DE102012221470A1 - Fuel injector - Google Patents
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst ein Ventilstück (4), einen Ventilnadelkolben (35) und einen Steuerraum (28). Der Steuerraum (28) ist einerseits von einer Stirnseite (44) des Düsennadelkolbens (35) und andererseits von einer der Stirnseite (44) des Düsennadelkolbens (35) zugewandten Fläche (27) des Ventilstücks (4) begrenzt. Dabei weist das Ventilstück (4) einen Ablaufkanal (25) auf, der an der Fläche (27) des Ventilstücks (4) in den Steuerraum (28) mündet. Der Düsennadelkolben (35) ist in einer unbetätigten Ausgangsstellung mit seiner Stirnseite (44) von der Fläche (27) des Ventilstücks (4) beabstandet. In dem Düsennadelkolben (35) ist eine gedrosselte Verbindung (40) ausgestaltet ist. Ferner sind eine Mündungsöffnung (30) des Ablaufkanals (25), an der der Ablaufkanal (25) in der unbetätigten Ausgangsstellung des Düsennadelkolbens (35) an der Fläche (27) des Ventilstücks (4) in den Steuerraum (28) mündet, und eine Mündungsöffnung (43) der gedrosselten Verbindung (40) des Düsennadelkolbens (35), an der die gedrosselte Verbindung (40) in der unbetätigten Ausgangsstellung des Düsennadelkolbens (35) an der Stirnseite (44) des Düsennadelkolbens (35) in den Steuerraum (28) mündet, vorgesehen. Die Mündungsöffnung (30) des Ablaufkanals (25) und die Mündungsöffnung (43) der gedrosselten Verbindung (40) des Düsennadelkolbens (35) sind einander zugeordnet.A fuel injection valve (1), which is used in particular for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, comprises a valve piece (4), a valve needle piston (35) and a control chamber (28). The control chamber (28) is limited on the one hand by an end face (44) of the nozzle needle piston (35) and on the other hand by a surface (27) of the valve piece (4) facing the end face (44) of the nozzle needle piston (35). The valve piece (4) has an outlet channel (25) which opens into the control chamber (28) on the surface (27) of the valve piece (4). The nozzle needle piston (35) is in an unactuated starting position with its end face (44) at a distance from the surface (27) of the valve piece (4). A throttled connection (40) is configured in the nozzle needle piston (35). Furthermore, there is an orifice (30) of the drainage channel (25), at which the drainage channel (25) opens into the control chamber (28) on the surface (27) of the valve piece (4) in the unactuated starting position of the nozzle needle piston (35), and a Muzzle opening (43) of the throttled connection (40) of the nozzle needle piston (35), at which the throttled connection (40) in the unactuated starting position of the nozzle needle piston (35) on the end face (44) of the nozzle needle piston (35) into the control chamber (28) opens, provided. The mouth opening (30) of the discharge channel (25) and the mouth opening (43) of the throttled connection (40) of the nozzle needle piston (35) are assigned to one another.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, das insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzventile für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.The invention relates to a fuel injection valve, which is used in particular for fuel injection systems of internal combustion engines. Specifically, the invention relates to the field of fuel injection valves for fuel injection systems of air-compression, self-igniting internal combustion engines.
Aus der
Eine Ausgestaltung eines Brennstoffeinspritzventils mit einem Steuerraum, wie es aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung ermöglicht ist. Insbesondere können eine Steuermenge reduziert und/oder ein Schaltverhalten verbessert werden.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
Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen, wobei als Brennstoff insbesondere Diesel und mit Diesel vergleichbare Brennstoffe zum Einsatz kommen können. Solch eine Brennstoffeinspritzanlage weist beispielsweise eine Hochdruckpumpe, eine Brennstoffverteilerleiste, mehrere Brennstoffeinspritzventile, die mit der Brennstoffverteilerleiste verbunden sind, und ein Steuergerät auf. Die Pumpe kann hierbei in Vor- und Hochdruckpumpe aufgeteilt sein. Die Brennstoffeinspritzventile spritzen den Brennstoff zu bestimmten Zeitpunkten, die von dem Steuergerät vorgegeben werden, in den Brennraum ein. Hierzu ist eine mechanische Bewegung, das heißt ein Öffnen und Schließen, einer Düsennadel des Brennstoffeinspritzventils erforderlich. The fuel injection valve is particularly suitable for air-compressing, self-igniting internal combustion engines, with the fuel used in particular being diesel and diesel-comparable fuels. Such a fuel injection system includes, for example, a high pressure pump, a fuel rail, a plurality of fuel injection valves connected to the fuel rail, and a controller. The pump can in this case be divided into pre-and high-pressure pump. The fuel injection valves inject the fuel into the combustion chamber at certain times, which are predetermined by the control unit. For this purpose, a mechanical movement, that is, an opening and closing, a nozzle needle of the fuel injection valve required.
Der Düsennadelkolben kann Bestandteil solch einer Düsennadel sein. Es sind allerdings auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen der Düsennadelkolben als separates Bauteil ausgeführt ist. The nozzle needle piston may be part of such a nozzle needle. However, embodiments are also conceivable in which the nozzle needle piston is designed as a separate component.
Die Bewegung der Düsennadel kann hydraulisch mit Hilfe solch eines Düsennadelkolbens erfolgen. Die Eigenschaften der Bewegung der Düsennadel können dabei als ballistisch und nicht ballistisch unterschieden werden. Bei einer nicht ballistischen Ausgestaltung ist ein fester Anschlag erforderlich, der die Endhubposition des Düsennadelkolbens bestimmt. Dies kann durch zwei verschiedene Arten durchgeführt werden.The movement of the nozzle needle can be done hydraulically with the aid of such a nozzle needle piston. The properties of the movement of the nozzle needle can be distinguished as ballistic and not ballistic. In a non-ballistic embodiment, a fixed stop is required, which determines the Endhubposition of the nozzle needle piston. This can be done by two different ways.
Bei einem mechanischen Hubanschlag schlägt der Düsennadelkolben an einem festen Anschlag an, der den Hub definiert. Der Steuerraum ist dabei so groß vorgegeben, dass es zu keiner Reduktion der Steuermenge während der Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils kommt. In a mechanical stroke stop, the nozzle needle piston strikes against a fixed stop that defines the stroke. The control chamber is set so large that there is no reduction of the control amount during the activation of the fuel injection valve.
Bei einem hydraulischen Hubanschlag erfolgt der Hubanschlag in dem Ventilstück. Es stellt sich hierbei ein derartiges Kräftegleichgewicht am Düsennadelkolben ein, dass der Düsennadelkolben in einem Abstand von wenigen Mikrometern von der Fläche des Ventilstücks sein stabiles Gleichgewicht findet. Dadurch wird die Steuermenge während der Dauer der Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils reduziert. In the case of a hydraulic stroke stop, the stroke stop takes place in the valve piece. In this case, such an equilibrium of forces arises at the nozzle needle piston that the nozzle needle piston finds its stable equilibrium at a distance of a few micrometers from the surface of the valve piece. Thereby, the control amount is reduced during the duration of the control of the fuel injection valve.
Bei einem mechanischen Anschlag ergibt sich somit prinzipiell das Problem, dass die Steuermenge nicht reduziert wird. Bei einem hydraulischen Anschlag ergibt sich das Problem, dass die Strömung aufgrund der bestehenden Druckstufen kavitiert, so dass Erosionsschäden im Bereich des in der Regel gedrosselten Ablaufkanals auftreten.In the case of a mechanical stop, this results in principle in the problem that the control quantity is not reduced. In the case of a hydraulic stop, there is the problem that the flow kavitiert due to the existing pressure levels, so that erosion damages occur in the area of the usually throttled drainage channel.
Durch die in dem Düsennadelkolben vorgesehene gedrosselte Verbindung wird eine Rücklaufmengenreduktionsdrossel gebildet. Dadurch ist es möglich, die Steuermenge zu reduzieren und gegebenenfalls den Hubanschlag innerhalb einer Führungsbohrung des Ventilstücks oder dergleichen zu positionieren.By provided in the nozzle needle piston throttled connection a return flow reduction throttle is formed. This makes it possible to reduce the control amount and, if necessary, to position the stroke stop within a guide bore of the valve piece or the like.
Bei einer Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils kann somit durch Freigeben des Ablaufkanals der Druck im Steuerraum abgesenkt werden, so dass sich der Düsennadelkolben bis zu einem mechanischen Anschlag an der Fläche des Ventilstücks bewegt. Durch die ausgestaltete Rücklaufmengenreduktionsdrossel ist es möglich, die Steuermenge zu reduzieren. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass am Ende der Ansteuerung der Düsennadelkolben wieder definiert in Richtung seiner unbetätigten Ausgangsstellung fährt. Bei einer völligen Abdichtung zwischen einem gegebenenfalls vorgesehenen gedrosselten Zulaufkanal und dem vorzugsweise gedrosselten Ablaufkanal wäre ein Startzeitpunkt der Rückstellbewegung des Düsennadelkolbens in seine unbetätigte Ausgangsstellung nicht exakt definierbar, was zu Streuungen führt. Dies wird durch den Düsennadelkolben, der die Rücklaufmengenreduktionsdrossel aufweist, vermieden. Somit ergibt sich auch ein präzises Steuerverhalten zur Rückstellung des Düsennadelkolbens und somit zum Schließen der Düsennadel.Upon actuation of the fuel injection valve, the pressure in the control chamber can thus be lowered by releasing the discharge channel, so that the nozzle needle piston moves as far as a mechanical stop on the surface of the valve piece. By the designed return flow reduction throttle, it is possible to reduce the control amount. At the same time it is ensured that at the end of the control of the nozzle needle piston again defined moves in the direction of its unactuated starting position. In a complete seal between an optionally provided throttled inlet channel and the preferably throttled drain passage a start time of the return movement of the nozzle needle piston in its unactuated initial position could not be exactly defined, which leads to scattering. This is avoided by the nozzle needle piston having the return flow reduction throttle. Thus, there is also a precise control behavior for resetting the nozzle needle piston and thus for closing the nozzle needle.
Der Düsennadelkolben kann insbesondere im Ventilstück an der Fläche innen anschlagen und somit den direkten Weg der Zulaufdrossel zur Ablaufdrossel über den Steuerraum verschließen. Der Strömungspfad über die Rücklaufmengenreduktionsdrossel bleibt allerdings frei und reduziert somit die Steuermenge. Die Rücklaufmengenreduktionsdrossel kann durch die Wahl des Querschnitts kavitierend oder nicht kavitierend ausgelegt werden, wobei eine nicht kavitierende Auslegung bevorzugt ist. The nozzle needle piston can strike in particular in the valve piece on the surface inside and thus close the direct path of the inlet throttle to the outlet throttle over the control chamber. However, the flow path over the return flow reduction throttle remains free and thus reduces the control amount. The return flow reduction throttle can be designed by selecting the cross-section cavitating or non-cavitating, with a non-cavitating design is preferred.
Somit können sowohl ein definierter Hubanschlag für den Düsennadelkolben als auch eine Reduktion der Steuermenge realisiert werden.Thus, both a defined stroke stop for the nozzle needle piston and a reduction of the control amount can be realized.
Somit ist es vorteilhaft, dass in einer betätigten Endstellung des Düsennadelkolbens, in der der Düsennadelkolben mit seiner Stirnseite an der Fläche des Ventilstücks anschlägt, ein Verbindungsvolumen zwischen der Mündungsöffnung des Ablaufkanals und der Mündungsöffnung der gedrosselten Verbindung radial von einem äußeren Teil des Steuerraums abgetrennt ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass das Verbindungsvolumen zwischen der Mündungsöffnung des Ablaufkanals und der Mündungsöffnung der gedrosselten Verbindung des Düsennadelkolbens im Wesentlichen durch eine die Mündungsöffnung des Ablaufkanals bildende Ansenkung an der Fläche des Ventilstücks und eine die Mündungsöffnung der gedrosselten Verbindung des Düsennadelkolbens bildende Ansenkung an der Stirnseite des Düsennadelkolbens gebildet ist. In der betätigten Endstellung des Düsennadelkolbens sind die Steuermengenverluste daher gering und beim Verschließen des Ablaufkanals mittels eines geeigneten Aktors kommt es dennoch zu einem raschen Druckaufbau und einer zeitlich vergleichsweise genau bestimmten Einleitung der Rückstellbewegung. Somit ergibt sich ein verbessertes Schaltverhalten.Thus, it is advantageous that in an actuated end position of the nozzle needle piston, in which the nozzle needle piston strikes with its end face on the surface of the valve piece, a connecting volume between the mouth opening of the drain channel and the mouth opening of the throttled connection is separated radially from an outer part of the control chamber. Here, it is also advantageous that the connecting volume between the mouth opening of the drain channel and the mouth opening of the throttled connection of the nozzle needle piston essentially by a the mouth opening of the drain channel forming countersink on the surface of the valve piece and the mouth opening of the throttled connection of the nozzle needle piston forming countersink on the End face of the nozzle needle piston is formed. In the actuated end position of the nozzle needle piston, the control quantity losses are therefore small and when closing the drainage channel by means of a suitable actuator, there is nevertheless a rapid pressure build-up and a chronologically comparatively precise initiation of the return movement. This results in an improved switching behavior.
Vorteilhaft ist es auch, dass in der unbetätigten Ausgangsstellung des Düsennadelkolben, in der der Düsennadelkolben mit seiner Stirnseite von der Fläche des Ventilstücks beabstandet ist, die gedrosselte Verbindung des Düsennadelkolbens einerseits an der Stirnseite des Düsennadelkolbens in den Steuerraum mündet und andererseits in einen äußeren Verbindungsspalt des Steuerraums mündet. Hierbei ist in vorteilhafter Weise eine Führungsbohrung vorgesehen, in der der Düsennadelkolben axial geführt ist, wobei der äußere Verbindungsspalt durch eine von der Fläche des Ventilstücks ausgehenden Erweiterung der Führungsbohrung gebildet ist. Die Führungsbohrung gewährleistet hierbei eine axiale Führung des Düsennadelkolbens. Zugleich wird über die Erweiterung der Führungsbohrung eine Verbindung des Steuerraums mit der in dem Düsennadelkolben ausgestalteten gedrosselten Verbindung, insbesondere einer Querbohrung dieser Verbindung, realisiert. It is also advantageous that in the unactuated initial position of the nozzle needle piston, in which the nozzle needle piston is spaced with its end face from the surface of the valve piece, the throttled connection of the nozzle needle piston opens on the one hand on the end face of the nozzle needle piston in the control chamber and on the other hand in an outer connecting gap of the Control room opens. In this case, a guide bore is advantageously provided, in which the nozzle needle piston is axially guided, wherein the outer connecting gap is formed by an outgoing from the surface of the valve piece extension of the guide bore. The guide bore ensures an axial guidance of the nozzle needle piston. At the same time a connection of the control chamber with the configured in the nozzle needle piston throttled connection, in particular a transverse bore of this connection is realized via the extension of the guide bore.
Die Führungsbohrung kann hierbei durch eine in dem Ventilstück ausgestaltete Sacklochbohrung gebildet sein. Diese Sacklochbohrung weist dann im Bereich der Fläche des Ventilstücks die Erweiterung auf. The guide bore can in this case be formed by a blind hole formed in the valve piece. This blind hole then has the extension in the area of the surface of the valve piece.
In vorteilhafter Weise umfasst die gedrosselte Verbindung des Düsennadelkolbens eine axiale Bohrung und zumindest eine Querbohrung, wobei die axiale Bohrung in die Querbohrung mündet und wobei die axiale Bohrung zumindest abschnittsweise als Drosselbohrung ausgestaltet ist, die eine Drossel der gedrosselten Verbindung im Düsennadelkolben bildet. Diese Drossel kann dann als Rücklaufmengenreduktionsdrossel dienen. Somit kann die gedrosselte Verbindung innerhalb des Düsennadelkolbens durch Bohrungen ausgestaltet werden, was die Herstellung vereinfacht. Insbesondere kann dies auch bei einer Ausgestaltung kostengünstig realisiert werden, bei der der Düsennadelkolben einstückig mit der Düsennadel ausgestaltet ist.Advantageously, the throttled connection of the nozzle needle piston comprises an axial bore and at least one transverse bore, wherein the axial bore opens into the transverse bore and wherein the axial bore is at least partially configured as a throttle bore which forms a throttle of the throttled connection in the nozzle needle piston. This throttle can then serve as a return flow reduction throttle. Thus, the throttled connection can be configured within the nozzle needle piston through holes, which simplifies the production. In particular, this can be realized cost-effectively even in a design in which the nozzle needle piston is designed in one piece with the nozzle needle.
Der Ablaufkanal ist vorzugsweise als gedrosselter Ablaufkanal ausgebildet. Hierbei kann der Ablaufkanal eine Ablaufdrossel aufweisen. Ferner ist der Ablaufkanal in der Regel als steuerbarer Ablaufkanal ausgebildet, der beispielsweise über einen Magnetaktor ansteuerbar ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass ein gedrosselter Zulaufkanal vorgesehen ist, der zumindest mittelbar von einer Hochdruckleitung in den Steuerraum führt. Solch ein gedrosselter Zulaufkanal kann insbesondere in dem Ventilstück ausgestaltet sein. Speziell kann hierdurch eine integrierte Ausgestaltung realisiert sein, bei der in dem Ventilstück sowohl der Ablaufkanal und der Zulaufkanal als auch die Führungsbohrung für den Düsennadelkolben ausgestaltet sind. The drainage channel is preferably designed as a throttled drainage channel. In this case, the drainage channel can have an outlet throttle. Further is the drainage channel is usually designed as a controllable drainage channel, which can be controlled for example via a magnetic actuator. Furthermore, it is advantageous that a throttled inlet channel is provided which leads at least indirectly from a high-pressure line into the control chamber. Such a throttled inlet channel can be designed in particular in the valve piece. In particular, an integrated embodiment can thereby be realized in which both the drainage channel and the inlet channel as well as the guide bore for the nozzle needle piston are configured in the valve piece.
In vorteilhafter Weise ist der Steuerraum so ausgestaltet, dass in einer betrachteten Stellung des Düsennadelkolbens eine axiale Erstreckung des Steuerraums zwischen der Mündungsöffnung des Ablaufkanals und der Mündungsöffnung der gedrosselten Verbindung des Düsennadelkolben ein Minimum aufweist. Dieses Minimum ist bei der betrachteten Stellung in Bezug auf die sonstige axiale Erstreckung des Steuerraums zu verstehen. Speziell kann die Fläche des Ventilstücks um die Mündungsöffnung des Ablaufkanals konvex ausgestaltet sein. Hierbei ist es auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ die Stirnseite des Düsennadelkolbens um die Mündungsöffnung der gedrosselten Verbindung konvex ausgestaltet ist. Advantageously, the control chamber is designed so that in an observed position of the nozzle needle piston an axial extent of the control chamber between the mouth opening of the drain channel and the mouth opening of the throttled connection of the nozzle needle piston has a minimum. This minimum is to be understood in the position considered in relation to the other axial extent of the control space. Specifically, the surface of the valve piece may be made convex around the orifice of the drainage channel. It is also possible that additionally or alternatively, the end face of the nozzle needle piston is designed to be convex around the mouth opening of the throttled connection.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings. It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Brennstoffeinspritzventil
Innerhalb des Gehäuses
Innerhalb des Gehäuses
Der beispielsweise als Magnetaktor
Das Ventilstück
Im Bereich der Fläche
Ferner ist in dem Ventilstück
Das Ventilstück
In der Führungsbohrung
In dem Düsennadelkolben
In der in der
Außerdem sind die Ansenkungen
Zur Betätigung des Düsennadelkolbens
Der direkte Pfad von dem Zulaufkanal
In der in der
Ein Durchmesser
Durch die Rücklaufmengenreduktionsdrossel
Zur Rückstellung des Düsennadelkolbens
Eine axiale Erstreckung
In diesem Ausführungsbeispiel ist hierfür die Fläche
Die Erweiterung
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |