DE102017202686A1

DE102017202686A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102017202686A1
Application number: DE102017202686.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Guggenbichler; Sven Pasedach; Markus Schwarzenberger; Armin Hofstaedter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-23
Also published as: KR20190116443A; JP6802931B2; EP3583310B1; EP3583310A1; JP2020507033A; WO2018149555A1; CN110325728B; CN110325728A; KR102399897B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (1) einen Düsenkörper (5) umfasst. In dem Düsenkörper (5) ist ein Druckraum (8) ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung (13) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung (9) freigebende oder verschließende längsbewegliche Düsennadel (7) ist in dem Druckraum (8) angeordnet. Eine Kühlgruppe (100) ist den Düsenkörper (5) zumindest teilweise umgebend angeordnet. Die Kühlgruppe (100) umfasst einen Kühlring (101), welcher eine Vielzahl, vorzugsweise mehr als 20, durchströmbarer Strömungskanäle (200) zur Kühlung des Düsenkörpers (5) begrenzt.

The invention relates to a fuel injector (1) for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel injector (1) comprises a nozzle body (5). In the nozzle body (5), a pressure chamber (8) is formed, which is supplied via an inlet bore (13) with pressurized fuel. An at least one injection opening (9) releasing or closing longitudinally movable nozzle needle (7) is arranged in the pressure chamber (8). A cooling group (100) is arranged at least partially surrounding the nozzle body (5). The cooling group (100) comprises a cooling ring (101), which delimits a multiplicity, preferably more than 20, flow-through flow channels (200) for cooling the nozzle body (5).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.

Ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ist aus der EP1781931 B1 bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor umfasst einen Injektorkörper und einen Düsenkörper. Der Injektorkörper und der Düsenkörper sind durch eine Düsenspannmutter miteinander verspannt. In dem Düsenkörper ist ein Druckraum ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung freigebende oder verschließende längsbewegliche Düsennadel ist in dem Druckraum längsbeweglich angeordnet.A fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine is known from EP1781931 B1 known. The known fuel injector comprises an injector body and a nozzle body. The injector body and the nozzle body are clamped together by a nozzle lock nut. In the nozzle body, a pressure chamber is formed, which is supplied via an inlet bore with pressurized fuel. An at least one injection opening releasing or closing longitudinally movable nozzle needle is arranged to be longitudinally movable in the pressure chamber.

Weiterhin weist der bekannte Kraftstoffinjektor in dem Düsenkörper ausgebildete Kühlkanäle bzw. Strömungskanäle auf. Diese Kühlkanäle dienen der Kühlung von Düsenkörper und Düsennadel, speziell in den dem Brennraum zugewandten Bereichen.Furthermore, the known fuel injector in the nozzle body formed on cooling channels or flow channels. These cooling channels are used to cool the nozzle body and nozzle needle, especially in the combustion chamber facing areas.

Die Ausbildung der Kühlkanäle in dem Düsenkörper führt zu einer Reduzierung der Festigkeit des Düsenkörpers und damit seiner Lebensdauer. Weiterhin ist es nicht möglich, bestehende Kraftstoffinjektoren ohne Aktivkühlung einfach auf Ausführungen mit Kühlkanälen umzurüsten.The formation of the cooling channels in the nozzle body leads to a reduction in the strength of the nozzle body and thus its life. Furthermore, it is not possible to convert existing fuel injectors without active cooling simply on versions with cooling channels.

Weiterhin gibt es, insbesondere bei der Verwendung von mehreren Kraftstoffinjektoren für einen Brennraum, Betriebspunkte, bei denen nur eine vergleichsweise geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird und demzufolge auch nur eine geringe Eigenkühlung durch die eingespritzte Kraftstoffmenge erfolgt. Dies gilt beispielsweise auch für sogenannte Dual Fuel Motoren, bei denen nur eine geringe Kraftstoffmenge, beispielsweise Diesel, eingespritzt wird, um eine initiale Zündung des Hauptkraftstoffs Gas einzuleiten.Furthermore, there are, in particular when using a plurality of fuel injectors for a combustion chamber, operating points in which only a comparatively small amount of fuel is injected and, consequently, only a small internal cooling by the injected fuel quantity. This also applies, for example, to so-called dual-fuel engines, in which only a small amount of fuel, for example diesel, is injected in order to initiate an initial ignition of the main fuel gas.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgegenüber vermindern die Kühlkanäle bzw. Strömungskanäle des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine die Festigkeit des Düsenkörpers nicht. Außerdem kann bei herkömmlichen Kraftstoffinjektoren eine Aktivkühlung leicht nachgerüstet werden. Weiterhin ist die Kühlung des Düsenkörpers sehr effektiv ausgeführt, da die wirksame Kühlfläche vergleichsweise groß ist. Es kann auch eine Kühlmenge unabhängig von der eingespritzten Kraftstoff menge verwendet werden.In contrast, the cooling channels or flow channels of the fuel injector according to the invention for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine do not reduce the strength of the nozzle body. In addition, active cooling can be easily retrofitted in conventional fuel injectors. Furthermore, the cooling of the nozzle body is carried out very effectively, since the effective cooling surface is comparatively large. It can also be used a quantity of cooling, regardless of the amount of fuel injected.

Dazu weist der Kraftstoffinjektor einen Düsenkörper auf. In dem Düsenkörper ist ein Druckraum ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung freigebende oder verschließende längsbewegliche Düsennadel ist in dem Druckraum angeordnet. Eine Kühlgruppe ist den Düsenkörper zumindest teilweise umgebend angeordnet. Die Kühlgruppe umfasst einen Kühlring, welcher eine Vielzahl, vorzugsweise mehr als 20, durchströmbarer Strömungskanäle zur Kühlung des Düsenkörpers begrenzt.For this purpose, the fuel injector on a nozzle body. In the nozzle body, a pressure chamber is formed, which is supplied via an inlet bore with pressurized fuel. An at least one injection opening releasing or closing longitudinally movable nozzle needle is arranged in the pressure chamber. A cooling group is arranged at least partially surrounding the nozzle body. The cooling group comprises a cooling ring, which limits a multiplicity, preferably more than 20, flow-through flow channels for cooling the nozzle body.

Aufgrund der Vielzahl der Strömungskanäle ist die wirksame gesamte Kühlfläche der Kühlgruppe vergleichsweise groß, so dass eine sehr effektive Kühlgruppe geschaffen wird. Die Kühlgruppe umfasst den Düsenkörper in radialer Richtung an seinem brennraumnahen Ende. Eine Schwächung des Düsenkörpers durch Kühlkanäle in dem Düsenkörper ist somit nicht mehr erforderlich.Due to the large number of flow channels, the effective total cooling area of the cooling group is comparatively large, so that a very effective cooling group is created. The cooling group comprises the nozzle body in the radial direction at its end close to the combustion chamber. A weakening of the nozzle body by cooling channels in the nozzle body is thus no longer necessary.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, herkömmliche Kraftstoffinjektoren ohne Aktivkühlung mit einer entsprechenden Kühlgruppe nachzurüsten, so dass auch eine Aktivkühlung nachgerüstet wird. Das weitere Design des Kraftstoffinjektors muss dabei nicht bzw. nicht wesentlich geändert werden.Furthermore, it is possible to retrofit conventional fuel injectors without active cooling with a corresponding cooling group, so that an active cooling is retrofitted. The further design of the fuel injector does not have to be changed significantly.

In vorteilhaften Weiterbildungen sind in der Kühlgruppe ein Längskanal und eine Verteilernut ausgebildet. Die Verteilernut verläuft brennraumnah über nahezu den gesamten Umfang der Kühlgruppe. Der Längskanal dient der Versorgung der Verteilernut mit Kühlmittel. Das Kühlmittel kann dabei sowohl Kraftsoff, als auch ein Motoröl der Brennkraftmaschine, als auch ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine als auch ein separates Kühlmittel des Kraftstoffinjektors sein. Das Kühlmittel wird beim Eintritt in die Kühlgruppe durch den Längskanal bis in die Verteilernut und damit bis in die Spitze der Kühlgruppe geleitet. Dort befindet sich der wirksamste Bereich der Kühlgruppe, da es der heißeste Bereich des Düsenkörpers ist.In advantageous developments, a longitudinal channel and a distributor groove are formed in the cooling group. The distributor groove runs close to the combustion chamber over almost the entire circumference of the cooling group. The longitudinal channel serves to supply the distributor groove with coolant. The coolant can be both Kraftoff, as well as an engine oil of the internal combustion engine, as well as a coolant of the internal combustion engine and a separate coolant of the fuel injector. When entering the cooling group, the coolant is directed through the longitudinal channel into the distributor groove and thus into the top of the cooling group. There is the most effective area of the cooling group, since it is the hottest area of the nozzle body.

In vorteilhaften Ausbildungen ist die Verteilernut in Umfangsrichtung durch einen an der Kühlgruppe angeordneten Längssteg begrenzt. Der Längssteg kann dabei an dem Kühlring ausgebildet sein. Dadurch wird ein nachteiliges Stau- bzw. Totvolumen in der Kühlmittelströmung vermieden. Vorzugsweise verteilt sich das Kühlmittel vom Längskanal kommend in beide Richtungen der Verteilernut gleichmäßig, beispielsweise in beide Umfangsrichtungen über etwa jeweils 170°.In advantageous embodiments, the distributor groove is bounded in the circumferential direction by a longitudinal web arranged on the cooling group. The longitudinal web can be formed on the cooling ring. As a result, an adverse storage or dead volume in the coolant flow is avoided. Preferably, the coolant distributes coming from the longitudinal channel in both directions of the distributor evenly, for example, in both circumferential directions over about 170 °.

In vorteilhaften Weiterbildungen zweigen die Strömungskanäle von der Verteilernut ab und verlaufen in einer sich vom Brennraum entfernenden Richtung. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen Strömungskanäle parallel zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Strömungskanäle auch parallel zum Längskanal angeordnet weisen aber die entgegengesetzte Strömungsrichtung auf. Dadurch ist die gesamte Strömungsgeometrie so ausgebildet, dass die Druckverluste minimiert sind und alle Strömungskanäle in gleicher Richtung und nahezu mit den gleichen Kühlmittelmengen durchströmt werden. Gleichzeitig wirkt so die große wirksame Kühlfläche der Kühlgruppe schon brennraumnah im heißesten Bereich des Düsenkörpers.In advantageous developments, the flow channels branch off from the distributor groove and extend in a direction away from the combustion chamber. Preferably, the individual are Flow channels arranged parallel to each other. Advantageously, the flow channels are also arranged parallel to the longitudinal channel but have the opposite flow direction. As a result, the entire flow geometry is formed so that the pressure losses are minimized and all flow channels are flowed through in the same direction and almost the same amounts of coolant. At the same time, the large effective cooling surface of the cooling group already acts close to the combustion chamber in the hottest area of the nozzle body.

In vorteilhaften Ausführungen ist in der Kühlgruppe eine Sammlernut ausgebildet, in die die Strömungskanäle münden. Dadurch werden die Strömungskanäle wieder vereinigt, so dass es möglich ist das Kühlmittel durch nur einen Auslasskanal aus der Kühlgruppe herauszuleiten. Vorzugsweise ist die Sammlernut dabei an dem der Verteilernut entgegengesetzten Ende des Kühlrings angeordnet.In advantageous embodiments, a collector groove is formed in the cooling group, into which the flow channels open. As a result, the flow channels are reunited, so that it is possible to lead the coolant through only one outlet channel from the cooling group. Preferably, the collector groove is arranged at the end of the cooling ring opposite the distributor groove.

In vorteilhaften Ausführungen ist der Düsenkörper mittels einer Düsenspannmutter an dem Kraftstoffinjektor verspannt. In der Düsenspannmutter sind Versorgungskanäle zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels in die und aus der Kühlgruppe ausgebildet. Ein erster Versorgungskanal ist hydraulisch mit dem Längskanal verbunden, und ein zweiter Versorgungskanal ist hydraulisch mit der Sammlernut verbunden. Somit ist auch die Kühlmittelzufuhr von dem Düsenkörper getrennt, so dass dieser in seiner Festigkeit nicht geschwächt wird. Gleichzeitig vereinigt die Düsenspannmutter mehrere Funktionen, nämlich zur Kühlung und zur Verspannung. Die Düsenspannmutter verspannt den Düsenkörper mit weiteren Bauteilen des Kraftstoffinjektors, beispielsweise mit einem Injektorkörper, gegebenenfalls unter Zwischenlage weiterer Bauteile.In advantageous embodiments, the nozzle body is braced by means of a nozzle retaining nut on the fuel injector. In the nozzle retaining nut supply channels for the supply and discharge of the coolant are formed in and out of the cooling group. A first supply channel is hydraulically connected to the longitudinal channel, and a second supply channel is hydraulically connected to the collector groove. Thus, the coolant supply is separated from the nozzle body, so that it is not weakened in its strength. At the same time, the nozzle retaining nut combines several functions, namely for cooling and clamping. The nozzle retaining nut braces the nozzle body with other components of the fuel injector, for example, with an injector body, optionally with the interposition of other components.

In vorteilhaften Ausführungen verlaufen die Strömungskanäle parallel in einer axialen Richtung der Kühlgruppe. Dadurch werden alle Strömungskanäle in gleicher Richtung und nahezu mit den gleichen Kühlmittelmengen durchströmt. Druckverluste in den Strömungskanälen sind damit minimiert.In advantageous embodiments, the flow channels extend parallel in an axial direction of the cooling group. As a result, all flow channels are flowed through in the same direction and almost the same amounts of coolant. Pressure losses in the flow channels are thus minimized.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung verlaufen die Strömungskanäle mäanderförmig, also in Windungen. Der Druckverlust durch die Strömungskanäle steigt dadurch zwar an, aber die höhere Strömungsgeschwindigkeit steigert den Wärmeübergang in die Strömungskanäle.In another advantageous embodiment, the flow channels meander, so in turns. Although the pressure loss through the flow channels thereby increases, but the higher flow rate increases the heat transfer into the flow channels.

In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst die Kühlgruppe einen Kühlkörper, an dem eine innere Übertragungsfläche ausgebildet ist. Die Übertragungsfläche wirkt mit einer Außenfläche des Düsenkörpers zusammen. Idealerweise kontaktiert die Übertragungsfläche den Düsenkörper großflächig um eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten.In advantageous developments, the cooling group comprises a heat sink on which an inner transfer surface is formed. The transfer surface cooperates with an outer surface of the nozzle body. Ideally, the transfer surface contacts the nozzle body over a large area to ensure good heat conduction.

Vorteilhafterweise ist der Längskanal dabei zwischen dem Kühlring und dem Kühlkörper ausgebildet. Dadurch kann der Längskanal einfach gefertigt werden, wobei die Wandstärken von Kühlring und Kühlkörper minimiert werden können.Advantageously, the longitudinal channel is formed between the cooling ring and the heat sink. As a result, the longitudinal channel can be easily manufactured, wherein the wall thicknesses of the cooling ring and heat sink can be minimized.

In vorteilhaften Ausführungen umfasst die Kühlgruppe eine Kühlhülse, die die Kühlgruppe zur Umgebung mediendicht verschließt. Die Kühlhülse ist dabei vorzugsweise den Kühlring radial umgebend angeordnet und weist idealerweise noch eine Stirnfläche zum Brennraum auf.In advantageous embodiments, the cooling group comprises a cooling sleeve, which closes the cooling group to the environment media-tight. The cooling sleeve is preferably arranged radially surrounding the cooling ring and ideally also has an end face to the combustion chamber.

Vorteilhafterweise sind die Strömungskanäle dabei zwischen dem Kühlring und der Kühlhülse ausgebildet. Dadurch kann nahezu eine beliebige Geometrie der Strömungskanäle gefertigt werden. Weiterhin können so die Wandstärken von Kühlring und Kühlhülse minimiert werden.Advantageously, the flow channels are formed between the cooling ring and the cooling sleeve. As a result, almost any geometry of the flow channels can be made. Furthermore, the wall thicknesses of the cooling ring and the cooling sleeve can be minimized.

In vorteilhaften Ausführungen ist die Kühlgruppe einteilig ausgeführt. Die Kühlgruppe kann dazu mittels Rapid Prototyping oder 3D-Druckverfahren gefertigt werden. Diese Ausführung minimiert die Teileanzahl und weist eine sehr gute Abdichtung der Strömungskanäle auf.In advantageous embodiments, the cooling group is made in one piece. The cooling group can be manufactured by means of rapid prototyping or 3D printing. This design minimizes the number of parts and has a very good seal of the flow channels.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings.

Diese zeigen in:

1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Stand der Technik,
2 schematisch einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlgruppe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
4 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlrings in einer perspektivischen Ansicht, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

These show in:

1 a longitudinal section through a fuel injector according to the prior art,
2 1 is a schematic sectional view of a fuel injector according to the invention, with only the essential areas being shown,
3 a section through a cooling group according to the invention, wherein only the essential areas are shown,
4 an embodiment of a cooling ring according to the invention in a perspective view, wherein only the essential areas are shown.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In der 1 ist ein Kraftstoffinjektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine im Längsschnitt dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.In the 1 is a fuel injector 1 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine shown in longitudinal section, as is known from the prior art.

Der bekannte Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2, einen Ventilkörper 3, eine Zwischenplatte 4 und einen Düsenkörper 5. Alle diese Bauteile werden durch eine Düsenspannmutter 6 zusammengehalten. Der Düsenkörper 5 enthält hierbei eine Düsennadel 7, welche in einem im Düsenkörper 5 ausgebildeten Druckraum 8 längsverschiebbar angeordnet ist. Bei einer Öffnungsbewegung der Düsennadel 7 wird Kraftstoff über mehrere im Düsenkörper 5 ausgebildete Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.The well-known fuel injector 1 includes an injector body 2 , a valve body 3 , an intermediate plate 4 and a nozzle body 5 , All these Components are replaced by a nozzle retaining nut 6 held together. The nozzle body 5 contains a nozzle needle 7 , which in one in the nozzle body 5 trained pressure room 8th is arranged longitudinally displaceable. At an opening movement of the nozzle needle 7 will fuel over several in the nozzle body 5 trained injection ports 9 injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

An der Düsennadel 7 ist ein Bund ersichtlich, an welchem eine Druckfeder 10 abgestützt ist. Das andere Ende der Druckfeder 10 ist an einer Steuerhülse 11 abgestützt, welche selbst wiederum an der Unterseite der Zwischenplatte 4 anliegt. Die Steuerhülse 11 definiert mit der oberen, den Einspritzöffnungen 9 gegenüberliegenden Stirnfläche der Düsennadel 7 und mit der Unterseite der Zwischenplatte 4 einen Steuerraum 12. Der im Steuerraum 12 herrschende Druck ist für die Steuerung der Längsbewegung der Düsennadel 7 maßgeblich.At the nozzle needle 7 a collar is visible on which a compression spring 10 is supported. The other end of the compression spring 10 is on a control sleeve 11 supported, which in turn on the underside of the intermediate plate 4 is applied. The control sleeve 11 defined with the top, the injection openings 9 opposite end face of the nozzle needle 7 and with the underside of the intermediate plate 4 a control room 12 , The one in the control room 12 prevailing pressure is for controlling the longitudinal movement of the nozzle needle 7 prevail.

Im Kraftstoffinjektor 1 ist eine Zulaufbohrung 13 ausgebildet. Über die Zulaufbohrung 13 wird der Kraftstoffdruck einerseits im Druckraum 8 wirksam, wo er über eine Druckschulter der Düsennadel 7 eine Kraft in Öffnungsrichtung der Düsennadel 7 ausübt. Andererseits wirkt dieser Kraftstoffdruck über eine in der Steuerhülse 11 ausgebildete Zulaufdrossel 15 im Steuerraum 12 und hält, unterstützt von der Kraft der Druckfeder 10, die Düsennadel 7 in ihrer Schließstellung.In the fuel injector 1 is an inlet hole 13 educated. About the inlet hole 13 the fuel pressure on the one hand in the pressure chamber 8th effective where he has a pressure shoulder of the nozzle needle 7 a force in the opening direction of the nozzle needle 7 exercises. On the other hand, this fuel pressure acts via a in the control sleeve 11 trained inlet throttle 15 in the control room 12 and holds, supported by the force of the compression spring 10 , the nozzle needle 7 in its closed position.

Wenn in der Folge ein Elektromagnet 16 angesteuert wird, wird ein Magnetanker 17 sowie eine mit dem Magnetanker 17 verbundene Ventilnadel 18 von einem an dem Ventilkörper 3 ausgebildeten Ventilsitz 19 abgehoben. Der Kraftstoff aus dem Steuerraum 12 kann auf diese Weise durch eine in der Zwischenplatte 4 ausgebildete Ablaufdrossel 20 über den Ventilsitz 19 in einen Ablaufkanal 21 abströmen. Das auf diese Weise bewirkte Absinken der hydraulischen Kraft auf die obere Stirnfläche der Düsennadel 7 führt zu einem Öffnen der Düsennadel 7. If in the consequence an electromagnet 16 is driven, a magnet armature 17 and one with the armature 17 connected valve needle 18 from one to the valve body 3 trained valve seat 19 lifted. The fuel from the control room 12 can do this in the intermediate plate 4 trained outlet throttle 20 over the valve seat 19 into a drainage channel 21 flow out. The effect in this way lowering the hydraulic force on the upper end face of the nozzle needle 7 leads to an opening of the nozzle needle 7 ,

Der Kraftstoff aus dem Druckraum 8 gelangt so durch die Einspritzöffnungen 9 in den Brennraum.The fuel from the pressure chamber 8th thus passes through the injection openings 9 in the combustion chamber.

Sobald der Elektromagnet 16 abgeschaltet wird, wird der Magnetanker 17 durch die Kraft einer weiteren Druckfeder 22 in Richtung des Ventilsitzes 19 gedrückt, so dass die Ventilnadel 18 an den Ventilsitz 19 gepresst wird. Auf diese Weise wird der Ablaufweg des Kraftstoffs über die Ablaufdrossel 20 und den Ventilsitz 19 gesperrt. Über die Zulaufdrossel 15 wird im Steuerraum 12 wieder Kraftstoffdruck aufgebaut, wodurch die hydraulische Schließkraft erhöht wird. Dadurch wird die Düsennadel 7 in Richtung der Einspritzöffnungen 9 verschoben und verschließt diese. Der Einspritzvorgang ist dann beendet.As soon as the electromagnet 16 is switched off, the magnet armature 17 by the force of another compression spring 22 in the direction of the valve seat 19 pressed, leaving the valve needle 18 to the valve seat 19 is pressed. In this way, the drainage path of the fuel through the outlet throttle 20 and the valve seat 19 locked. About the inlet throttle 15 will be in the control room 12 re-established fuel pressure, whereby the hydraulic closing force is increased. This will cause the nozzle needle 7 in the direction of the injection openings 9 moved and closed this. The injection process is then completed.

Um die Bauteile im Bereich des Brennraums zu kühlen, sind Kühlkanäle 30 in Ventilkörper 3, Zwischenplatte 4 und Düsenkörper 5 des bekannten Kraftstoffinjektors 1 ausgebildet. So können speziell die Spitze der Düsennadel 7 und der Düsenkörper 5 gekühlt werden. In der Schnittdarstellung der 1 liegen die Kühlkanäle 30 teilweise in der Zulaufbohrung 13. Dies ist jedoch lediglich der Schnittdarstellung geschuldet, in den Ausführungen sind die Kühlkanäle 30 von der Zulaufbohrung 13 getrennt.To cool the components in the area of the combustion chamber are cooling channels 30 in valve body 3 , Intermediate plate 4 and nozzle body 5 the known fuel injector 1 educated. So specifically the tip of the nozzle needle 7 and the nozzle body 5 be cooled. In the sectional view of 1 are the cooling channels 30 partly in the inlet bore 13 , However, this is only due to the sectional view, in the versions are the cooling channels 30 from the inlet hole 13 separated.

Die Kühlkanäle 30 des bekannten Kraftstoffinjektors 1 verringern jedoch die Festigkeit des Düsenkörpers 5, so dass erfindungsgemäß die Kühlkanäle 30 außerhalb des Düsenkörpers 5 ausgebildet werden. Weiterhin weisen diese Kühlkanäle 30 eine vergleichsweise geringe Gesamtkühlfläche auf.The cooling channels 30 the known fuel injector 1 however, reduce the strength of the nozzle body 5 such that according to the invention the cooling channels 30 outside the nozzle body 5 be formed. Furthermore, these cooling channels 30 a comparatively small total cooling surface.

2 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor 1 im Bereich des Düsenkörpers 5, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Eine Kühlgruppe 100 ist zur Düsenspannmutter 6 benachbart in Richtung des Brennraums angeordnet. Die Kühlgruppe 100 umgibt dabei den Düsenkörper 5 zumindest teilweise. Die im Düsenkörper 5 längsbeweglich angeordnete Düsennadel 7 ist in der Darstellung der 2 nicht zu sehen. Weiterhin sind auch der Injektorkörper 2, der Ventilkörper 3 und die Zwischenplatte 4 nur schematisch als Black Box dargestellt. 2 shows in section a fuel injector according to the invention 1 in the area of the nozzle body 5 , where only the essential areas are shown. A cooling group 100 is to the nozzle retaining nut 6 adjacent arranged in the direction of the combustion chamber. The cooling group 100 surrounds the nozzle body 5 at least partially. The in the nozzle body 5 longitudinally movably arranged nozzle needle 7 is in the representation of 2 not to be seen. Furthermore, the injector body 2 , the valve body 3 and the intermediate plate 4 only schematically shown as a black box.

In der Düsenspannmutter 6 sind zwei Versorgungskanäle 30 ausgebildet, die der Zufuhr bzw. Abfuhr des Kühlmittels in die Kühlgruppe 100 bzw. aus der Kühlgruppe 100 dienen: ein erster Versorgungskanal 30a dient der Zufuhr und eine zweiter Versorgungskanal 30b dient der Abfuhr. Das Kühlmittel kann dabei sowohl ein spezielles Kühlmittel als auch der Kraftstoff der Brennkraftmaschine als auch ein Motoröl für die Brennkraftmaschine sein.In the nozzle retaining nut 6 are two supply channels 30 formed, the supply or discharge of the coolant in the cooling group 100 or from the cooling group 100 serve: a first supply channel 30a serves the supply and a second supply channel 30b serves the removal. The coolant may be both a special coolant and the fuel of the internal combustion engine and an engine oil for the internal combustion engine.

Die Kühlgruppe 100 umfasst einen Kühlkörper 102, einen Kühlring 101 und eine Kühlhülse 103. Der Kühlkörper 102 schließt sich axial an die Düsenspannmutter 6 an und ist somit hydraulisch an die beiden Versorgungskanäle 30 angebunden. An seinem inneren Durchmesser steht der Kühlkörper 102 in Kontakt zu dem Düsenkörper 5, um eine gute Wärmeleitung zu erhalten. Der Kühlring 101 umgibt den brennraumnahen Teil des Kühlkörpers 102 und weist eine Vielzahl von Kühlkanälen bzw. Strömungskanälen auf. Die Kühlhülse 103 dichtet die Kühlgruppe 100 bzw. den Kühlring 101 zur Umgebung ab, so dass keine Kühlmittelleckage austreten kann. Demzufolge ist die Kühlhülse 103 den Kühlring 101 radial umgebend angeordnet.The cooling group 100 includes a heat sink 102 , a cooling ring 101 and a cooling sleeve 103 , The heat sink 102 connects axially to the nozzle lock nut 6 and is thus hydraulically to the two supply channels 30 tethered. At its inner diameter is the heat sink 102 in contact with the nozzle body 5 to get a good heat conduction. The cooling ring 101 surrounds the combustion chamber near part of the heat sink 102 and has a plurality of cooling channels or flow channels. The cooling sleeve 103 seals the cooling group 100 or the cooling ring 101 to the environment, so that no coolant leakage can escape. Consequently, the cooling sleeve 103 the cooling ring 101 arranged radially surrounding.

Die Kühlgruppe 100 ist mittels diverser Fixierelemente 104, 105 an die Düsenspannmutter 6 und/oder an den Düsenkörper 5 angebunden. Dabei sind diverse Varianten und Verbindungstechniken möglich.The cooling group 100 is by means of various fixing elements 104 . 105 to the nozzle retaining nut 6 and / or to the nozzle body 5 tethered. There are various variants and connection techniques possible.

3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlgruppe 100. Der Kühlkörper 102 weist einen Flanschbereich 102a auf, welcher axial an die Düsenspannmutter 6 grenzt. Der Kühlkörper 102 weist weiterhin einen mittleren Leitungsbereich 102b auf und einen Kühlbereich 102c, welcher der dem Brennraum am nahesten gelegene Bereich des Kühlkörpers 102 ist. Der Flanschbereich 102a hat dabei den vergleichsweise größten Durchmesser und der Kühlbereich 102c den vergleichsweise kleinsten Durchmesser des Kühlkörpers 102. An der Innenseite des Kühlkörpers 102 ist eine Übertragungsfläche 102d ausgebildet, welche mit dem Düsenkörper 5 zusammenwirkt und für eine Wärmeleitung vor allem in radialer Richtung vom Düsenkörper 5 zum Kühlring 101 gestaltet ist. Die Übertragungsfläche 102d kann dabei wie in 3 gezeigt nur über einen brennraumnahen Umfang der Kühlgruppe 100 verlaufen, als auch über die gesamte Länge der Kühlgruppe 100. 3 shows a section through an embodiment of the cooling group according to the invention 100 , The heat sink 102 has a flange area 102 on which axially to the nozzle retaining nut 6 borders. The heat sink 102 also has a middle line range 102b on and a cooling area 102c which is the region of the heat sink 102 closest to the combustion chamber. The flange area 102 has the comparatively largest diameter and the cooling range 102c the comparatively smallest diameter of the heat sink 102 , On the inside of the heat sink 102 is a transfer surface 102d formed, which with the nozzle body 5 cooperates and for heat conduction, especially in the radial direction of the nozzle body 5 to the cooling ring 101 is designed. The transfer surface 102d can do it like in 3 shown only over a combustion chamber near the periphery of the cooling group 100 run as well as over the entire length of the cooling group 100.

Der Kühlring 101 schließt sich in axialer Richtung an den Leitungsbereich 102b an und umgibt den Kühlbereich 102c in radialer Richtung. Ein Eingangskanal 31 ist in dem Kühlkörper 102 ausgebildet und mündet in einen von dem Kühlring 101 begrenzten Längskanal 111, wobei der Längskanal 111 vorzugsweise von Kühlring 101 und Kühlbereich 102c begrenzt wird. Der Eingangskanal 31 durchdringt dabei den Flanschbereich 102a und den Leitungsbereich 102b. Der Längskanal 111 mündet in eine zwischen dem Kühlring 101 und der Kühlhülse 103 ausgebildete Verteilernut 112. Die Verteilernut 112 stellt dabei den dem Brennraum am nahesten gelegenen Bereich der Kühlkanäle dar. Die Verteilernut 112 verteilt das Kühlmittel über nahezu den gesamten Umfang der Kühlgruppe 100.The cooling ring 101 closes in the axial direction of the line area 102b and surrounds the cooling area 102c in the radial direction. An input channel 31 is in the heat sink 102 formed and opens into a limited by the cooling ring 101 longitudinal channel 111 , where the longitudinal channel 111 preferably from cooling ring 101 and cooling area 102c is limited. The input channel 31 penetrates the flange area 102 and the line area 102b , The longitudinal channel 111 opens into a between the cooling ring 101 and the cooling sleeve 103 formed distributor groove 112 , The distributor groove 112 In this case, represents the region of the cooling channels located closest to the combustion chamber. The distributor groove 112 distributes the coolant over almost the entire circumference of the cooling group 100.

Die detaillierte Strömungsführung des Kühlmittels durch den Kühlring 101 wird später in der 4 genauer beschrieben. Nach dem Durchströmen des Kühlrings 101 gelangt das Kühlmittel in eine zwischen dem Leitungsbereich 102b und dem Kühlring 101 ausgebildete Sammlernut 113. Von der Sammlernut 113 zweigt ein in dem Kühlkörper 102 ausgeprägter Auslasskanal 32 ab, von welchem das Kühlmittel aus der Kühlgruppe 100 heraus wieder zurück in die Düsenspannmutter 6 geführt wird.The detailed flow of coolant through the cooling ring 101 will later in the 4 described in more detail. After flowing through the cooling ring 101, the coolant passes into a between the line region 102b and the cooling ring 101 trained collector's good 113 , From the collector's groove 113 branches in the heat sink 102 pronounced outlet channel 32 from which the coolant from the cooling group 100 out back into the nozzle retaining nut 6 to be led.

An dem Kühlring 101 ist in länglicher Richtung ein Trennsteg 116 ausgebildet, welcher die Verteilernut 112 in Umfangsrichtung begrenzt. Vorzugsweise ist der Trennsteg 116 dabei diametral gegenüberliegend zum Längskanal 111 angeordnet. Durch diese Anordnung zweigt die Verteilernut 112 von dem Längskanal 111 aus in beide Umfangsrichtungen bis etwa jeweils 170° ab.At the cooling ring 101 is a divider in an oblong direction 116 formed, which the distributor groove 112 limited in the circumferential direction. Preferably, the divider is 116 while diametrically opposite to the longitudinal channel 111 arranged. By this arrangement, the distributor groove branches 112 from the longitudinal channel 111 from in both circumferential directions to about 170 ° each.

4 zeigt eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Kühlrings 101 in einer perspektivischen Ansicht, aus dem Bereich des Brennraums betrachtet. Der Kühlring 101 weist eine Innenwand 110 auf, welche auf den Kühlbereich 102c des Kühlkörpers 102 gepresst ist. Dabei ist die Innenwand 110 lediglich durch den Längskanal 111 unterbrochen, so dass dieser von dem Kühlbereich 102c und dem Kühlring 101 begrenzt ist. 4 shows a preferred embodiment of the cooling ring according to the invention 101 in a perspective view, viewed from the area of the combustion chamber. The cooling ring 101 has an inner wall 110 on which the cooling area 102c of the heat sink 102 pressed. Here is the inner wall 110 only through the longitudinal channel 111 interrupted, so that this of the cooling area 102c and the cooling ring 101 is limited.

Der Kühlring 101 weist in axialer Richtung eine Vielzahl von Längsstegen 115 auf und zwischen diesen eine Vielzahl von Kühlkanälen bzw. Strömungskanälen 200. Die Strömungskanäle 200 verlaufen in axialer Richtung von der Verteilernut 112 am brennraumseitigen Ende des Kühlrings 101 zur Sammlernut 113 am sich dem Leitungsbereich 102b anschließenden Ende des Kühlrings 101. Ein Strömungskanal 200 ist demzufolge in radialer Richtung von der Innenwand 110 und der Kühlhülse 103 begrenzt, und in Umfangsrichtung von zwei Längsstegen 115 bzw. von einem Längssteg 115 und dem Trennsteg 116.The cooling ring 101 has a plurality of longitudinal webs in the axial direction 115 on and between these a plurality of cooling channels or flow channels 200. The flow channels 200 extend in the axial direction of the distributor groove 112 at the combustion chamber end of the cooling ring 101 to the collector's groove 113 at the line area 102b subsequent end of the cooling ring 101 , A flow channel 200 is therefore in the radial direction of the inner wall 110 and the cooling sleeve 103 limited, and in the circumferential direction of two longitudinal webs 115 and of a longitudinal web 115 and the divider 116 ,

Der Strömungsweg des Kühlmittels durch die Kühlgruppe 100 ist der folgende:The flow path of the coolant through the cooling group 100 is the following:

Das Kühlmittel strömt, beispielsweise aus dem Versorgungskanal 30 der Düsenspannmutter 6 kommend, in den Eingangskanal 31 und von dort weiter über den Längskanal 111 in die Verteilernut 112, welche an der Spitze des Kraftstoffinjektors 1 den Brennraum benachbart angeordnet ist. Die Verteilernut 112 zweigt sich vom Längskanal 111 kommend in eine erste Verteilernut 112a und eine zweite Verteilernut 112b auf, welche beide in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung vom Längskanal 111 wegführen. Der Längssteg 116 verhindert diametral zum Längskanal 111 gegenüberliegend ein Wiederzusammenführen der beiden Verteilernuten 112a, 112b. Stattdessen führen von den beiden Verteilernuten 112a, 112b eine Vielzahl von Strömungskanälen 200 nach oben, also in axialer Richtung vom Brennraum weg. Die Vielzahl der Strömungskanäle 200 vereinigen sich wieder in der Sammlernut 113, welche über den gesamten Umfang der Kühlgruppe 100 verlaufen kann. Von der Sammlernut 113 führt der Auslasskanal 32 ab, welcher das Kühlmittel wieder aus der Kühlgruppe 100, beispielsweise zurück in die Düsenspannmutter 6, herausleitet.The coolant flows, for example, from the supply channel 30 the nozzle retaining nut 6 coming, in the entrance channel 31 and from there on the longitudinal channel 111 into the distribution groove 112 , which is at the top of the fuel injector 1 is arranged adjacent to the combustion chamber. The distribution groove 112 branches from the longitudinal channel 111 coming into a first distribution groove 112a and a second distributor groove 112b on, which are both in opposite circumferential direction from the longitudinal channel 111 lead away. The longitudinal bar 116 prevents diametrically to the longitudinal channel 111 opposite a re-merging of the two distribution grooves 112a . 112b , Instead, lead by the two distributors 112a . 112b a variety of flow channels 200 up, ie in the axial direction away from the combustion chamber. The variety of flow channels 200 reunite in the collector groove 113, which over the entire circumference of the cooling group 100 can run. From the collector's groove 113 leads the exhaust duct 32 from which the coolant is removed from the cooling group 100 , for example, back into the nozzle retaining nut 6, leads out.

Die vorliegende Konstruktion des Kraftstoffinjektors 1 setzt somit zur Kühlung des Düsenkörpers 5 eine Kühlgruppe 100 mit einem Kühlring 101 ein, der eine sehr große wirksame Kühlfläche aufweist und damit den Wärmestrom vom Düsenkörper 5 in das Kühlmittel deutlich verbessert. Die Kühlgruppe 100 besteht aus einem Kühlkörper 102, der mit seiner Übertragungsfläche 102d am Außenumfang des Düsenkörpers 5 anliegt, einem Kühlring 101, der über die Vielzahl von Strömungskanälen 200 eine große Kühlfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung stellt, und aus einer Kühlhülse 103, die die mediendichte Abdichtung nach außen übernimmt.The present construction of the fuel injector 1 thus sets for cooling the nozzle body 5 a cooling group 100 with a cooling ring 101 a, which has a very large effective cooling surface and thus the heat flow from the nozzle body 5 significantly improved in the coolant. The cooling group 100 consists of a heat sink 102 that with its transfer surface 102d on the outer circumference of the nozzle body 5 is present, a cooling ring 101 who over the multitude of flow channels 200 a large cooling surface for heat exchange provides, and a cooling sleeve 103 , which takes over the media-tight sealing to the outside.

In der gezeigten Lösung der 4 werden die Strömungskanäle 200 des Kühlrings 101 parallel durchströmt, je nach Gestaltung ist aber auch eine sequentielle Durchströmung möglich, beispielsweise indem die Strömungskanäle 200 windungsförmig aneinandergereiht sind. Die Strömungskanäle 200 können dazu beispielsweise auch eine Mäanderform aufweisen.In the solution shown the 4 become the flow channels 200 of the cooling ring 101 flows through in parallel, but depending on the design, a sequential flow is possible, for example, by the flow channels 200 are strung together winding shape. The flow channels 200 For example, they may also have a meandering shape.

Zur Vereinfachung des Aufbaus des Kraftstoffinjektors kann in Weiterbildungen der Erfindung die Anzahl der Teile der Kühlgruppe 100 reduziert werden, indem die Geometrie des Kühlrings 101 in Kühlhülse 103 oder Kühlkörper 102 integriert wird. Je nach erforderlicher Kühlwirkung kann dabei die Komplexität der Strömungskanäle 200 angepasst werden. Sogar eine einstückige Kühlgruppe 100 ist bei Verwendung des 3D-Druckverfahrens als Fertigungsverfahren für die Kühlgruppe 100 möglich. Die Durchströmung kann auch bei diesen Varianten parallel oder sequentiell erfolgen. Die Ausgestaltung der Strömungskanal-Geometrie ist damit nahezu beliebig wählbar.To simplify the construction of the fuel injector, in embodiments of the invention, the number of parts of the cooling group 100 be reduced by the geometry of the cooling ring 101 in cooling sleeve 103 or heat sink 102 is integrated. Depending on the required cooling effect can thereby the complexity of the flow channels 200 be adjusted. Even a one-piece cooling group 100 is a production method for the cooling group when using the 3D printing method 100 possible. The flow can also be done in parallel or sequential in these variants. The design of the flow channel geometry is thus almost arbitrary.

Die Kühlgruppe 100 mit den darin ausgebildeten Strömungskanälen 200 eignet sich weiterhin auch als Nachrüstsatz für bestehende Kraftstoffinjektoren 1 ohne Aktivkühlung.The cooling group 100 with the flow channels formed therein 200 is also suitable as a retrofit kit for existing fuel injectors 1 without active cooling.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1781931 B1 [0002]

Claims

Fuel injector (1) for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel injector (1) comprises a nozzle body (5), wherein in the nozzle body (5) a pressure chamber (8) is formed, which via an inlet bore (13) pressurized fuel is supplied, wherein a at least one injection opening (9) releasing or closing longitudinally movable nozzle needle (7) in the pressure chamber (8) is arranged, wherein a cooling group (100) the nozzle body (5) is arranged at least partially surrounding, characterized characterized in that the cooling group (100) comprises a cooling ring (101) which limits a plurality, preferably more than 20, flow-through flow channels (200) for cooling the nozzle body (5).

Fuel injector (1) after Claim 1 , characterized in that in the cooling group (100) a longitudinal channel (111) and a distributor groove (112) are formed, wherein the distributor groove (112) near the combustion chamber over almost the entire circumference of the cooling group (110) extends and the longitudinal channel (111) Supplying the distributor groove (112) with coolant is used.

Fuel injector (1) after Claim 2 , characterized in that the distributor groove (112) is bounded in the circumferential direction by a longitudinal web (116) arranged on the cooling group (100).

Fuel injector (1) after Claim 2 or 3 , characterized in that the flow channels (200) branch off from the distributor groove (112) and extend in a direction away from the combustion chamber.

Fuel injector (1) after Claim 3 , characterized in that in the cooling group (100) has a collector groove (113) is formed, in which the flow channels (200) open.

Fuel injector (1) after Claim 5 , characterized in that the nozzle body (5) by means of a nozzle clamping nut (6) on the fuel injector (1) is braced and in the nozzle retaining nut (6) supply channels (30) for supply and removal of the coolant in and out of the cooling group ( 100), wherein a first supply channel (30a) is hydraulically connected to the longitudinal channel (111) and wherein a second supply channel (30b) is hydraulically connected to the collector groove (113).

Fuel injector (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the flow channels (200) extend parallel in an axial direction of the cooling group (100).

Fuel injector (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the flow channels (200) meander.

Fuel injector (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the cooling group (100) comprises a heat sink (102) on which an inner transfer surface (102d) is formed, which cooperates with an outer surface of the nozzle body (5).

Fuel injector (1) after Claim 9 , characterized in that the longitudinal channel (111) between the cooling ring (101) and the heat sink (102) is formed.

Fuel injector (1) according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the cooling group (100) comprises a cooling sleeve (103) which closes the cooling group (100) to the environment media-tight.

Fuel injector (1) after Claim 11 , characterized in that the flow channels (200) between the cooling ring (101) and the cooling sleeve (103) are formed.

Fuel injector (1) according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the cooling group (100) is integrally formed by means of a 3D printing process.