DE102010030344A1

DE102010030344A1 - Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, sowie Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Injektor

Info

Publication number: DE102010030344A1
Application number: DE201010030344
Authority: DE
Inventors: Armin Schuelke; Olaf Ohlhafer; Hubert Greif
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-22
Also published as: WO2011160991A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (10; 50), insbesondere Common-Rail-Injektor, für eine Brennkraftmaschine, mit einer einen Dichtabschnitt (30; 52) aufweisenden Ventilnadel (20; 51), die in einem Düsenkörper (11; 54) auf- und abbeweglich angeordnet ist, wobei der Düsenkörper (11; 54) wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Spritzöffnungen (19; 19a) aufweist, die in einer Schließstellung der Ventilnadel (11; 54) gegenüber einem Druckraum (23; 23a) im Düsenkörper (11; 54) abgedichtet und in einer Öffnungsstellung der Ventilnadel (20; 51) mit dem Druckraum (23; 23a) verbunden ist, wobei der Dichtabschnitt (30; 52) in der Schließstellung der Ventilnadel (20; 51) zumindest im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) eine flächige Anlage an dem Düsenkörper (11; 54) ausbildet und den Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) dadurch abdichtet, und wobei eine Verbindung zwischen dem Druckraum (23; 23a) und einem im Düsenkörper (11; 54) am Grund des Düsenkörpers (11; 54) ausgebildetem Sackloch (16; 16a) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Verbindung als wenigstens eine Nut (31; 56) ausgebildet ist, die an der Mantelfläche zumindest des Dichtabschnitts (30) der Ventilnadel (20) bzw. an der Wand des Düsenkörpers (54) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Injektor.
Ein derartiger Injektor ist bereits aus der DE 27 10 217 A1 der Anmelderin bekannt. Hierbei wird durch einen kegelförmigen Dichtsitzbereich, der durch jeweils eine gleiche Steigung aufweisende Wandabschnitte einer Ventilnadel und eines Düsenkörpers erzeugt wird, wenigstens eine Spritzöffnung des Düsenkörpers in einer Schließstellung der Ventilnadel abgedichtet. Weiterhin ist eine Verbindung zwischen einem unter Hochdruck stehenden Druckraum im Düsenkörper und einem Sackloch, das sich unterhalb der Spritzöffnungen im Düsenkörper befindet, ausgebildet. Die Verbindung wird hierbei durch zwei Bohrungen erzeugt, die in der Ventilnadel ausgebildet sind, wobei die eine Bohrung als Längsbohrung in der Längsachse der Ventilnadel und die andere Bohrung als in die Längsbohrung mündende Querbohrung ausgebildet ist.
Aus der EP 1 546 547 B1 der Anmelderin ist weiterhin ein Injektor bekannt, dessen Ventilnadel oder Düsenkörper im Bereich der Spritzöffnungen Längsnuten aufweist, die unterhalb eines linienförmigen Dichtsitzes in einer ringförmig umlaufenden Ringnut münden. Eine Verbindung des Sackloches mit dem Druckraum bei geschlossener Ventilnadel ist jedoch nicht offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dessen Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Sackloch insbesondere in der Schließstellung der Ventilnadel optimiert wird. Diese Aufgabe wird bei einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei werden durch die Ausbildung der Verbindung als wenigstens eine Nut, die an der Mantelfläche zumindest des Dichtabschnitts der Ventilnadel bzw. an der Wand des Düsenkörpers angeordnet ist, die Strömungseigenschaften am Injektor optimiert, so dass beim Schließen der Ventilnadel, d. h. beim Ausbilden des Dichtsitzes das bereits unter dem Druck des Druckraumes stehende, und durch die Schließbewegung weiter komprimierte Druckmittel sehr rasch in den Druckraum strömen kann bzw. sehr rasch ein Druckausgleich zwischen dem Sackloch und dem Druckraum stattfindet. Dadurch wird die Schließbewegung der Ventilnadel in positiver Weise beschleunigt. Darüber hinaus liegt zum Öffnen der Ventilnadel im Sackloch bereits der in Richtung der Öffnungsbewegung wirkende Druck des Druckraums an, so dass die Öffnungskräfte für die Ventilnadel relativ gering sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Nut als Längsnut ausgebildet ist. Dadurch wird der Strömungsweg für das Druckmittel zwischen der Sacklochbohrung und dem Druckraum minimiert bzw. es werden die Strömungsverluste dadurch reduziert.
Besonders bevorzugt ist weiterhin, dass mehrere Spritzöffnungen und mehrere Nuten vorgesehen sind, dass die mehreren Spritzöffnungen und mehreren Nuten in jeweils gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und, dass eine Nut jeweils zumindest im Wesentlichen mittig zwischen zwei Spritzöffnungen angeordnet ist. Dadurch werden insbesondere symmetrische Abspritzbedingungen im Injektor erzielt und Radialkräfte, insbesondere auf die Ventilnadel, verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einer Ausbildung der wenigstens einen Nut an dem Dichtabschnitt der Ventilnadel die Ventilnadel in ihrer Längsachse drehfest angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Nut nicht in Überdeckung mit der jeweiligen Spritzöffnung gelangt, so dass der in der Schließstellung der Ventilnadel der Austritt von Kraftstoff aus der Spritzöffnung sicher verhindert wird.
Zur Reduzierung der Strömungsverluste ist es darüber hinaus vorteilhafterweise vorgesehen, dass die wenigstens eine Nut im Querschnitt gerundet, insbesondere in Form eines Halbkreises, ausgebildet ist.
Besonders einfach bzw. fertigungstechnisch vorteilhaft lässt sich der Dichtsitz im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung ausbilden, wenn der der Ventilnadel zugewandte Wandbereich des Düsenkörpers im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung kegelförmig ausgebildet ist und, wenn der Dichtabschnitt der Ventilnadel im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung ebenfalls kegelförmig mit derselben Steigung ausgebildet ist. Dadurch sind diese Flächen insbesondere durch Schleifen sehr genau herstellbar und paarweise zueinander fügbar, so dass eine hohe Dichtwirkung erzielt wird.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine Ausbildungsform, bei der die wenigstens eine Nut durch ein spanloses Fertigungsverfahren, insbesondere ein Prägeverfahren, erzeugt ist. Dadurch lassen sich insbesondere die angesprochenen Schleifvorgänge an der Ventilnadel bzw. in den Düsenkörper relativ einfach ausführen.
Die Erfindung umfasst auch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Injektor. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem erreicht durch die hohe Dichtwirkung seiner Injektoren und deren Möglichkeit, Schließbewegungen besonders exakt und schnell umzusetzen, sehr gute Abgaswerte.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 den einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeordneten, unteren Teil eines erfindungsgemäßen ersten Injektors in einer Schließstellung im Längsschnitt,
2 den Injektor gemäß 1 in einer Öffnungsstellung ebenfalls im Längsschnitt,
3 den unteren Bereich eines zweiten erfindungsgemäßen Injektors in einer Öffnungsstellung im Längsschnitt und
4 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Prägestempels zum Ausbilden von Nuten in der Wand eines Düsenkörpers.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit identischen Bezugsziffern versehen.
In den 1 und 2 ist ein erster erfindungsgemäßer Injektor 10 dargestellt. Der Injektor 10 ist hierbei insbesondere Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems, bei der mehrere, gleichartige Injektoren, die jeweils einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind, mit einem gemeinsamen Rail verbunden sind, über das die einzelnen Injektoren mit unter Druck, insbesondere unter Systemdruck, stehendem Kraftstoff versorgt werden. Da der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Injektors 10 bzw. eines derartigen Common-Rail-Einspritzsystems bereits allgemein bekannt und für die Erfindung nicht wesentlich ist, wird im Folgenden der Injektor 10 lediglich im erfindungswesentlichen Bereich auf seiner dem Brennraum zugewandten Seite beschrieben.
Der Injektor 10 weist einen Düsenkörper 11 auf, dessen in den 1 und 2 dargestellter Bereich einen zylindrischen Bohrungsabschnitt 12 aufweist, der über einen Übergangsbereich 13 in einen ersten, kegelförmigen Bohrungsabschnitt 14 übergeht. An den ersten Bohrungsabschnitt 14 schließt sich ein zweiter Bohrungsabschnitt 15 in Form einer kegelförmigen Sacklochbohrung 16 an, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel deren Steigungswinkel α1, bezogen auf die Längsachse 17 des Düsenkörpers 11 geringer ist als der Winkel α2 des ersten Bohrungsabschnitts 14. An dem dem zweiten Bohrungsabschnitt 15 zugewandten Ende des ersten Bohrungsabschnitts 14 sind mehrere, insbesondere in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnete, in einem geringen Winkel gegen die Horizontale geneigt angeordnete Spritzöffnungen 19 in Form von Durchgangsbohrungen ausgebildet. Die Spritzöffnungen 19 münden dabei im eingebauten Zustand des Injektors 10 im Brennraum der (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine und dienen zum Einspritzen der gewünschten Kraftstoffmenge in den Brennraum.
Die Spritzöffnungen 19 sind mittels einer Ventilnadel 20 verschließbar. Die stiftförmige, in Richtung des Doppelpfeils 21 auf- und abbewegbare Ventilnadel 20 wird hierbei entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Schließfeder und entgegen der anliegenden hydraulischen Kräfte von einer Magnetankeranordnung oder aber von einer Piezoanordnung in an sich bekannter Art und Weise angesteuert, so dass im unbestromten Zustand der Magnetankeranordnung bzw. der Piezoanordnung, d. h. in der Schließstellung der Ventilnadel 20, entsprechend der 2 die Spritzöffnungen 19 von der Ventilnadel 20 verschlossen sind, während in der in der 2 dargestellten Öffnungsstellung der Ventilnadel 20 ein Durchgang insbesondere vom zylindrischen Bohrungsabschnitt 12, welcher einen Druckraum 23 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff ausbildet, und den Spritzöffnungen 19 ausgebildet ist.
Die Ventilnadel 20 weist einen oberen, zylindrischen Abschnitt 24 auf, der in einen ersten, kegelstumpfförmigen Abschnitt 25 übergeht, dessen Steigung im Ausführungsbeispiel der Steigung α2 des ersten Bohrungsabschnitts 14 entspricht. An den ersten kegelstumpfförmigen Abschnitt 25 schließt sich ein relativ kurzer zylindrischer Abschnitt 26 an, und an diesen wiederum ein zweiter kegelstumpfförmiger Abschnitt 27, ebenfalls beispielhaft mit einem Kegelwinkel α2. Dadurch, dass die beiden Kegelwinkel α2 des ersten Bohrungsabschnitts 14 des Düsenkörpers 11 und des zweiten kegelstumpfförmigen Abschnitts 27 der Ventilnadel 20 gleich groß sind, wird in der in der 1 dargestellten Schließstellung der Ventilnadel 20 ein flächiger Dichtabschnitt 30 an der Ventilnadel 20 ausgebildet, der die Spritzöffnungen 19 abdichtet. Erfindungswesentlich ist, dass in der in der 1 dargestellten Schließstellung der Ventilnadel 20 der Bereich der Sacklochbohrung 16 unterhalb der Ventilnadel 20 mit dem Bereich oberhalb der Spritzöffnungen 19, d. h. insbesondere der zylindrische Bohrungsabschnitt 12 bzw. der Druckraum 23 verbunden ist. Hierzu dienen mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete, in Längsrichtung der Ventilnadel 20 angeordnete Längsnuten 31. Der Querschnitt der Längsnuten 31 ist hierbei insbesondere gerundet, vorzugsweise in Form eines Halbkreises, ausgebildet.
Die Anordnung der Längsnuten 31 ist dabei derart, dass in der in der 1 dargestellten Schließstellung der Ventilnadel 20 sich eine Längsnut 31 jeweils zumindest im Wesentlichen mittig zwischen zwei Spritzöffnungen 19 befindet, so dass die Dichtflächen des Dichtabschnitts 30 im Bereich der Spritzöffnungen 19 jeweils gleich groß ausgebildet sind.
Wesentlich ist auch, dass die Ventilnadel 20 in dem Düsenkörper 11 in der Längsachse 17 drehfest angeordnet ist, damit vermieden wird, dass eine bzw. mehrere Längsnuten 31 in Überdeckung mit den Spritzöffnungen 19 gelangen und der Injektor 10 in der Schließstellung der Ventilnadel 20 somit undicht wird. Hierzu dienen nicht dargestellte, an sich bekannte Mittel, zum Beispiel in Form von Führungen o. ä.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Injektors 10 sind die Längsnuten 31 an der gesamten Mantelfläche des zweiten kegelförmigen Abschnitts 27 sowie an einem Teil des zylindrischen Abschnitts 24 der Ventilnadel 20 ausgebildet. Die Unterseite 32 der Ventilnadel 20 ist beispielhaft und daher nicht einschränkend im Wesentlichen horizontal bzw. leicht ballig ausgebildet.
Bei dem in der 3 dargestellten, abgewandelten erfindungsgemäßen Injektor 50 weist dessen Ventilnadel 51 einen kegelförmigen Dichtabschnitt 52 auf, der zur Abdichtung der Spritzöffnungen 19a dient, sowie ein relativ spitz ausgebildetes unteres Ende 53. Die Ventilnadel 51 kann im Gegensatz zur Ventilnadel 20 in ihrer Längsachse drehbeweglich angeordnet sein. Der Düsenkörper 54 weist im Bereich der Spritzöffnungen 19a einen geneigt ausgebildeten Dichtbereich 55 in der Wand des Düsenkörpers 54 auf, dessen Neigung an die Neigung des Dichtabschnitts 52 der Ventilnadel 51 angepasst ist. In der Wand des Düsenkörpers 54 sind zwischen den Spritzöffnungen 19a Längsnuten 56 bevorzugt in gleichen Winkelabständen ausgebildet, die den Druckraum 23a mit dem Bereich der Sacklochbohrung 16a verbinden. Derartige Längsnuten 56 können mittels eines in der 4 dargestellten Prägewerkzeugs 58 spanlos hergestellt werden, wobei das Prägewerkzeug 58 in seinem kegelförmigen Bereich 59 der Ausbildung der Längsnuten 56 dienende Längserhebungen 60 aufweist. Die Längsnuten 56 werden bei der Verwendung eines Prägewerkzeugs 58 durch das Prägewerkzeug 58 dadurch ausgebildet, dass letzteres in den Düsenkörper 54 eingeführt und mit einer derartigen Axialkraft beaufschlagt wird, dass sich die Längserhebungen 60 in der Wand des Düsenkörpers 54 einprägen.
Die soweit beschriebenen Injektoren 10 und 50 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es auch vorgesehen sein, dass die Längsnuten 56, 31 sowohl in der Ventilnadel 20 als auch im Dichtbereich 55 des Düsenkörpers 54 ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2710217 A1 [0002]
EP 1546547 B1 [0003]

Claims

Injektor (10; 50), insbesondere Common-Rail-Injektor, für eine Brennkraftmaschine, mit einer einen Dichtabschnitt (30; 52) aufweisenden Ventilnadel (20; 51), die in einem Düsenkörper (11; 54) auf- und abbeweglich angeordnet ist, wobei der Düsenkörper (11; 54) wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Spritzöffnungen (19; 19a) aufweist, die in einer Schließstellung der Ventilnadel (11; 54) gegenüber einem Druckraum (23; 23a) im Düsenkörper (11; 54) abgedichtet und in einer Öffnungsstellung der Ventilnadel (20; 51) mit dem Druckraum (23; 23a) verbunden ist, wobei der Dichtabschnitt (30; 52) in der Schließstellung der Ventilnadel (20; 51) zumindest im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) eine flächige Anlage an dem Düsenkörper (11; 54) ausbildet und den Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) dadurch abdichtet, und wobei eine Verbindung zwischen dem Druckraum (23; 23a) und einem im Düsenkörper (11; 54) am Grund des Düsenkörpers (11; 54) ausgebildeten Sackloch (16; 16a) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung als wenigstens eine Nut (31; 56) ausgebildet ist, die an der Mantelfläche des Dichtabschnitts (30) der Ventilnadel (20) und/oder an der Wand des Düsenkörpers (54) ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (31; 56) als Längsnut ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spritzöffnungen (19; 19a) und mehrere Nuten (31; 56) vorgesehen sind, dass die mehreren Spritzöffnungen (19; 19a) und mehreren Nuten (31; 56) in jeweils gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und, dass eine Nut (31; 56) jeweils zumindest im Wesentlichen mittig zwischen zwei Spritzöffnungen (19; 19a) angeordnet ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (20) in ihrer Längsachse (17) drehfest angeordnet ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (31; 56) im Querschnitt gerundet, insbesondere in Form eines Halbkreises, ausgebildet ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilnadel (20; 51) zugewandte Wandbereich des Düsenkörpers (11; 54) im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) kegelförmig ausgebildet ist und, dass der Dichtabschnitt (30; 52) der Ventilnadel (20; 51) im Bereich der wenigstens einen Spritzöffnung (19; 19a) ebenfalls kegelförmig mit derselben Steigung ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (20) auf der der Sacklochbohrung (16) abgewandten Seite im Bereich des kegelförmigen Wandbereichs des Düsenkörpers (11) einen zweiten Abschnitt (25) aufweist, der zwischen der Ventilnadel (20) und der Wand des Düsenkörpers (11) einen ringförmigen Abschnitt des Druckraums (23) ausbildet
Injektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Nut (31) bis in den Bereich des zweiten Abschnitts (25) erstreckt.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (56) durch ein spanloses Fertigverfahren, insbesondere ein Prägeverfahren, erzeugbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Injektor (10; 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.