DE102016204437A1 - Nozzle assembly for a fuel injector, fuel injector - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (2) und ein Ventilglied (3), das zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung (4), die im Düsenkörper (2) oder in einer an den Düsenkörper (2) angesetzten Sitzplatte (5) ausgebildet ist, im Düsenkörper (2) hub- oder drehbeweglich aufgenommen ist. Erfindungsgemäß wirkt das Ventilglied (3) mit mehreren Schließelementen (6) zusammen, denen jeweils ein mit der mindestens einen Einspritzöffnung (4) kommunizierender Dichtsitz (7) zugeordnet ist, so dass die Schließelemente (6) bei einer Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds (3) die mindestens eine Einspritzöffnung (4) freigeben oder verschließen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe.The invention relates to a nozzle assembly for a fuel injection valve for injecting gaseous and / or liquid fuels into a combustion chamber (1) of an internal combustion engine, comprising a nozzle body (2) and a valve member (3) for releasing and closing at least one injection opening (4), which is formed in the nozzle body (2) or in a seat attached to the nozzle body (2) seat plate (5), in the nozzle body (2) is received in a lift or rotationally movable. According to the invention, the valve member (3) interacts with a plurality of closing elements (6), each associated with a sealing seat (7) communicating with the at least one injection opening (4), so that the closing elements (6) during a lifting or rotary movement of the valve member ( 3) the at least one injection port (4) release or close. Moreover, the invention relates to a fuel injection valve with such a nozzle assembly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe. Über die Düsenbaugruppe bzw. über das Brennstoffeinspritzventil sind gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar.The invention relates to a nozzle assembly having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injection valve with such a nozzle assembly. Gaseous and / or liquid fuels can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine via the nozzle assembly or via the fuel injection valve.

Das Brennstoffeinspritzventil kann als Mono-Fuel-Injektor oder als Dual-Fuel-Injektor ausgebildet sein.The fuel injection valve may be designed as a mono-fuel injector or as a dual-fuel injector.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art weisen in der Regel mindestens ein mit einem Dichtsitz zusammenwirkendes nadelförmiges Ventilschließglied auf, das zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung in einem Düsenkörper hubbeweglich geführt ist. Handelt es sich um einen Dual-Fuel-Injektor sind zwei solcher nadelförmigen Ventilschließglieder bzw. Düsennadeln vorgesehen, von denen eine als Hohlnadel ausgebildet ist, um eine koaxiale Anordnung zu ermöglichen. Die als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel steuert die Einspritzung eines gasförmigen Brennstoffs, wie beispielsweise Erdgas, während über die innere Düsennadel die Einspritzung eines flüssigen Brennstoffs, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, steuerbar ist.Fuel injection valves of the abovementioned type generally have at least one needle-shaped valve closure member cooperating with a sealing seat, which is guided in a liftable manner in a nozzle body for releasing and closing at least one injection opening. If it is a dual-fuel injector two such needle-shaped valve closure members or nozzle needles are provided, one of which is designed as a hollow needle to allow a coaxial arrangement. The outer needle designed as a hollow needle controls the injection of a gaseous fuel, such as natural gas, while via the inner nozzle needle, the injection of a liquid fuel, such as diesel fuel, is controllable.

Die Einspritzung gasförmiger Brennstoffe, und zwar unabhängig davon, ob das Brennstoffeinspritzventil als Mono-Fuel-Injektor oder als Dual-Fuel-Injektor ausgebildet ist, erfordert vergleichsweise große Sitzdurchmesser, um denselben Energiegehalt der Einspritzmenge im Vergleich zur Dieseleinspritzung zu erhalten. Dies führt zu einem großen Dichtumfang an der Düsennadel, die demzufolge mit einer großen Fläche den wechselnden Druck vor der mindestens einen Einspritzöffnung erfährt. Dies wiederum wirkt sich negativ auf den Druckausgleich der Düsennadel aus, so dass die Gefahr eines unbeabsichtigten Öffnens besteht. Um ein unbeabsichtigtes Öffnen der Düsennadel sicher zu verhindern, kann die Düsennadel in Richtung des Dichtsitzes mittels einer starken Feder axial vorgespannt werden. Dadurch erhöhen sich jedoch auch die zum Öffnen der Düsennadel erforderlichen Schaltkräfte, was sich negativ auf den Energiebedarf des Injektors auswirkt.The injection of gaseous fuels, regardless of whether the fuel injection valve is designed as a mono-fuel injector or as a dual-fuel injector, requires comparatively large seat diameters in order to obtain the same energy content of the injection quantity compared to the diesel injection. This leads to a large sealing circumference at the nozzle needle, which consequently experiences the alternating pressure in front of the at least one injection opening with a large area. This in turn has a negative effect on the pressure balance of the nozzle needle, so that the risk of unintentional opening exists. In order to reliably prevent unintentional opening of the nozzle needle, the nozzle needle can be axially biased in the direction of the sealing seat by means of a strong spring. However, this also increases the switching forces required to open the nozzle needle, which has a negative effect on the energy requirement of the injector.

Beim Schließen ist der Dichtsitz durch die einschlagende Düsennadel einer hohen Belastung ausgesetzt. Bei der Einspritzung gasförmiger Brennstoffe kommt erschwerend hinzu, dass der Dichtsitz keine Schmierung erfährt. Der Dichtsitz ist somit einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Negativ wirkt sich in diesem Zusammenhang auch die Temperaturbelastung aus dem Brennraum aus. Der Verschleiß im Dichtsitz kann dazu führen, dass die Düsennadel nicht mehr sicher schließt, so dass die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils deutlich herabgesetzt ist.When closing the sealing seat is exposed by the impacting nozzle needle a high load. In the injection of gaseous fuels is aggravating added that the sealing seat undergoes no lubrication. The sealing seat is thus exposed to increased wear. In this context, the temperature load from the combustion chamber also has a negative effect. The wear in the sealing seat can cause the nozzle needle does not close safely, so that the life of the fuel injection valve is significantly reduced.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil anzugeben, die weniger verschleißbehaftet ist, um die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils zu erhöhen. Ferner soll durch die Düsenbaugruppe der Energiebedarf des Brennstoffeinspritzventils verringert werden.The present invention has for its object to provide a nozzle assembly for a fuel injection valve, which is less subject to wear in order to increase the life of the fuel injection valve. Furthermore, the energy requirement of the fuel injection valve should be reduced by the nozzle assembly.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.To solve the problem, the nozzle assembly is proposed with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. Further, a fuel injection valve is provided with such a nozzle assembly.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper und ein Ventilglied, das zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung, die im Düsenkörper oder in einer an den Düsenkörper angesetzten Sitzplatte ausgebildet ist, hub- oder drehbeweglich aufgenommen ist. Erfindungsgemäß wirkt das Ventilglied mit mehreren Schließelementen zusammen, denen jeweils ein mit der mindestens einen Einspritzöffnung kommunizierender Dichtsitz zugeordnet ist, so dass die Schließelemente bei einer Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds die mindestens eine Einspritzöffnung freigeben oder verschließen.The nozzle assembly proposed for a fuel injector for injecting gaseous and / or liquid fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle body and a valve member adapted to release and close at least one injection port formed in the nozzle body or in a seat plate attached to the nozzle body - or is recorded rotatably. According to the invention, the valve member cooperates with a plurality of closing elements, to each of which a sealing seat communicating with the at least one injection opening is assigned, so that the closing elements release or close the at least one injection opening during a lifting or rotary movement of the valve member.

Bei der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe wird demnach die Abdichtung des brennstoffführenden Bereichs gegenüber dem Brennraum nicht durch eine einzelne mit einem Dichtsitz zusammenwirkende Düsennadel bewirkt, sondern durch mehrere „kleine“ Schließelemente, die beim Schließen aufgrund ihrer reduzierten Masse eine deutlich geringere Impulskraft besitzen. Dadurch sinkt die Belastung im Bereich der Dichtsitze und der Verschleiß wird verringert. Die Belastung kann weiter gesenkt werden, wenn die Schließelemente bei einer Bewegung des Ventilglieds aus ihren Dichtsitzen gerollt werden. Das Ausrollen der Schließelemente kann – je nach Anordnung der Dichtsitze – über eine Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds bewirkt werden. Die Rollbewegung der Schließelemente setzt den Verschleiß im Bereich der Dichtsitze weiter herab.In the nozzle assembly according to the invention, therefore, the sealing of the fuel-carrying area relative to the combustion chamber is not effected by a single nozzle needle cooperating with a sealing seat, but by a plurality of "small" closing elements, which have a much lower momentum when closing due to their reduced mass. This reduces the load in the area of the sealing seats and reduces wear. The load can be further reduced when the closure members are rolled out of their sealing seats upon movement of the valve member. The rolling of the closing elements can - depending on the arrangement of the sealing seats - be effected via a lifting or rotating movement of the valve member. The rolling movement of the closing elements further reduces wear in the area of the sealing seats.

Ferner wird über die mehreren Schließelemente die effektive Druckfläche zum Brennraum reduziert. Denn bei konstantem Sitzquerschnitt, der sich bei den mehreren Schließelementen aus der Summe aller Sitzquerschnitte ergibt, verringert sich – im Vergleich zur einzelnen Düsennadel – die Druckfläche, die den wechselnden Druck vor den Einspritzöffnungen erfährt. Entsprechend kann die Vorspannkraft der Schließelemente in Richtung ihrer Dichtsitze verringert werden. Ferner verringern sich die zum Öffnen erforderlichen Schaltkräfte. Furthermore, the effective pressure surface is reduced to the combustion chamber via the plurality of closing elements. Because with a constant seat cross-section, which results in the sum of all seat cross-sections in the case of the several closing elements, the pressure surface which experiences the alternating pressure in front of the injection openings is reduced compared to the individual nozzle needle. Accordingly, the biasing force of the closing elements can be reduced in the direction of their sealing seats. Furthermore, the switching forces required for opening are reduced.

Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe kann demnach nicht nur die Lebensdauer eines Brennstoffeinspritzventils erhöht werden, sondern das Brennstoffeinspritzventil kann zudem energieeffizient betrieben werden. Durch die verringerten Schaltkräfte können darüber hinaus vereinfachte Ansteuerkonzepte realisiert werden. Beispielsweise kann das Brennstoffeinspritzventil als Direktschalter ausgebildet sein.Accordingly, not only the service life of a fuel injection valve can be increased by using a nozzle assembly according to the invention, but also the fuel injection valve can be operated in an energy-efficient manner. Due to the reduced switching forces simplified control concepts can be realized beyond. For example, the fuel injection valve may be designed as a direct switch.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schließelemente kugelförmig ausgebildet. Die Kugelform vereinfacht die Fertigung, so dass auch schwer zu bearbeitende Werkstoffe, insbesondere Hochleistungswerkstoffe, wie beispielsweise Keramiken, zum Einsatz gelangen können. Da derartige Werkstoffe in der Regel besonders verschleißfest sind, kann auf diese Weise der Verschleiß weiter verringert werden. Damit steigen die Qualität und die Lebensdauer des Dichtsitzes.According to a preferred embodiment of the invention, the closing elements are spherical. The spherical shape simplifies the production, so that difficult-to-process materials, especially high-performance materials, such as ceramics, can be used. Since such materials are usually particularly resistant to wear, the wear can be further reduced in this way. This increases the quality and service life of the seal seat.

Die den Schließelementen zugeordneten Dichtsitze sind vorzugsweise im Düsenkörper oder in der Sitzplatte ausgebildet. Weiterhin vorzugsweise sind die Dichtsitze als Flachsitz oder Kegelsitz ausgeführt. In beiden Fällen wird in Verbindung mit einem kugelförmigen Schließelement eine Abdichtung über einen ringförmigen Dichtkontakt bewirkt, der eine hohe Dichtkraft besitzt.The sealing seats associated with the closing elements are preferably formed in the nozzle body or in the seat plate. Further preferably, the sealing seats are designed as a flat seat or conical seat. In both cases, sealing in conjunction with a spherical closure element is effected via an annular sealing contact which has a high sealing force.

Bevorzugt sind die Schließelemente über das Ventilglied geführt. Die Führung der Schließelemente über das Ventilglied stellt sicher, dass diese bei einer Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds, aus ihren Dichtsitzen gehoben werden. Das Ventilglied kann zur Führung der Schließelemente endseitig einen Käfig ausbilden, in dem die Schließelemente zumindest abschnittsweise aufgenommen sind. Die Führung über einen Käfig besitzt den Vorteil, dass die Schließelemente soweit entkoppelt sind, dass sie sich selbständig in Bezug auf den jeweils zugeordneten Dichtsitz auszurichten vermögen.Preferably, the closing elements are guided over the valve member. The guidance of the closing elements via the valve member ensures that they are lifted during a lifting or rotary movement of the valve member, from their sealing seats. The valve member may form a cage end for guiding the closing elements, in which the closing elements are accommodated at least in sections. The guide via a cage has the advantage that the closing elements are decoupled so far that they are able to align themselves independently with respect to the respective associated sealing seat.

Die Führung der Schließelemente kann dergestalt sein, dass nicht alle Schließelemente zeitgleich, sondern zeitlich versetzt zueinander öffnen bzw. schließen. Auf diese Weise kann die erforderliche Öffnungskraft weiter gesenkt werden. Ferner sind in Abhängigkeit vom Hub bzw. von der Rotation des Ventilglieds unterschiedliche Spritzbilder und/oder Einspritzraten darstellbar. Insbesondere können Kleinstmengen einfach erreicht werden.The leadership of the closing elements may be such that not all closing elements at the same time, but temporally staggered open or close. In this way, the required opening force can be further reduced. Furthermore, different spray patterns and / or injection rates can be displayed as a function of the stroke or of the rotation of the valve member. In particular, small quantities can be easily achieved.

Ferner bevorzugt sind die Schließelemente über mindestens ein Federelement in Richtung der Dichtsitze axial vorgespannt. Die Vorspannung wirkt einem unbeabsichtigten Öffnen entgegen, wobei die Vorspannkraft vergleichsweise gering gewählt werden kann, da die Schließelemente eine vom wechselnden Druck im Brennraum beaufschlagte verringerte Druckfläche aufweisen. Vorzugsweise ist das Federelement auf der den Schließelementen abgewandten Seite am Ventilglied abgestützt, so dass es von dem Ventilglied mitgeführt wird.Further preferably, the closing elements are axially biased by at least one spring element in the direction of the sealing seats. The bias counteracts unintentional opening, wherein the biasing force can be selected comparatively small, since the closing elements have a reduced pressure area acted upon by the alternating pressure in the combustion chamber. Preferably, the spring element is supported on the side facing away from the closing elements on the valve member, so that it is carried by the valve member.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Ventilglied über eine Feder in Richtung der Dichtsitze axial vorgespannt ist. Die Feder bewirkt oder unterstützt die Rückstellung des Ventilglieds nach einer Hub- oder Drehbewegung. Führt das Ventilglied eine Hubbewegung aus, kann der Düsenkörper oder die an den Düsenkörper angesetzte Sitzplatte als Endanschlag für das Ventilglied dienen. Das Ventilglied schlägt dabei außerhalb der Dichtsitze der Schließelemente am Düsenkörper bzw. an der Sitzplatte an, so dass eine zusätzliche Belastung der Dichtsitze nicht zu befürchten ist.Furthermore, it is proposed that the valve member is axially biased by a spring in the direction of the sealing seats. The spring causes or supports the return of the valve member after a lifting or rotating movement. If the valve member carries out a lifting movement, the nozzle body or the seat plate attached to the nozzle body can serve as an end stop for the valve member. The valve member strikes outside the sealing seats of the closing elements on the nozzle body or on the seat plate, so that an additional load on the sealing seats is not to be feared.

Vorteilhafterweise ist das Ventilglied gegen Verdrehen gesichert. Das heißt, dass Mittel vorhanden sind, die einer Relativbewegung des Ventilglieds gegenüber dem Düsenkörper bzw. der Sitzplatte entgegenwirken. Diese Mittel können beispielsweise einen Passstift oder dergleichen umfassen. Ferner kann eine Verdrehsicherung des Ventilglieds über mindestens einen Drehanschlag für das Ventilglied oder die Schließelemente bewirkt werden. Die Verdrehsicherung des Ventilglieds gewährleistet eine korrekte Ausrichtung der Schließelemente in Bezug auf die ihnen jeweils zugeordneten Dichtsitze im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils.Advantageously, the valve member is secured against rotation. This means that there are means which counteract a relative movement of the valve member relative to the nozzle body or the seat plate. These means may include, for example, a dowel pin or the like. Furthermore, an anti-rotation of the valve member via at least one rotation stop for the valve member or the closing elements can be effected. The rotation of the valve member ensures correct alignment of the closing elements with respect to their respective associated sealing seats in the operation of the fuel injection valve.

Bevorzugt weist das Ventilglied endseitig mindestens eine Geometrie auf, die mindestens ein Schließelement hintergreift. Sofern das Ende des Ventilglieds als Käfig ausgebildet ist, bildet der Käfig eine solche Geometrie auf. Dies kann beispielsweise eine Fußkante sein, die teilweise unter das Schließelement greift. Dies lässt sich besonders einfach realisieren, wenn das Schließelement kugelförmig ausgebildet ist. Bei einer Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds wird dann das Schließelement über die Fußkante aus dem Dichtsitz gehoben bzw. gerollt.Preferably, the valve member has at least one geometry on the end, which engages behind at least one closing element. If the end of the valve member is formed as a cage, the cage forms such a geometry. This may for example be a foot edge, which partially engages under the closing element. This can be particularly easily realized when the closing element is spherical. During a lifting or rotary movement of the valve member, the closing element is then lifted or rolled out of the sealing seat via the foot edge.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ventilglied zumindest abschnittsweise als Hohlkörper ausgeführt ist und einen weiteren Düsenkörper umgibt, in dem zum Freigeben und Verschließen weiterer Einspritzöffnungen, über welche ein flüssiger Brennstoff einspritzbar ist, ein nadelförmiges Ventilglied hubbeweglich aufgenommen ist. Eine solche Düsenbaugruppe findet in einem Dual-Fuel-Injektor Einsatz. Der im Ventilglied aufgenommene weitere Düsenkörper bewirkt eine sichere Medientrennung. Darüber hinaus kann der weitere Düsenkörper zur Führung mindestens eines Ventilglieds eingesetzt werden.In a further development of the invention it is proposed that the valve member is at least partially designed as a hollow body and surrounds a further nozzle body, in the release and Closing further injection openings, via which a liquid fuel can be injected, a needle-shaped valve member is received liftable. Such a nozzle assembly is used in a dual-fuel injector. The added in the valve member further nozzle body causes a secure media separation. In addition, the further nozzle body can be used to guide at least one valve member.

Im Unterschied zu einem Dual-Fuel-Injektor mit zwei koaxialen, ineinander geführten Düsennadeln, kann bei der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe auf eine brennraumnahe Führung des außenliegenden Ventilglieds verzichtet werden. Denn die mehreren vorzugsweise kugelförmigen Schließelemente sind über den Käfig geführt. Die Einspritzöffnungen für den gasförmigen Brennstoff können somit weiter unten, das heißt in Richtung des Brennraums angeordnet werden. Um den gleichen Betrag kann das die Düsenbaugruppe aufweisende Brennstoffeinspritzventil aus dem Brennraum zurückgesetzt werden, so dass die thermische Belastung der Düsenbaugruppe herabgesetzt wird.In contrast to a dual-fuel injector with two coaxial, nested nozzle needles, in the nozzle assembly according to the invention can be dispensed with a close to the combustion chamber guide the outer valve member. Because the several preferably spherical locking elements are guided over the cage. The injection openings for the gaseous fuel can thus be arranged further down, that is to say in the direction of the combustion chamber. By the same amount, the fuel injector having the nozzle assembly may be reset from the combustion chamber, thereby reducing the thermal load on the nozzle assembly.

Vorzugsweise bildet der weitere Düsenkörper die weiteren Einspritzöffnungen zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs und einen Dichtsitz für das nadelförmige Ventilglied aus. Auf diese Weise kann die Ausbildung der Düsenbaugruppe einfach gehalten werden.Preferably, the further nozzle body forms the further injection openings for injecting the liquid fuel and a sealing seat for the needle-shaped valve member. In this way, the formation of the nozzle assembly can be kept simple.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der weitere Düsenkörper den außenliegenden Düsenkörper oder die Sitzplatte durchsetzt. Dadurch ist sichergestellt, dass die im weiteren Düsenköper ausgebildeten Einspritzöffnungen zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs unmittelbar in den Brennraum öffnen.It is also proposed that the further nozzle body passes through the outer nozzle body or the seat plate. This ensures that the injection openings formed in the further nozzle body open directly into the combustion chamber for the purpose of injecting the liquid fuel.

Der weitere Düsenkörper wird vorzugsweise radial außen von Gasdruck und radial innen von dem Druck des flüssigen Brennstoffs beaufschlagt. Durch die beidseitige Druckbeaufschlagung, verringert sich die Gesamtbelastung und der weitere Düsenkörper kann vergleichsweise dünnwandig ausgebildet werden.The additional nozzle body is preferably acted on radially outward by gas pressure and radially inward by the pressure of the liquid fuel. Due to the two-sided pressurization, the total load is reduced and the other nozzle body can be formed comparatively thin-walled.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe umfasst. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe kann die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils gesteigert werden, da die Dichtsitze weniger verschleißbehaftet sind. Darüber hinaus kann ein solches Brennstoffeinspritzventil energieeffizient betrieben werden.To solve the object mentioned above, a fuel injection valve for injecting gaseous and / or liquid fuels is further proposed in a combustion chamber of an internal combustion engine comprising a nozzle assembly according to the invention. By using a nozzle assembly according to the invention, the life of the fuel injector can be increased because the sealing seats are less subject to wear. In addition, such a fuel injection valve can be operated energy-efficiently.

Das Brennstoffeinspritzventil kann als Mono-Fuel-Injektor oder als Dual-Fuel-Injektor ausgebildet sein.The fuel injection valve may be designed as a mono-fuel injector or as a dual-fuel injector.

Die geringen Schaltkräfte zum Schalten eines Brennstoffeinspritzventils mit erfindungsgemäßer Düsenbaugruppe ermöglichen die Umsetzung einfacher Ansteuerkonzepte. Beispielsweise kann das Brennstoffeinspritzventil als Direktschalter ausgebildet sein. Dadurch kann die Effizienz im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils nochmals gesteigert werden.The low switching forces for switching a fuel injection valve with nozzle assembly according to the invention enable the implementation of simple control concepts. For example, the fuel injection valve may be designed as a direct switch. As a result, the efficiency in the operation of the fuel injection valve can be further increased.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, 1 FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a fuel injection valve with a nozzle assembly according to the invention according to a first preferred embodiment, FIG.

2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Düsenkörperkuppe, 2 an enlarged section of the 1 in the area of the nozzle body,

3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, 3 a schematic longitudinal section through a fuel injection valve with a nozzle assembly according to the invention according to a second preferred embodiment,

4 eine Schnittansicht der Düsenbaugruppe der 3 in vergrößerter Darstellung, 4 a sectional view of the nozzle assembly of 3 in an enlarged view,

5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und 5 a longitudinal section through a nozzle assembly according to the invention according to another preferred embodiment and

6 eine Gegenüberstellung einer herkömmlichen Düsenbaugruppe (linke Seite) und einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe (rechte Seite) für einen Dual-Fuel-Injektor. 6 a comparison of a conventional nozzle assembly (left side) and a nozzle assembly (right side) according to the invention for a dual-fuel injector.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Das in der 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil dient der Einspritzung von gasförmigem Brennstoff in einen Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine. Es ist als Direktschalter ausgebildet, da das Öffnen vergleichsweise geringe Schaltkräfte erfordert. Denn die Einspritzung erfolgt über Einspritzöffnungen 4, die in einer Sitzplatte 5 ausgebildet sind, die je Einspritzöffnung 4 einen kegelförmigen Dichtsitz 7 für ein kugelförmiges Schließelement 6 ausbildet. Die mehreren kugelförmigen Schließelemente 6 dichten mit einer vergleichsweise kleinen Fläche ab, so dass auch nur eine vergleichsweise kleine Fläche von dem wechselnden Druck im Brennraum 1 beaufschlagt ist. Entsprechend klein ist die Vorspannkraft eines Federelements 9 gewählt, dessen Federkraft die Schließelemente 6 gegen die Dichtsitze 7 axial vorspannt (siehe auch 2).That in the 1 shown fuel injection valve is used for the injection of gaseous fuel into a combustion chamber 1 an internal combustion engine. It is designed as a direct switch, since the opening requires comparatively low switching forces. Because the injection takes place via injection openings 4 in a seat plate 5 are formed, the per injection port 4 a conical sealing seat 7 for a spherical closing element 6 formed. The several spherical locking elements 6 Dense with a relatively small area, so that even a relatively small area of the changing pressure in the combustion chamber 1 is charged. Correspondingly small is the biasing force of a spring element 9 chosen, whose spring force the closing elements 6 against the sealing seats 7 axially biased (see also 2 ).

Die zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils erforderliche Schaltkraft wird durch einen Magnetaktor bewirkt, der eine ringförmige Magnetspule 17 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 18 umfasst. Der Anker 18 ist mit einem Ventilglied 3 gekoppelt, das an seinem brennraumseitigen Ende einen Käfig 8 zur Führung der kugelförmigen Schließelemente 6 ausbildet. Durch den Käfig 8 sind die Schließelemente 6 vom Ventilglied 3 entkoppelt, so dass sie sich selbständig in Bezug auf ihren jeweiligen Dichtsitz 7 auszurichten vermögen. Der Magnetaktor ist über eine Spannmutter 19 mit einem Injektorkörper 20 und einem Düsenkörper 2 axial verspannt.The switching force required to open the fuel injection valve is effected by a solenoid actuator having an annular solenoid 17 for acting on a lifting anchor 18 includes. The anchor 18 is with a valve member 3 coupled, the at its combustion chamber end of a cage 8th for guiding the spherical locking elements 6 formed. Through the cage 8th are the closing elements 6 from the valve member 3 decoupled, leaving them self-reliant in relation to their respective sealing seat 7 able to align. The magnetic actuator is via a clamping nut 19 with an injector body 20 and a nozzle body 2 axially braced.

Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist das Ventilglied 3 ist mit einem Federteller 16 verbunden, an dem einerseits das Federelement 9, andererseits eine Feder 10 abgestützt ist, deren Federkraft das Ventilglied 3 in Richtung der Sitzplatte 5 axial vorspannt. Die Sitzplatte 5 dient somit als Hubanschlag für das Ventilglied 3. Dabei gelangt jedoch nur der Käfig 8 in Kontakt mit der Sitzplatte 5 und zwar außerhalb der Dichtsitze 7, so dass diese hierdurch nicht belastet werden. Auf die Dichtsitze 7 wirkt lediglich die Impulskraft der kugelförmigen Schließelemente 6, wenn das Brennstoffeinspritzventil schließt. Dadurch kann der Verschleiß im Bereich der Dichtsitze 7 deutlich reduziert werden.How the particular 2 it can be seen, is the valve member 3 is with a spring plate 16 connected, on the one hand, the spring element 9 , on the other hand, a spring 10 is supported, the spring force of the valve member 3 in the direction of the seat plate 5 axially biased. The seat plate 5 thus serves as a stroke stop for the valve member 3 , However, only the cage gets 8th in contact with the seat plate 5 outside the sealing seats 7 , so that they are not burdened by this. On the sealing seats 7 only the momentum of the spherical locking elements acts 6 when the fuel injector closes. This can cause wear in the area of the sealing seats 7 be significantly reduced.

Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils durchläuft der Käfig 8 einen Tothub, bis er die kugelförmigen Schließelemente 6 aus ihren Dichtsitzen 7 hebt. Am Käfig 8 ist hierzu eine Geometrie 11 in Form einer Fußkante ausgebildet, welche die kugelförmigen Schließelemente 6 hintergreift (siehe 5). Durch die Entkopplung der kugelförmigen Schließelemente 6 in Bezug auf den Käfig 8 wird die freie Orientierung der Schließelemente 6 gewährleistet, so dass diese sich beim Schließen selbstständig ausrichten können. Der Käfig 8 wird von dem gasförmigen Brennstoff umströmt, so dass er weitgehend druckausgeglichen ist. Zum Öffnen müssen somit nur geringe Kräfte überwunden werden, welche aus den vergleichsweise kleinen Sitzflächen der Dichtsitze 7 für die kugelförmigen Schließelemente 6 entstehen. Die Vorspannung der Schließelemente 6 über das Federelement 9 stellt sicher, dass im Startfall der Brennkraftmaschine, wenn der Druck im Brennraum 1 größer als der Gasdruck ist, in ihre Dichtsitze 7 gedrückt werden.When opening the fuel injection valve, the cage passes through 8th a Tothub until he sees the spherical locking elements 6 from their sealing seats 7 lifts. At the cage 8th this is a geometry 11 formed in the form of a foot edge, which the spherical closure elements 6 engages behind (see 5 ). By decoupling the spherical locking elements 6 in relation to the cage 8th becomes the free orientation of the closing elements 6 ensures that they can align themselves when closing. The cage 8th is flowed around by the gaseous fuel, so that it is largely pressure balanced. To open so only small forces must be overcome, which from the relatively small seats of the sealing seats 7 for the spherical locking elements 6 arise. The bias of the closing elements 6 over the spring element 9 ensures that when starting the engine when the pressure in the combustion chamber 1 greater than the gas pressure is in their sealing seats 7 be pressed.

In der 3 ist ein weiteres Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe dargestellt. Dieses ist als Dual-Fuel-Injektor ausgeführt und ermöglicht die Einspritzung eines gasförmigen Brennstoffs und/oder eines flüssigen Brennstoffs. Das Ventilglied 3 ist hierzu hohl ausgebildet und umgibt einen Düsenkörper 12, in dem ein nadelförmiges Ventilglied 14 hubbeweglich aufgenommen ist, so dass über die Hubbewegung des nadelförmigen Ventilglieds 14 Einspritzöffnungen 13 für den flüssigen Brennstoff freigebbar oder verschließbar sind. Das nadelförmige Ventilglied 14 wirkt hierbei mit einem im Düsenkörper 12 ausgebildeten Dichtsitz 15 zusammen (siehe auch 4).In the 3 another fuel injection valve is shown with a nozzle assembly according to the invention. This is designed as a dual-fuel injector and allows the injection of a gaseous fuel and / or a liquid fuel. The valve member 3 For this purpose, it is hollow and surrounds a nozzle body 12 in which a needle-shaped valve member 14 is received in a liftable manner, so that over the lifting movement of the needle-shaped valve member 14 Injection ports 13 are releasable or closable for the liquid fuel. The needle-shaped valve member 14 acts with one in the nozzle body 12 trained seal seat 15 together (see also 4 ).

Der Düsenkörper 12 durchsetzt die Sitzplatte 5, so dass sämtliche Einspritzöffnungen 4, 13 unmittelbar in den Brennraum 1 münden. Die Einspritzöffnungen 4 sind dabei näher zum Brennraum 1 hin orientiert als bei einem herkömmlichen Dual-Fuel-Injektor (siehe 6). Entsprechend kann das Brennstoffeinspritzventil um den Differenzbetrag h zurückgesetzt im Brennraum 1 angeordnet werden. Dadurch sinkt die Temperaturbelastung der Düsenbaugruppe.The nozzle body 12 passes through the seat plate 5 , so that all injection ports 4 . 13 directly into the combustion chamber 1 lead. The injection openings 4 are closer to the combustion chamber 1 oriented than with a conventional dual-fuel injector (see 6 ). Accordingly, the fuel injection valve can be reset by the difference h in the combustion chamber 1 to be ordered. This reduces the temperature load on the nozzle assembly.

Wie bei dem Brennstoffeinspritzventil der 1 und 2 werden die kugelförmigen Schließelemente 6 des in den 3 und 4 dargestellten Brennstoffeinspritzventils über eine Hubbewegung des Käfig 8 bzw. des den Käfig 8 ausbildenden Ventilglieds 3 aus ihren Dichtsitzen 7 gehoben. Der Käfig 8 bildet hierzu endseitig Geometrien 11 in Form von Fußkanten aus, welche die Schließelemente 6 hintergreifen. Beim Schließen senkt sich der Käfig 8 einschließlich der Schließelemente 6, wobei jedoch der Sitzverschluss und die Zentrierung der kugelförmigen Schließelemente 6 über die herrschenden Strömungskräfte und den anschließenden Druckgradienten bewirkt werden. Zudem unterstützt die Vorspannkraft des Federelements 9 den Schließvorgang. Die Hauptaufgabe des Federelements 9 besteht jedoch darin, die kugelförmigen Schließelemente 6 im Startfall der Brennkraftmaschine, wenn der Druck im Brennraum 1 größer als der Gasdruck ist, in ihre Dichtsitze 7 zu drücken, bis der Gasdruck einen vorgegebenen Betriebsdruck erreicht hat.As with the fuel injector the 1 and 2 become the spherical locking elements 6 in the 3 and 4 illustrated fuel injection valve via a lifting movement of the cage 8th or the cage 8th forming valve member 3 from their sealing seats 7 lifted. The cage 8th forms end geometries 11 in the form of foot edges, which are the closing elements 6 engage behind. When closing the cage lowers 8th including the closing elements 6 However, the seat closure and the centering of the spherical closure elements 6 be effected over the prevailing flow forces and the subsequent pressure gradient. In addition, the biasing force of the spring element supports 9 the closing process. The main task of the spring element 9 however, it consists of the spherical locking elements 6 in the starting case of the internal combustion engine when the pressure in the combustion chamber 1 greater than the gas pressure is in their sealing seats 7 to press until the gas pressure has reached a predetermined operating pressure.

Das Ventilglied 3 der in der 4 dargestellten Düsenbaugruppe könnte anstelle einer Hubbewegung auch eine Drehbewegung zum Öffnen der Dichtsitze 7 ausführen. Die am Ventilglied 3 bzw. am Käfig 8 des Ventilglieds 3 ausgebildeten Geometrien 11, welche die kugelförmigen Schließelemente 6 hintergreifen, würden dann zum Ausrollen der Schließelemente 6 aus den Dichtsitzen 7 führen. Um eine Drehbewegung des Ventilglieds 3 anstelle einer Hubbewegung zu ermöglichen, müsste lediglich die Aktorik angepasst werden.The valve member 3 the Indian 4 illustrated nozzle assembly could instead of a lifting movement and a rotational movement to open the sealing seats 7 To run. The on the valve member 3 or on the cage 8th of the valve member 3 trained geometries 11 which the spherical locking elements 6 engage behind, then to roll out the closing elements 6 from the sealing seats 7 to lead. To a rotational movement of the valve member 3 Instead of allowing a stroke movement, only the actuator would have to be adjusted.

Ein Ausrollen der kugelförmigen Schließelemente 6 aus ihren Dichtsitzen 7 ist auch bei einer Hubbewegung des Ventilglieds 3 möglich. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der 5 dargestellt, die eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe für einen Dual-Fuel-Injektor zeigt. Die Dichtsitze 7 sind schräg liegend angeordnet, so dass die kugelförmigen Schließelemente 6 bei einem Hub des Ventilglieds 3 bzw. beim Öffnen über die Dichtsitze 7 abrollen. Diese sind demnach keiner Schlagbeanspruchung ausgesetzt. Dadurch kann der Verschleiß im Bereich der Dichtsitze 7 auf ein Minimum reduziert werden. Zudem werden die auf den Käfig 8 einwirkenden Schaltkräfte weiter gesenkt.A rolling out of the spherical closing elements 6 from their sealing seats 7 is also at a stroke movement of the valve member 3 possible. This embodiment is exemplary in the 5 showing a nozzle assembly according to the invention for a dual-fuel injector. The sealing seats 7 are arranged obliquely, so that the spherical locking elements 6 at a stroke of the valve member 3 or when opening via the sealing seats 7 roll. These are therefore exposed to any impact stress. This can cause wear in the area of the sealing seats 7 be reduced to a minimum. In addition, those on the cage 8th acting switching forces further lowered.

Das Öffnen und Schließen mittels einer Rollbewegung der kugelförmigen Schließelemente 6 kann analog in einem Mono-Fuel-Injektor entsprechend der 1 und 2 umgesetzt werden, und zwar unabhängig davon, ob das Ventilglied 3 eine Hub- oder Drehbewegung ausführt.The opening and closing by means of a rolling movement of the spherical closure elements 6 can be used analogously in a mono-fuel injector according to the 1 and 2 be implemented, regardless of whether the valve member 3 performs a lifting or rotating movement.

Claims (13)

Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (2) und ein Ventilglied (3), das zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung (4), die im Düsenkörper (2) oder in einer an den Düsenkörper (2) angesetzten Sitzplatte (5) ausgebildet ist, im Düsenkörper (2) hub- oder drehbeweglich aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) mit mehreren Schließelementen (6) zusammenwirkt, denen jeweils ein mit der mindestens einen Einspritzöffnung (4) kommunizierender Dichtsitz (7) zugeordnet ist, so dass die Schließelemente (6) bei einer Hub- oder Drehbewegung des Ventilglieds (3) die mindestens eine Einspritzöffnung (4) freigeben oder verschließen.Nozzle assembly for a fuel injection valve for injecting gaseous and / or liquid fuels into a combustion chamber ( 1 ) of an internal combustion engine, comprising a nozzle body ( 2 ) and a valve member ( 3 ) for releasing and closing at least one injection opening ( 4 ) in the nozzle body ( 2 ) or in a to the nozzle body ( 2 ) seat plate ( 5 ) is formed in the nozzle body ( 2 ) is received in a liftable or rotatable manner, characterized in that the valve member ( 3 ) with several closing elements ( 6 ), which in each case one with the at least one injection opening ( 4 ) communicating sealing seat ( 7 ), so that the closing elements ( 6 ) during a lifting or rotary movement of the valve member ( 3 ) the at least one injection opening ( 4 ) release or close. Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließelemente (6) kugelförmig ausgebildet sind.Nozzle assembly according to claim 1, characterized in that the closing elements ( 6 ) are spherical. Düsenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schließelementen (6) zugeordneten Dichtsitze (7) im Düsenkörper (2) oder in der Sitzplatte (5), vorzugsweise als Flachsitz oder als Kegelsitz, ausgebildet sind.Nozzle assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the closing elements ( 6 ) associated sealing seats ( 7 ) in the nozzle body ( 2 ) or in the seat plate ( 5 ), preferably as a flat seat or as a conical seat are formed. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließelemente (6) über das Ventilglied (3) geführt sind, wobei vorzugsweise das Ventilglied (3) endseitig einen Käfig (8) ausbildet, in dem die Schließelemente (6) zumindest abschnittsweise aufgenommen sind. Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the closing elements ( 6 ) via the valve member ( 3 ) are guided, wherein preferably the valve member ( 3 ) end a cage ( 8th ), in which the closing elements ( 6 ) are included at least in sections. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließelemente (6) über mindestens ein Federelement (9) in Richtung der Dichtsitze (7) axial vorgespannt sind, wobei vorzugsweise das Federelement (9) am Ventilglied (3) abgestützt ist.Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the closing elements ( 6 ) via at least one spring element ( 9 ) in the direction of the sealing seats ( 7 ) are axially biased, wherein preferably the spring element ( 9 ) on the valve member ( 3 ) is supported. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) über eine Feder (10) in Richtung der Dichtsitze (7) axial vorgespannt ist, wobei vorzugsweise der Düsenkörper (2) oder die Sitzplatte (5) als ein Endanschlag für das Ventilglied (3) dient.Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 3 ) via a spring ( 10 ) in the direction of the sealing seats ( 7 ) is axially biased, wherein preferably the nozzle body ( 2 ) or the seat plate ( 5 ) as an end stop for the valve member ( 3 ) serves. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) gegen Verdrehen gesichert ist.Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 3 ) is secured against twisting. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) endseitig mindestens eine Geometrie (11) besitzt, die mindestens ein Schließelement (6) hintergreift.Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 3 ) at least one geometry ( 11 ), which has at least one closing element ( 6 ) engages behind. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) zumindest abschnittsweise als Hohlkörper ausgeführt ist und einen weiteren Düsenkörper (12) umgibt, in dem zum Freigeben und Verschließen weiterer Einspritzöffnungen (13), über welche ein flüssiger Brennstoff einspritzbar ist, ein nadelförmiges Ventilglied (14) hubbeweglich aufgenommen ist.Nozzle assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the valve member ( 3 ) is executed at least in sections as a hollow body and another nozzle body ( 12 ), in which for releasing and closing further injection openings ( 13 ), via which a liquid fuel can be injected, a needle-shaped valve member ( 14 ) is received in a liftable manner. Düsenbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Düsenkörper (12) die weiteren Einspritzöffnungen (13) und einen Dichtsitz (15) für das nadelförmige Ventilglied (14) ausgebildet.Nozzle assembly according to claim 9, characterized in that the further nozzle body ( 12 ) the further injection openings ( 13 ) and a sealing seat ( 15 ) for the needle-shaped valve member ( 14 ) educated. Düsenbaugruppe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Düsenkörper (12) den außenliegenden Düsenkörper (2) oder die Sitzplatte (5) durchsetzt. Nozzle assembly according to claim 9 or 10, characterized in that the further nozzle body ( 12 ) the outer nozzle body ( 2 ) or the seat plate ( 5 ) interspersed. Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel injection valve for injecting gaseous and / or liquid fuels into a combustion chamber of an internal combustion engine having a nozzle assembly according to one of the preceding claims. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffeinspritzventil als Direktschalter ausgebildet ist.Fuel injection valve according to claim 12, characterized in that the fuel injection valve is designed as a direct switch.
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