DE102010040309A1 - Fuel injector - Google Patents
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen Düsenkörper (5), der an einem Ende (23) zumindest eine Düsenöffnung (24) aufweist. Ferner ist eine Düsennadel (10) vorgesehen, die in dem Düsenkörper (5) geführt ist. Außerdem ist ein Magnetaktor (30) vorgesehen, der zum Betätigen der Düsennadel (10) dient. Ferner ist ein Druckausgleichsstift (17) vorgesehen, der in einer axialen Bohrung (15) der Düsennadel (10) geführt ist, wobei die Düsennadel (10) mit dem Düsenkörper (5) zu einem ersten Dichtsitz (21) zusammen wirkt, wobei durch eine Betätigung der Düsennadel (10) mittels des Aktors (30) ein Öffnen des ersten Dichtsitzes (21) ermöglicht ist und wobei bei geöffnetem ersten Dichtsitz (21) eine Einspritzung durch die Düsenöffnung (24) ermöglicht ist.A fuel injection valve (1), which serves in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, comprises a nozzle body (5) which has at least one nozzle opening (24) at one end (23). Furthermore, a nozzle needle (10) is provided, which is guided in the nozzle body (5). In addition, a magnetic actuator (30) is provided, which serves for actuating the nozzle needle (10). Further, a pressure equalization pin (17) is provided, which is guided in an axial bore (15) of the nozzle needle (10), wherein the nozzle needle (10) with the nozzle body (5) to a first sealing seat (21) cooperates, wherein by a Actuation of the nozzle needle (10) by means of the actuator (30) opening of the first sealing seat (21) is possible and wherein when the first sealing seat (21) an injection through the nozzle opening (24) is made possible.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.The invention relates to a fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines. Specifically, the invention relates to an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
Aus der
Zur Einbringung von Brennstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren ist es denkbar, dass ein Common-Rail-System eingesetzt wird, bei dem in vorteilhafter Weise ein Einspritzdruck an die momentane Last und Drehzahl angepasst werden kann. Solch ein Common-Rail-System kann hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren umfassen, bei denen die jeweilige Düsennadel direkt von einem Piezoaktor gesteuert wird. Hierbei kann eine nach innen öffnende Düse mit Spritzlöchern vorgesehen sein, um eine gute Gemischaufbereitung im Motor zu erreichen. Der Piezoaktor des Injektors kann hierbei über einen hydraulischen Kopplerraum die Düsennadel aufziehen, um das Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zu erzielen. Dadurch kann bei einem einfachen Injektoraufbau eine große Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel erreicht werden. Allerdings besteht der Nachteil, dass durch die erforderlichen hohen Öffnungskräfte zum Öffnen der Düsennadel ein relativ großer Piezoaktor erforderlich ist. Dies wirkt sich auch ungünstig auf die Kosten und die Haltbarkeit des Piezoaktors aus.For introducing fuel into direct injection diesel engines, it is conceivable that a common rail system is used in which an injection pressure can be adapted to the instantaneous load and speed in an advantageous manner. Such a common-rail system may include stroke-controlled common rail injectors in which the respective nozzle needle is controlled directly by a piezoelectric actuator. In this case, an inwardly opening nozzle can be provided with spray holes in order to achieve a good mixture preparation in the engine. The piezoelectric actuator of the injector can in this case raise the nozzle needle via a hydraulic coupler chamber in order to achieve the injection of fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine. This allows a large opening and closing speed of the nozzle needle can be achieved in a simple Injektoraufbau. However, there is the disadvantage that the required high opening forces for opening the nozzle needle, a relatively large piezoelectric actuator is required. This also has an adverse effect on the cost and durability of the piezoelectric actuator.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Ansteuerung zum Einspritzen von Brennstoff über die Düsenöffnung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine oder dergleichen verbessert ist. Speziell ist eine druckausgeglichene Ausgestaltung möglich, bei der nur relativ geringe Betätigungskräfte erforderlich sind.The fuel injection valve according to the invention with the features of
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous developments of the fuel injection valve specified in
Vorteilhaft ist es, dass eine Innennadel vorgesehen ist, die in der axialen Bohrung der Düsennadel geführt ist, dass die Innennadel mit dem Düsenkörper zu einem zweiten Dichtsitz zusammen wirkt, dass bei geöffnetem ersten Dichtsitz durch einen Brennstoffdruck eine hydraulische Betätigung der Innennadel zum Öffnen des zweiten Dichtsitzes ermöglicht ist, dass in dem Düsenkörper ein Brennstoffraum vorgesehen ist, in den unter hohem Druck stehender Brennstoff führbar ist, dass die Düsennadel zumindest abschnittsweise in dem Brennstoffraum angeordnet ist und dass bei geöffnetem ersten Dichtsitz und geöffnetem zweiten Dichtsitz ein Brennstofffluss von dem Brennstoffraum zu der Düsenöffnung ermöglicht ist. Beispielsweise kann die Düsennadel direkt betätigt werden, so dass der erste Dichtsitz geöffnet wird. Hierbei kann die Düsennadel gleichmäßig von dem unter hohem Druck stehenden Brennstoff beaufschlagt sein, so dass ein Druckausgleich besteht, der insbesondere zu einem Kraftausgleich entlang einer Achse der Düsennadel führt. Somit kann mit einer relativ geringen Aktorkraft die Betätigung der Düsennadel erzielt werden. Bei geöffnetem ersten Dichtsitz wirkt der hohe Druck des Brennstoffs dann in vorteilhafter Weise auf die Innennadel ein, so dass auch die Innennadel öffnet und somit der zweite Dichtsitz geöffnet wird.It is advantageous that an inner needle is provided, which is guided in the axial bore of the nozzle needle, that the inner needle cooperates with the nozzle body to a second sealing seat, that when the first sealing seat is opened by a fuel pressure, a hydraulic actuation of the inner needle to open the second Sealing seat is made possible that in the nozzle body, a fuel space is provided in the fuel under high pressure is feasible, that the nozzle needle is at least partially disposed in the fuel chamber and that when the first first sealing seat and opened second sealing seat, a fuel flow from the fuel chamber to the Nozzle opening is possible. For example, the nozzle needle can be actuated directly, so that the first sealing seat is opened. In this case, the nozzle needle can be uniformly acted upon by the fuel under high pressure, so that a pressure compensation exists, which leads in particular to a force balance along an axis of the nozzle needle. Thus, the actuation of the nozzle needle can be achieved with a relatively low actuator force. When the first sealing seat is open, the high pressure of the fuel then advantageously acts on the inner needle, so that the inner needle also opens and thus the second sealing seat is opened.
Somit kann die Düsennadel direkt betätigt werden, wobei die Düsennadel druckausgeglichen ist und nur geringe Bewegungskräfte erfordert. Durch eine kleine Innennadel in der Düsennadel kann hierbei die zum Druckausgleich notwendige Führung von einem Rauchgasbereich an der Düsenöffnung abgetrennt werden, um eine Verkokung und eine zu starke Erwärmung der Führung durch die Rauchgase zu vermeiden. Die Innennadel öffnet hierbei durch den Einspritzdruck des Brennstoffs.Thus, the nozzle needle can be operated directly, the nozzle needle is pressure balanced and requires only little movement forces. By a small inner needle in the nozzle needle in this case the necessary pressure equalization guide can be separated from a flue gas region at the nozzle opening to prevent coking and excessive heating of the leadership by the flue gases. The inner needle opens here by the injection pressure of the fuel.
In vorteilhafter Weise ist der Aktor als Magnetaktor ausgebildet, wobei der Magnetaktor einen Anker aufweist, der mit der Düsennadel verbunden ist. Hierdurch kann ein im Vergleich zu einem Piezoaktor kostengünstiger und robuster Magnetaktor zum Betätigen der Düsennadel zum Einsatz kommen. Dies ist möglich, da zum Betätigen der Düsennadel relativ geringe Öffnungskräfte und ein relativ geringer Hub ausreichend sind.Advantageously, the actuator is designed as a magnetic actuator, wherein the magnetic actuator has an armature which is connected to the nozzle needle. As a result, a cost-effective and robust magnetic actuator for actuating the nozzle needle can be used in comparison with a piezoelectric actuator. This is possible because relatively small opening forces and a relatively small stroke are sufficient for actuating the nozzle needle.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Schließfeder vorgesehen ist, die in der axialen Bohrung der Düsennadel angeordnet ist, und dass die Schließfeder die Innennadel gegen den Düsenkörper beaufschlagt. Speziell kann das Schließen der Innennadel durch die Federkraft der Schließfeder erzielt werden. Hierbei wird zunächst der erste Dichtsitz zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper geschlossen, so dass der hohe Druck des Brennstoffs nicht mehr auf die Innennadel wirkt. Dadurch kommt es zum Schließen der Innennadel und somit des zweiten Dichtsitzes.It is also advantageous that a closing spring is provided, which in the axial bore of the Nozzle needle is arranged, and that the closing spring acts on the inner needle against the nozzle body. Specifically, the closing of the inner needle can be achieved by the spring force of the closing spring. Here, first, the first sealing seat between the nozzle needle and the nozzle body is closed, so that the high pressure of the fuel no longer acts on the inner needle. This causes the inner needle and thus the second sealing seat to close.
Vorteilhaft ist es, dass die Schließfeder in einem Teil der axialen Bohrung der Düsennadel angeordnet ist, dass der Druckausgleichsstift, der in der axialen Bohrung angeordnet ist, eine Rücklaufbohrung aufweist, dass die Schließfeder zumindest mittelbar an dem Druckausgleichsstift abgestützt ist und dass der Teil der axialen Bohrung, in der die Schließfeder angeordnet ist, über die Rücklaufbohrung des Druckausgleichsstifts mit einem Niederdruckrücklauf verbunden ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass ein Grundkörper vorgesehen ist, dass der Düsenkörper mit dem Grundkörper verbunden ist und dass der Grundkörper eine Stützfläche aufweist, an der sich der Druckausgleichsstift abstützt. Hierbei kann der Druckausgleichsstift in vorteilhafter Weise durch hydraulische Kräfte an den Grundkörper gedrückt werden und dadurch sicher abdichten. Dies gewährleistet eine stabile Lage des Druckausgleichsstiftes, wobei Toleranzen zwischen den Bauteilen ausgeglichen werden können.It is advantageous that the closing spring is arranged in a part of the axial bore of the nozzle needle, that the pressure compensation pin, which is arranged in the axial bore, has a return bore, that the closing spring is at least indirectly supported on the pressure compensation pin and that the part of the axial Bore, in which the closing spring is arranged, is connected via the return bore of the pressure balance pin with a low pressure return. Here, it is also advantageous that a base body is provided, that the nozzle body is connected to the base body and that the base body has a support surface on which the pressure equalization pin is supported. In this case, the pressure compensation pin can be pressed by hydraulic forces to the body in an advantageous manner and thereby seal securely. This ensures a stable position of the pressure balance pin, whereby tolerances between the components can be compensated.
Ferner ist es vorteilhaft, dass zwischen dem Druckausgleichsstift und der Stützfläche ein Niederdruckraum begrenzt ist, der mit dem Niederdruckrücklauf verbunden ist, und dass die Rücklaufbohrung des Druckausgleichsstifts in den Niederdruckraum mündet. Die dem Niederdruckraum zugewandte Seite des Druckausgleichsstiftes liegt hierdurch sicher auf dem Niederdruck. Dies gewährleistet eine stabile Lage des Druckausgleichsstiftes. Ferner gewährleistet dies eine zuverlässige Verbindung des Teils der axialen Bohrung, in dem die Schließfeder angeordnet ist, mit dem Niederdruckrücklauf.Further, it is advantageous that between the pressure equalizing pin and the support surface, a low-pressure space is limited, which is connected to the low-pressure return, and that the return bore of the pressure balance pin opens into the low-pressure chamber. The low pressure chamber facing side of the pressure compensation pin is thereby safely on the low pressure. This ensures a stable position of the pressure compensation pen. Furthermore, this ensures a reliable connection of the part of the axial bore, in which the closing spring is arranged, with the low-pressure return.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine Dichthülse vorgesehen ist, die den Druckausgleichsstift abschnittsweise umschließt, dass ein Federelement vorgesehen ist, das die Dichthülse gegen den Grundkörper beaufschlagt, und dass die Dichthülse den Niederdruckraum begrenzt. Hierdurch kann der Druckausgleichsstift durch die Dichthülse gegenüber dem hohen Druck des Brennstoffs abgedichtet sein. Hierdurch kann ein Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen weiter verbessert werden.Moreover, it is advantageous that a sealing sleeve is provided, which encloses the pressure equalization pin in sections, that a spring element is provided, which urges the sealing sleeve against the base body, and that the sealing sleeve limits the low-pressure space. As a result, the pressure compensation pin can be sealed by the sealing sleeve against the high pressure of the fuel. As a result, a tolerance compensation between the components can be further improved.
Ferner ist es vorteilhaft, dass der Teil der axialen Bohrung der Düsennadel, in dem die Schließfeder angeordnet ist, zumindest mittelbar mit dem Niederdruckrücklauf verbunden ist und dass die Innennadel zumindest eine Drosselbohrung aufweist, die einerseits in den Teil der axialen Bohrung der Düsennadel mündet und andererseits zwischen dem ersten Dichtsitz und dem zweiten Dichtsitz zu dem Düsenkörper hin geöffnet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass zwischen der Innennadel und der axialen Bohrung der Düsennadel ein Drosselspalt ausgestaltet ist, der einerseits in den Teil der axialen Bohrung der Düsennadel führt und andererseits zu dem Düsenkörper zwischen dem ersten Dichtsitz und dem zweiten Dichtsitz führt. Hierdurch kann ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden, falls beispielsweise Undichtigkeiten am ersten Dichtsitz zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper auftreten. Solche Undichtigkeiten können nämlich zu einem Druckaufbau zwischen den beiden Dichtsitzen führen und ein Öffnen der Innennadel bewirken, wodurch eine Leckage über die Düsenöffnung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine oder dergleichen gelangt.Further, it is advantageous that the part of the axial bore of the nozzle needle, in which the closing spring is arranged, at least indirectly connected to the low pressure return and that the inner needle has at least one throttle bore, which opens on the one hand in the part of the axial bore of the nozzle needle and on the other between the first sealing seat and the second sealing seat is open to the nozzle body. It is also advantageous that between the inner needle and the axial bore of the nozzle needle, a throttle gap is designed, which leads on the one hand in the part of the axial bore of the nozzle needle and on the other hand leads to the nozzle body between the first sealing seat and the second sealing seat. As a result, a reliable operation can be ensured if, for example, leaks occur at the first sealing seat between the nozzle needle and the nozzle body. Namely, such leaks can lead to a pressure build-up between the two sealing seats and cause an opening of the inner needle, whereby a leak passes through the nozzle opening in a combustion chamber of the internal combustion engine or the like.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with corresponding reference numerals. It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Brennstoffeinspritzventil
Innerhalb des Gehäuses
Die Düsennadel
Zwischen der Düsennadel
Das Brennstoffeinspritzventil
Die Schließfeder
Bei geöffnetem ersten Dichtsitz
Zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils
Der Durchmesser des ersten Dichtsitzes
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Niederdruckraum
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Magnetaktor
Durch eine kleine Innennadel
Hierbei sind Störeinflüsse möglich. Problematisch sind dabei Undichtigkeiten am ersten Dichtsitz zwischen der Düsennadel
Um ein Öffnen der Innennadel
Durch eine geeignete konstruktive Ausgestaltung wird vorzugsweise erzielt, dass die Drosselwirkung bei geöffneter Innennadel
Eine weitere Möglichkeit, die Drosselwirkung zu erzielen, ist anhand der
Es ist anzumerken, dass konstruktionsbedingt ein Durchmesser des ersten Dichtsitzes
Der Magnetaktor
Die Düsennadel
Die Magnetspule
Das Ende
Es ist anzumerken, dass ein Magnetaktor
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Innennadel
Bei dieser Ausgestaltung besteht außerdem der Vorteil, dass im geöffneten Zustand der Innennadel
Je nach Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not limited to the described embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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