzventilelementsitz) angeordneten Düsennadelkörper 14. An der Spitze 16 des Düsennadelkörpers 14 ist eine Schließfläche 17 (Dichtfläche) vorgesehen, mit welcher das Einspritzventilelement 10, genauer der Düsennadelkörper 14, in eine dichte Anlage an den am Düsenkörper 11 ausgebildeten Nadelsitz 15 bringbar ist.The injection valve element 10 includes a piston upper body in the plane of the drawing 13 and one between the piston body 13 and a needle seat 15 (Injector element seat) arranged nozzle needle body 14 , At the top 16 of the nozzle needle body 14 is a closing area 17 (Sealing surface) is provided, with which the injection valve element 10 , more precisely, the nozzle needle body 14 , in a dense system to the nozzle body 11 trained needle seat 15 can be brought.

Wenn das Einspritzventilelement 10 an seinem Nadelsitz 15 anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 21 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Nadelsitz 15 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch in einem Führungsabschnitt 18 über am Außenumfang des Düsennadelkörpers 14 durch Anschliffe gebildete Axialkanäle 19 in einen in der Zeichnungsebene unteren, radial zwischen dem Düsennadelkörper 14 und dem Düsenkörper 11 ausgebildeten Ringraum 20 an dem Nadelsitz 15 vorbei zur Düsenlochanordnung 21 strömen und dort im Wesentlichen unter dem Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt werden.When the injection valve element 10 at his needle seat 15 is applied, that is, is in a closed position, the fuel outlet from a nozzle hole arrangement 21 blocked. Is it from his needle seat 15 lifted off, can fuel from the pressure chamber 6 through in a guide section 18 over on the outer circumference of the nozzle needle body 14 formed by polished axial channels 19 in a lower plane in the drawing, radially between the nozzle needle body 14 and the nozzle body 11 trained annulus 20 at the needle seat 15 over to the nozzle hole arrangement 21 flow and there are essentially injected under the high pressure (rail pressure) standing in the combustion chamber.

Von einer oberen Stirnseite 22 des Einspritzventilelementes 10, genauer des Kolbenkörpers 13, und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 23 eines Ventilkörpers 24 (Plattenelement) wird eine Steuerkammer 25 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 23 des Ventilkörpers 24 verlaufende Zulaufdrossel 26 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 23 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 25 ist radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, so dass ein ringförmiger Führungsspalt 27 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 23 und dem Kolbenkörper 13 vergleichsweise kraftstoffdicht ist.From an upper front side 22 the injection valve element 10 , more precisely, the piston body 13 , and a lower, sleeve-shaped section in the plane of the drawing 23 a valve body 24 (Plate element) becomes a control chamber 25 bounded over a radially in the sleeve-shaped portion 23 of the valve body 24 running inlet throttle 26 with high-pressure fuel from the pressure chamber 6 is supplied. The sleeve-shaped section 23 with enclosed control chamber 25 is radially outwardly surrounded by fuel under high pressure, so that an annular guide gap 27 radially between the sleeve-shaped portion 23 and the piston body 13 is comparatively fuel-tight.

Die Steuerkammer 25 ist über eine in dem Ventilkörper 24 angeordnete Ablaufdrossel 28 mit einer Ventilkammer 29 verbunden, die radial außen von einem in axialer Richtung verstellbaren, als Ventilhülse ausgebildeten, Steuerventilelement 30 eines im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 31 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus dieser kann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 32 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 strömen, wenn das Steuerventilelement 30, das einstückig mit einer Ankerplatte 33 ausgebildet ist, von seinem am Ventilkörper 24 ausgebildeten Steuerventilsitz 34 abgehoben, d. h. das Steuerventil 31 geöffnet ist.The control chamber 25 is about one in the valve body 24 arranged outlet throttle 28 with a valve chamber 29 connected, the radially outwardly of an adjustable in the axial direction, designed as a valve sleeve, control valve element 30 a pressure balanced in the axial direction in the closed state control valve 31 (Servo valve) is limited. From this, fuel can enter a low pressure area 32 of the fuel injector 1 and from there to the injector return port 7 flow when the control valve element 30 , which is integral with an anchor plate 33 is formed by his on the valve body 24 trained control valve seat 34 lifted, ie the control valve 31 is open.

Zum Verstellen des Steuerventilelementes 30 in der Zeichnungsebene nach oben ist ein elektromagnetischer Aktuator 35 mit einem Elektromagneten 36 vorgesehen, der mit der Ankerplatte 33 zusammenwirkt und in der Folge auch mit dem einstückig mit dieser ausgebildeten Steuerventilelement 30. Bei Bestromung des Aktuators 35 hebt das Steuerventilelement 30 von seinem am Ventilkörper 24 angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 34 ab. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 26 und der Ablaufdrossel 28 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 31 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 25 über die Ventilkammer 29 in den Niederdruckbereich 32 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus über den Injektorrücklaufanschluss 7 und die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 strömt. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 25 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 10 von seinem Nadelsitz 15 abhebt, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die Düsenlochanordnung in den Brennraum ausströmen kann.For adjusting the control valve element 30 in the drawing plane upwards is an electromagnetic actuator 35 with an electromagnet 36 provided with the anchor plate 33 cooperates and subsequently with the integrally formed with this control valve element 30 , When energizing the actuator 35 raises the tax erventilelement 30 from his on the valve body 24 arranged, designed in this embodiment as a flat seat control valve seat 34 from. The flow cross sections of the inlet throttle 26 and the outlet throttle 28 are matched to one another in such a way that when the control valve is open 31 a net outflow of fuel (tax amount) from the control chamber 25 over the valve chamber 29 in the low pressure area 32 of the fuel injector 1 and from there via the injector return port 7 and the return line 8th in the reservoir 3 flows. This reduces the pressure in the control chamber 25 rapidly, causing the injection valve element 10 from his needle seat 15 lifts off, leaving fuel from the pressure chamber 6 can flow through the nozzle hole arrangement in the combustion chamber.

Die axiale Verstellbewegung des Einspritzventilelementes 10 wird begrenzt von einem axialen Anschlag 37, an dem das Einspritzventilelement 10 am Ende seiner Öffnungsbewegung anschlägt. Hierzu weist der Kolbenkörper 13 auf seiner Stirnseite einen zylindrischen Anschlagfortsatz 38 auf.The axial adjustment movement of the injection valve element 10 is limited by an axial stop 37 to which the injection valve element 10 at the end of its opening movement strikes. For this purpose, the piston body 13 on its front side a cylindrical stop extension 38 on.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 35 unterbrochen, wodurch das Steuerventilelement 30 mittels einer Steuerfeder 39, die sich auf der Ankerplatte 33 abstützt, in der Zeichnungsebene nach unten auf seinen Steuerventilsitz 34 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 26 in die Steuerkammer 25 nachströmende Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung in der Steuerkammer 25 und damit für eine auf das Einspritzventilelement 10 wirkende Schließkraft. Zur Beschleunigung des Schließvorgangs ist eine Fülldrossel 40 vorgesehen, die den Druckraum 6 dauerhaft mit der Ventilkammer 29 verbindet. Über diese strömt Kraftstoff über die Ventilkammer 29 und die Ablaufdrossel 28 bei geschlossenem Steuerventil 31 in die Steuerkammer 25 nach. Die aus der hydraulischen Schließkraft resultierende Schließbewegung des Einspritzventilelementes 10 wird von einer Schließfeder 45 unterstützt, die sich einenends an einem Umfangsbund 46 des Einspritzventilelementes 10, genauer des Kolbenkörpers 13 und anderenends an einer unteren, ringförmigen Stirnseite 47 des hülsenförmigen Abschnittes 23 des Ventilkörpers 24 abstützt.To stop the injection process, the energization of the electromagnetic actuator 35 interrupted, causing the control valve element 30 by means of a control spring 39 that are on the anchor plate 33 supported, in the drawing plane down to its control valve seat 34 is adjusted. The through the inlet throttle 26 in the control chamber 25 inflowing fuel ensures a rapid pressure increase in the control chamber 25 and thus for one on the injection valve element 10 acting closing force. To accelerate the closing process is a filling throttle 40 provided the pressure room 6 permanently with the valve chamber 29 combines. Through this fuel flows through the valve chamber 29 and the outlet throttle 28 with closed control valve 31 in the control chamber 25 to. The resulting from the hydraulic closing force closing movement of the injection valve element 10 is from a closing spring 45 supported, which at one end at a peripheral federation 46 the injection valve element 10 , more precisely, the piston body 13 and at the other end at a lower, annular end face 47 of the sleeve-shaped section 23 of the valve body 24 supported.

An einer Deckelplatte 41 des Kraftstoff-Injektors 1 stützt sich in axialer Richtung ein Druckstift 42 ab, der als ein von dem Ventilkörper 24 separates Bauteil ausgebildet ist und der die Aufgabe hat, die Ventilkammer 29 in axialer Richtung nach oben abzudichten. Hierzu ragt der Druckstift 42 in axialer Richtung in den im Steuerventilelement 30 ausgebildeten Durchgang 43 hinein. Eine Umfangschulter 44 des Druckstiftes 42 dient zum axialen Abstützen der Steuerfeder 39.On a cover plate 41 of the fuel injector 1 is supported in the axial direction of a pressure pin 42 starting as one of the valve body 24 Separate component is formed and has the task, the valve chamber 29 seal in the axial direction upwards. For this purpose, the pressure pin protrudes 42 in the axial direction in the control valve element 30 trained passage 43 into it. A perimeter shoulder 44 of the pressure pin 42 serves for axial support of the control spring 39 ,

Wie sich aus 1 ergibt, ist der Düsennadelkörper 14 abschnittsweise in einem unteren Hohlzylinderabschnitt 48 des Kolbenkörpers 13 aufgenommen. Im Bereich des in der Zeichnungsebene unteren Endes des Hohlzylinderabschnitts 48 des Kolbenkörpers 13 ist in einer inneren Umfangsnut eine Ringscheibe 49 aufgenommen, die als axiale Stützfläche für ein als Schraubendruckfeder ausgebildetes Federelement 50 dient. Mit seinem in der Zeichnungsebene oberen Ende stützt sich das Federelement 50 an einem am Düsennadelkörper 14 festgelegten Sprengring 51 ab. Das Federelement 50 stellt eine mechanische Weichheit des Einspritzventilelementes 10 (Verbundbauteil) dar. Das radial zwischen dem Düsennadelkörper 14 und der Umfangswand 52 des Hohlzylinderabschnittes 48 aufgenommene Federelement 50 sorgt dafür, dass der Düsennadelkörper 14 mit seiner Schließfläche 17 noch eine (minimale) Zeit lang an dem Nadelsitz 15 dichtend anliegt, wenn sich der axial darüber befindliche Kolbenkörper 13 bereits in einer Öffnungsbewegung befindet. Das Federelement 50 verringert die Steifigkeit des Gesamtsystems Einspritzventilelement 10 derart, dass der Düsennadelkörper 14 zu dem Zeitpunkt, an dem das Steuerventilelement 30 bereits an seinem am Druckstift 42 ausgebildeten axialen Hubanschlag 53 anliegt, noch am Nadelsitz 15 dichtend anliegt. Erst unmittelbar danach wird die Trägheit des Systems überwunden und das als Schraubendruckfeder ausgebildete Federelement 50 (Kopplungselement) bewegt den Düsennadelkörper 14 in axialer Richtung dem Kolbenkörper 13 hinterher, bis dass der Düsennadelkörper 14 mit seiner in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 54 an der Deckenfläche 55 des Hohlzylinderabschnitts 48 anschlägt.As it turned out 1 gives, is the nozzle needle body 14 in sections in a lower hollow cylinder section 48 of the piston body 13 added. In the area of the lower end of the hollow cylinder section in the plane of the drawing 48 of the piston body 13 is an annular disc in an inner circumferential groove 49 recorded, as the axial support surface for a trained as a helical compression spring spring element 50 serves. With its in the drawing plane upper end, the spring element is supported 50 at one on the nozzle needle body 14 specified snap ring 51 from. The spring element 50 provides a mechanical softness of the injection valve element 10 (Composite component). The radially between the nozzle needle body 14 and the peripheral wall 52 of the hollow cylinder section 48 recorded spring element 50 ensures that the nozzle needle body 14 with its closing surface 17 for a (minimum) time at the needle seat 15 sealingly abuts when the axially overlying piston body 13 already in an opening movement. The spring element 50 reduces the rigidity of the overall system injection valve element 10 such that the nozzle needle body 14 at the time when the control valve element 30 already at his on the pressure pin 42 trained axial stroke stop 53 is still present at the needle seat 15 sealingly rests. Immediately thereafter, the inertia of the system is overcome and designed as a helical compression spring spring element 50 (Coupling element) moves the nozzle needle body 14 in the axial direction of the piston body 13 afterwards, until that the nozzle needle body 14 with its upper side in the drawing plane 54 on the ceiling surface 55 of the hollow cylinder section 48 strikes.

Im Folgenden werden alternative Ausführungsbeispiele von Kraftstoff-Injektoren 1 anhand der 2 und 3 beschrieben. Dabei entspricht der Aufbau der gezeigten Kraftstoff-Injektoren 1 im Wesentlichen dem in 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Aufbau. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden daher im Folgenden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Kraftstoff-Injektor 1 beschrieben. Im Hinblick auf die aus den Figuren ersichtlichen Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung sowie auf 1 verwiesen.The following are alternative embodiments of fuel injectors 1 based on 2 and 3 described. The structure of the fuel injectors shown corresponds 1 essentially the in 1 shown and previously described construction. In order to avoid repetition, therefore, only the differences from those described in FIG 1 shown and previously described fuel injector 1 described. With regard to the similarities apparent from the figures, reference is made to the preceding description of the figures as well 1 directed.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Federelement 50 (Kopplungselement), das den Kolbenkörper 13 und den Düsennadelkörper 14 miteinander verbindet, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 als hülsenförmige Zugfeder (hier Rohrfeder) ausgebildet. Das Federelement 50 zieht einenends an einem am Außenumfang des Kolbenkörpers 13 festgelegten Sprengring 56 und anderenends an einem am Düsennadelkörper 14 festgelegten Sprengring 57. Anders ausgedrückt werden die Sprengringe 56, 57 von dem Federelement 50 in radialer Richtung nach innen hintergriffen und axial aufeinander zu kraftbeaufschlagt. Die Wirkung des in 2 gezeigten, als Zugfeder ausgebildeten Federelementes 50 ist im Wesentlichen identisch mit der Wirkung des Federelementes 50 gemäß 1. Das Federelement 50 dient zum Verlängern der Latenzzeit zwischen der Ansteuerung des Steuerventils 31 und dem Öffnungszeitpunkt, an dem der Düsennadelkörper 14 vom Düsennadelsitz 15 abhebt. Zu erkennen ist, dass sowohl der Düsennadelkörper 14 als auch der Kolbenkörper 13 im Wesentlichen stangenförmig ausgebildet sind. Der Kolbenkörper 13 weist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 keinen Hohlzylinderabschnitt 48 auf. Der Kolbenkörper 13 liegt mit seiner unteren Stirnseite an der oberen Stirnseite des Düsennadelkörpers 14 an.In contrast to the embodiment according to 1 is the spring element 50 (Coupling element), which is the piston body 13 and the nozzle needle body 14 interconnects, in the embodiment according to 2 formed as a sleeve-shaped tension spring (here tube spring). The spring element 50 pulls one end at one on the outer circumference of the piston body 13 specified snap ring 56 and at the other end to one on the nozzle needle body 14 specified snap ring 57 , In other words, the snap rings 56 . 57 from the spring ment 50 Engrossed inwardly in the radial direction and subjected to force on each other axially. The effect of in 2 shown, designed as a tension spring spring element 50 is essentially identical to the action of the spring element 50 according to 1 , The spring element 50 serves to extend the latency between the control of the control valve 31 and the opening timing at which the nozzle needle body 14 from the nozzle needle seat 15 takes off. It can be seen that both the nozzle needle body 14 as well as the piston body 13 are formed substantially rod-shaped. The piston body 13 has in contrast to the embodiment according to 1 no hollow cylinder section 48 on. The piston body 13 lies with its lower end face on the upper end side of the nozzle needle body 14 at.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird die Steifigkeit des Systems des Einspritsventilelementes 10 durch das Vorsehen eines als Federstab ausgebildeten Federelementes 50 reduziert. Das als Federstab ausgebildete Federelement 50 befindet sich in einem Bereich axial zwischen dem Düsennadelkörper 14 und dem Kolbenkörper 13, so dass diese beiden Bauteile zu keinem Zeitpunkt unmittelbar aneinander anliegen, wie dies im Gegensatz dazu bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 der Fall ist. Das als Federstab ausgebildete Federelement 50 ist in stirnseitigen Vertiefungen 58, 59 des Kolbenkörpers 13 bzw. des Düsennadelkörpers 14, beispielsweise durch Verschweißen, festgelegt. Das als Federstab ausgebildete Federelement 50 hat keine eigene Vorspannung und wird bei geschlossenem Einspritzventilelement 10 durch die Schließkraft der Schließfeder 45 geringfügig elastisch komprimiert. Während der Öffnungsbewegung wird das als Federstab ausgebildete Federelement 50 erheblich auf Zug beansprucht. Zur Realisierung einer minimierten Steifigkeit weist das Federelement 50 einen geringeren Durchmesser auf als der Kolbenkörper 13 und der Düsennadelkörper 14. Zudem ist das Federelement 50 aus einem anderen Stahl ausgebildet als der Kolbenkörper 13 und der Düsennadelkörper 14.In the embodiment according to 3 the stiffness of the system of Einspritsventilelementes 10 by the provision of a spring element designed as a spring bar 50 reduced. The spring element designed as a spring bar 50 is located in a region axially between the nozzle needle body 14 and the piston body 13 so that these two components at no time abut each other directly, as opposed to in the embodiments according to the 1 and 2 the case is. The spring element designed as a spring bar 50 is in frontal depressions 58 . 59 of the piston body 13 or of the nozzle needle body 14 , For example, by welding, set. The spring element designed as a spring bar 50 has no own bias and is with the injector element closed 10 by the closing force of the closing spring 45 compressed slightly elastically. During the opening movement is designed as a spring bar spring element 50 significantly stressed on train. To realize a minimized rigidity, the spring element 50 a smaller diameter than the piston body 13 and the nozzle needle body 14 , In addition, the spring element 50 made of a different steel than the piston body 13 and the nozzle needle body 14 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006029393 A1 [0003]

Claims

Fuel injector, in particular common-rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, having a multipart injection valve element which can be adjusted between a closed position and an open position (US Pat. 10 ), comprising a piston body ( 13 ) and one in the closed position on a needle seat ( 15 ) sealingly and at an opening time of the needle seat ( 15 ) lifting nozzle needle body ( 14 ) connected to the piston body ( 13 ) is operatively connected to one another via a coupling element, characterized in that the coupling element as a spring element retarding the opening time ( 50 ) is trained.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the spring element ( 50 ) is designed and arranged such that a control valve element ( 30 ) of a control valve ( 31 ) already at its stroke stop ( 53 ) is applied before the nozzle needle body ( 14 ) from its needle seat ( 15 ) takes off.

Fuel injector according to one of claims 1 or 2, characterized in that spring element ( 50 ) has a lower rigidity than the nozzle needle body ( 14 ) and / or the piston body ( 13 ).

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 50 ) as, in particular designed as a tubular spring, tension spring or is designed as a compression spring.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 50 ) positive and / or material fit and / or by gluing with the piston body ( 13 ) and / or the nozzle needle body ( 14 ) connected is.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 50 ) is formed of a different material, in particular of a different steel, than the piston body ( 13 ) and / or the nozzle needle body ( 14 ).

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 50 ) is designed as a spring bar.

Fuel injector according to claim 7, characterized in that the spring bar, at least in sections, has a smaller diameter than the piston body ( 13 ) and / or the nozzle needle body ( 14 ).

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the injection valve element ( 10 ) no low pressure level is assigned.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the injection valve element ( 10 ) at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 70% of the length of the fuel injector ( 1 ) corresponds.