DE102011077618A1 - Injector, in particular fuel injector for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Aktormodul 8 beherrschend ein Ventil 15 zur Einstellung eines Durchflusses eines fluiden Mediums, wobei das Ventil 15 einen Steuerraum 14 zur Steuerung eines Steuerkolbens mit einem Niederdruckbereich verbindet. Erfindungsgemäß wird ein Injektor bereitgestellt, der hinsichtlich seines Fertigungsprozesses verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass der Steuerraum 4 mit einem Speichervolumen verschaltet ist, dessen Volumenraumlänge injektorunabhängig gleich lang für unterschiedliche Injektoren ausgestaltet ist.Injector, in particular fuel injector for an internal combustion engine, comprising an actuator module 8, controlling a valve 15 for setting a flow of a fluid medium, the valve 15 connecting a control chamber 14 for controlling a control piston with a low-pressure area. According to the invention, an injector is provided which is improved with regard to its manufacturing process. This is achieved in that the control chamber 4 is connected to a storage volume, the volume space length of which is configured to be the same length for different injectors, regardless of the injector.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Aktormodul beherrschend ein Ventil zur Einstellung eines Durchflusses eines fluiden Mediums, wobei das Ventil einen Steuerraum zur Steuerung eines Steuerkolbens mit einem Niederdruckbereich verbindet.The present invention relates to an injector, in particular fuel injector for an internal combustion engine, comprising an actuator module dominantly a valve for adjusting a flow of a fluid medium, wherein the valve connects a control chamber for controlling a control piston with a low pressure region.
Stand der TechnikState of the art
Ein derartiger Injektor ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Injektor bereitzustellen, der hinsichtlich seines Fertigungsprozesses verbessert ist.The invention is based on the object to provide an injector, which is improved in terms of its manufacturing process.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Steuerraum mit einem Speichervolumen verschaltet ist, dessen Volumenraumlänge injektorunabhängig gleich lang für unterschiedliche Injektoren ausgestaltet ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass aufgrund von konstruktiven Gegebenheiten und aufgrund von Kundenwünschen Injektoren mit unterschiedlichen Gesamtlängen beispielsweise bei Brennkraftmaschinen verbaut werden, wobei die Injektoren insbesondere Teil eines Einspritzsystems sind. Ein solches Einspritzsystem weist eine Hochdruckpumpe auf, die das fluide Medium in Form von Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Dieser Hochdruckspeicher ist mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Injektor verschaltet, der aus dem Hochdruckspeicher zugeführten Brennstoff in einem den Injektor zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzt. Bedingt durch beispielsweise unterschiedlich konstruierte Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine weisen Injektoren für verschiedene Brennkraftmaschinen unterschiedliche Gesamtlängen auf. Dadurch, dass nun die Volumenraumlänge des Speichervolumens bei unterschiedlichen Injektoren gleich lang ausgestaltet ist, können die Injektoren hinsichtlich des Fertigungsprozesses vereinheitlicht und dadurch die Fertigungskosten reduziert werden. Die Fertigungskosten können reduziert werden, da nur ein Bohrwerkzeug zur Fertigung des Speichervolumens bei unterschiedlichen Langen der Injektoren bereitgestellt werden muss. Durch die Vereinheitlichung der Injektoren im Bereich bis einschließlich des Speichervolumens kann weiterhin die Genauigkeit des Einspritzverhaltens unterschiedlicher Injektoren besser aufeinander abgestimmt werden. Dadurch lassen sich beispielsweise insbesondere Vereinfachungen in den Steuergeräten erreichen, die nicht mehr unterschiedlich auf den jeweiligen Injektor abgestimmt werden müssen.This object is achieved in that the control chamber is connected to a storage volume, the volume volume length is designed injector independent equal length for different injectors. This refinement is based on the knowledge that due to structural conditions and customer requirements, injectors with different overall lengths are installed, for example in internal combustion engines, the injectors being in particular part of an injection system. Such an injection system has a high-pressure pump, which conveys the fluid medium in the form of fuel in a high-pressure accumulator. This high-pressure accumulator is connected to an injector designed according to the invention, which injects fuel supplied from the high-pressure accumulator into a combustion chamber of the internal combustion engine assigned to the injector. Due to, for example, differently constructed cylinder heads of the internal combustion engine, injectors for different internal combustion engines have different overall lengths. The fact that now the volume space length of the storage volume is designed to be the same length at different injectors, the injectors can be standardized with respect to the manufacturing process and thereby the manufacturing cost can be reduced. The manufacturing costs can be reduced because only one drilling tool for producing the storage volume at different lengths of the injectors must be provided. By standardizing the injectors in the range up to and including the storage volume, the accuracy of the injection behavior of different injectors can furthermore be better coordinated with each other. As a result, it is possible, for example, to achieve, in particular, simplifications in the control units, which need no longer be adapted differently to the respective injector.
Der Ausgestaltung des Injektors Steuerraums mit einem Speichervolumen liegt die folgende Erkenntnis zu Grunde:
Im Ruhezustand ist bei erfindungsgemäß ausgebildeten Injektoren die Schließkraft größer als die durch den Kraftstoff generierte Öffnungskraft. Variiert wird die Schließkraft durch eine Druckvariation im Steuerraum, wobei im Ruhezustand im Steuerraum Hochdruck herrscht. Der Steuerraum ist über einen Zulaufkanal mit einer eingeschalteten Zulaufdrossel mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems verbunden, während der Steuerraum über einen Ablaufkanal mit eingeschalteter Ablaufdrossel gesteuert über das Ventil mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems verschaltet ist. Durch Betätigen des Aktormoduls und einer so bewirkten Öffnung des Ventils wird der Druck im Steuerraum abgesenkt und der Steuerkolben, der insbesondere als Nadelkörper ausgebildet ist, bewegt sich aus einem Ventilsitz in einer Ventilkörperspitze des Injektors. Beim Schließen des Ventils wird der Ablaufkanal geschlossen und durch über den Zulaufkanal nachströmenden Kraftstoff wird der Nadelkörper wieder auf den Ventilsitz bewegt. Die Einspritzung ist somit abgeschlossen. Es ist nun beobachtet worden, dass bei den Öffnungs- und Schließvorgängen der Einspritzkanäle sowie durch die Druckunterschiede im Steuerraum Druckwellen ausgelöst werden, die die Einspritzmengengenauigkeit sowie die Mehrfacheinspritzfähigkeit direkt beeinflussen. Bei sehr kurzen Abständen zwischen zwei Einspritzungen werden bei den bisherigen Injektoren sehr große Mengenwellen erzeugt. Durch den Anbau eines Speichervolumens als sogenanntes „Minirail” an dem Injektor, wobei das Speichervolumen unter Kraftstoffhochdruck steht, werden diese Druckschwingungen gedämpft. Dies hat zur Folge, dass die Mengenwellen zwischen zwei Einspritzungen deutlich reduziert und die Einspritzgenauigkeit erhöht wird. Grundsätzlich ist die Ausbildung und Anordnung des Speichervolumens für die erfindungsgemäße Funktion variierbar. Es hat sich aber als vorteilhaft erwiesen, wenn, das Speichervolumen ein mit dem Steuerraum verschalteter Speicherraum ist, der wiederum in weiterer Ausgestaltung zumindest weitgehend in einen Ventilkörper des Injektors angeordnet ist. Dabei können dann alle einen bestimmten Injektor zugehörigen Eigenschaften hinsichtlich der Ausbildung und der Größe des Speichervolumens berücksichtigt werden.The design of the injector control room with a storage volume is based on the following finding:
At rest, the closing force is greater than the opening force generated by the fuel inventively embodied injectors. The closing force is varied by a pressure variation in the control chamber, with high pressure in the control room when idle. The control chamber is connected via an inlet channel with a switched inlet throttle with the high-pressure region of the fuel system, while the control chamber is connected via a flow channel with activated outlet throttle controlled via the valve with the low pressure region of the fuel system. By actuating the actuator module and thus opening the valve, the pressure in the control chamber is lowered and the control piston, which is designed in particular as a needle body, moves out of a valve seat in a valve body tip of the injector. When the valve is closed, the drainage channel is closed, and the needle body is moved back onto the valve seat by fuel flowing in via the inlet channel. The injection is thus completed. It has now been observed that in the opening and closing operations of the injection channels and by the pressure differences in the control chamber pressure waves are triggered, which directly affect the injection quantity accuracy and the multiple injection capability. At very short intervals between two injections very large volume waves are generated in the previous injectors. By mounting a storage volume as a so-called "minirail" on the injector, the storage volume is under high fuel pressure, these pressure oscillations are damped. This has the consequence that the volume waves between two injections significantly reduced and the injection accuracy is increased. In principle, the design and arrangement of the storage volume for the function according to the invention can be varied. However, it has proved to be advantageous if, the Storage volume is connected to the control room storage space, which in turn is arranged in a further embodiment, at least largely in a valve body of the injector. In this case, all properties associated with a particular injector can be taken into account with regard to the design and the size of the storage volume.
Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass sich der Speicherraum anschließend an einen Ventilkörperabsatz entlang des Ventilkörpers umgebend den Nadelkörper erstreckt. Dabei ragt eine Ventilkörperführung mit einem endseitigen Abschnitt in den Speicherraum hinein und ist in diesem Bereich geführt. Somit lässt sich der Speicherraum ohne aufwendige Änderung eines Injektors in diesen integrieren.In this case, it is again provided in a further embodiment, that the storage space then extends to a valve body paragraph along the valve body surrounding the needle body. In this case, a valve body guide projects into the storage space with an end-side section and is guided in this area. Thus, the memory space can be integrated without costly change of an injector in this.
In Weiterbildung der Erfindung weisen Injektoren mit unterschiedlichen Gesamtlängen eine einheitliche Volumenraumlänge y, sich erstreckend von dem Ventilkörperabsatz bis zu einem Absatz an dem spritzseitigen Ende des Speichervolumens, auf. Dabei ist das Speichervolumen bei unterschiedlichen Injektoren darüber hinaus mit einem identischen Durchmesser d gefertigt, so dass für alle Anwendungsfälle das gleiche Werkzeug verwendet werden kann. Der Durchmesser d entspricht im Bezug zum Außendurchmesser dA des Ventilkörpers etwa d = 0,3 × dA bis d = 0,55 × dA und die Gesamtlänge y entspricht im Bezug zum Durchmesser d etwa y = 6 × d bis y = 9,5 × d.In a development of the invention, injectors with different overall lengths have a uniform volume length y, extending from the valve body shoulder to a shoulder on the injection-side end of the storage volume. The storage volume is also made with different injectors with an identical diameter d, so that the same tool can be used for all applications. In relation to the outer diameter d A of the valve body, the diameter d corresponds to approximately d = 0.3 × d A to d = 0.55 × d A and the total length y corresponds to approximately y = 6 × d to y = 9 in relation to the diameter d , 5 × d.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gesamtspeichervolumen von Injektoren mit unterschiedlichen Längen angenähert gleich. Das Gesamtspeichervolumen wird maßgeblich von dem tatsächlichen Volumen des Speicherraums bestimmt. In einem geringen Maße bestimmt zusätzlich ein Speicherteilraum das Gesamtspeichervolumen, wobei der Speicherteilraum durch das sich ergebende tatsächlich Volumen von dem Absatz bis zu dem Ventilsitzbestimmt ist, so dass die Unterschiede in der Gesamtlänge der jeweiligen Injektoren mit den sich daraus ergebenden unterschiedlichen Gesamtspeichervolumen nicht gravierend ins Gewicht fallen. Die sich ergebenden Unterschiede können aber beispielsweise durch eine angepasste Einragtiefe der Nadelkörperführung in den Speicherraum ausgeglichen werden.In a further embodiment of the invention, the total storage volume of injectors with different lengths is approximately equal. The total storage volume is largely determined by the actual volume of the storage space. In addition, to a lesser extent, a storage compartment determines the total storage volume, the storage compartment being determined by the resulting actual volume from the shoulder to the valve seat, so that the differences in the overall length of the respective injectors with the resulting total storage volumes are not significant fall. However, the resulting differences can be compensated for example by an adapted Einragtiefe the needle body guide into the storage space.
In Weiterbildung der Erfindung liegt das Verhältnis der Gesamtspeichervolumen eines kleinstmöglichen Injektors zu einem langst möglichen Injektors im Bereich von 0,8 bis 1,2, vorzugsweise im Bereich von 0,95 bis 1,05. Diese Ausgestaltung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.In a further development of the invention, the ratio of the total storage volume of a smallest possible injector to a longest possible injector in the range of 0.8 to 1.2, preferably in the range of 0.95 to 1.05. This embodiment has proved to be particularly advantageous.
Zusammenfassend lassen sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung folgende Vorteile erreichen:
- – Die Fördermenge der Hochdruckpumpe wird minimiert,
- – Die (Neu-) Startfreigabe bei einem niedrigerem Druck erfolgen,
- – Die Werkzeugvielfalt wird minimiert,
- – Es wird eine Verringerung der druckbeaufschlagten Fläche erreicht.
- – Das tdiff-Verhalten des Injektors wird verbessert.
- – Das Gesamtspeichervolumen innerhalb der Injektoren wird unabhängig von der Injektorlänge angenähert vereinheitlicht,
- – Es wird eine Vereinfachung des Fertigungsprozesses erzielt,
- – Der Startfreigabedruck wird unabhängig von der Injektorlänge verbessert und angenähert vereinheitlicht,
- – Es wird eine Steigerung der Druckschwellfestigkeit wegen einer weniger druckbeaufschlagten Fläche erzielt,
- – Die Fähigkeit einer Mehrfacheinspritzung wird erhöht (tdiff-Verhalten) und
- – Die Genauigkeit der Einspritzmengen wird gesteigert (tdiff-Verhalten).
- - The flow rate of the high-pressure pump is minimized,
- - the (re) start release takes place at a lower pressure,
- - The variety of tools is minimized,
- - It is achieved a reduction of the pressurized area.
- - The t diff behavior of the injector is improved.
- The total storage volume within the injectors is approximately unified independently of the injector length,
- - A simplification of the manufacturing process is achieved
- The start release pressure is improved and approximately unified independently of the injector length,
- An increase in the pressure swelling strength is achieved because of a less pressurized surface,
- - The ability of multiple injection is increased (t diff -Verhalten) and
- - The accuracy of the injection quantities is increased (t diff -Verhalten).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, in which an illustrated in the figures embodiment of the invention is described in detail.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Es zeigen:Show it:
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
Der über den Anschlussstutzen
Gegenüberliegend zu dem Steuerraum
Zur Kraftstoffzuführung zu dem den Einspritzkanälen
Um den Nadelkörper
Um den Kraftstoffdruck in dem Steuerraum
Bei den Öffnungs- und Schließvorgängen des Ventils
Diese Druckwellen breiten sich in dem gesamte zuvor definierten Strömungskanal bis zu dem Ventilsitz
Um diese Druckwellen zumindest zu reduzieren, ist der Steuerraum
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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