DE102018204492A1 - fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10; 10a), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Schaltventil (15) zur zumindest mittelbaren Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel (16), wobei das Schaltventil (15) ein Ventilstück (14) mit einem Ventilsitz (26) aufweist, wobei das Ventilstück (14) in einem Haltekörper (12; 12a) angeordnet und mittels eines Spannelements (42), insbesondere mittels einer Ventilspannschraube, axial in Richtung des Haltekörpers (12; 12a) verspannt ist, und wobei das Ventilstück (14) zum Haltekörper (12; 12a) gegen einen Hochdruckbereich (38) abgedichtet angeordnet ist und hierzu eine an dem Ventilstück (14) ausgebildete und um eine Längsachse (18) des Ventilstücks (14) radial umlaufende erste Dichtfläche 53) aufweist, die mit einer zweiten Dichtfläche (54; 54a) zusammenwirkt.The invention relates to a fuel injector (10, 10a), in particular a common rail injector, with a switching valve (15) for at least indirect control of the lifting movement of a nozzle needle (16), wherein the switching valve (15) comprises a valve piece (14) with a valve seat (26), wherein the valve piece (14) in a holding body (12; 12a) arranged and by means of a clamping element (42), in particular by means of a valve clamping screw axially in the direction of the holding body (12; 12a) is braced, and wherein the valve piece (14) to the holding body (12; 12a) is arranged sealed against a high-pressure area (38) and for this purpose on the valve piece (14) formed and about a longitudinal axis (18) of the valve piece (14) radially encircling first sealing surface 53), which cooperates with a second sealing surface (54; 54a).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector for self-igniting internal combustion engines, having the features of the preamble of claim 1.
Ein gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor ist aus der
Der mit einer Stirnseite eines Magnetankers zusammenwirkende Ventilsitz am Ventilstück dient mittelbar der Betätigung einer Düsennadel. Wesentlich dabei ist, dass dabei einerseits der Ankerhub des Magnetankers so groß eingestellt werden kann, dass eine Sitzdrosselung am Ventilsitz vermieden wird, und dass der Ankerhub auf der anderen Seite möglichst klein ist, um eine gewünschte Dynamik des Magnetankers bei relativ geringer elektrischer Leistung des Magnetaktors zu ermöglichen.The cooperating with a front side of a magnet armature valve seat on the valve piece is used indirectly to actuate a nozzle needle. It is essential that on the one hand the armature stroke of the armature can be set so large that seat throttling is avoided on the valve seat, and that the armature stroke on the other side is as small as possible to a desired dynamics of the armature at relatively low power of the magnetic actuator to enable.
Weiterhin geht die Tendenz bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen zu immer höheren System- bzw. Kraftstoffdrücken, die typischerweise mehr als 2000bar, zukünftig mehr als 2500bar betragen können. Der Kraftstoffdruck wirkt innerhalb des Kraftstoffinjektors über einen Hochdruckraum auch auf das Ventilstück und bewirkt dadurch eine Verringerung des maximalen Ankerhubs, da das Ventilstück bzw. der Ventilsitz zusammen mit dem Magnetanker bei ortsfest angeordnetem oberen Ankerhubanschlag nach oben, bzw. vom Hochdruckraum, in dem die Düsennadel angeordnet ist, gedrückt wird. Die aus der genannten Schrift bekannte Dichtgeometrie zwischen dem stufenförmigen Absatz an dem Haltekörper und der gegengleichen Dichtfläche an dem Ventilstück hat sich diesbezüglich als nicht optimal herausgestellt, da er eine relativ große axiale Verschiebung des Ventilsitzes in Richtung des oberen Ankerhubanschlags zur Folge haben kann.Furthermore, the tendency for self-igniting internal combustion engines to ever higher system or fuel pressures, which can typically be more than 2000bar, in the future more than 2500bar. The fuel pressure acts within the fuel injector via a high-pressure chamber on the valve piece and thereby causes a reduction in the maximum armature stroke, since the valve piece or the valve seat together with the armature with fixed upper Ankerhubanschlag upwards, or from the high-pressure chamber in which the nozzle needle is arranged, is pressed. The known from the above-mentioned sealing geometry between the step-shaped shoulder on the holding body and the opposite sealing surface on the valve piece has not proven in this regard as it can have a relatively large axial displacement of the valve seat in the direction of the upper Ankerhubanschlags result.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass selbst bei relativ hohen System- bzw. Kraftstoffdrücken im Kraftstoffinjektor der maximale Ankerhub relativ wenig reduziert wird. Dadurch kann bei der Einstellung des maximalen Ankerhubs bei der Fertigung des Kraftstoffinjektors ein relativ kleiner Ankerhub eingestellt werden, was sowohl auf die gewünschte Ankerdynamik als auch auf einen möglichst geringen Energiebedarf für den Magnetaktor von Vorteil ist.The fuel injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that even at relatively high system or fuel pressures in the fuel injector, the maximum armature stroke is relatively little reduced. As a result, a relatively small armature stroke can be set when setting the maximum armature stroke in the manufacture of the fuel injector, which is advantageous both for the desired armature dynamics and for the lowest possible energy requirement for the magnetic actuator.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch eine vorteilhafte geometrische Gestaltung zwischen den Dichtflächen am Ventilstück und am Haltekörper die Verformung des Ventilstücks in axialer Richtung auch bei relativ hohen Betriebsdrücken zu reduzieren. Insbesondere wird durch die vorgeschlagene Geometrie im Bereich der Dichtflächen eine Krafteinleitung, hervorgerufen durch den hydraulischen Druck in das Ventilstück derart geändert, dass die in Längsrichtung des Ventilstücks wirkenden Verformungskräfte reduziert werden.The invention is based on the idea to reduce the deformation of the valve member in the axial direction, even at relatively high operating pressures by an advantageous geometric design between the sealing surfaces on the valve piece and on the holding body. In particular, by the proposed geometry in the region of the sealing surfaces, a force introduction caused by the hydraulic pressure in the valve piece is changed such that the deformation forces acting in the longitudinal direction of the valve piece are reduced.
Konkret schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass die an dem Ventilstück ausgebildete erste Dichtfläche, die mit einer zweiten Dichtfläche zusammenwirkt, in Bezug zur Längsachse des Ventilstücks in einem schrägen Winkel angeordnet ist. Eine derartige Anordnung der ersten Dichtfläche in einem schrägen Winkel begünstigt eine gegenüber dem Stand der Technik modifizierte Einleitung der hydraulischen Kräfte in das Ventilstück und führt zu einer Reduzierung dessen Längsdehnung.Specifically, it proposes the teaching of the invention that the formed on the valve piece first sealing surface, which cooperates with a second sealing surface, is arranged at an oblique angle with respect to the longitudinal axis of the valve piece. Such an arrangement of the first sealing surface at an oblique angle favors a modified with respect to the prior art introduction of the hydraulic forces in the valve piece and leads to a reduction in the longitudinal expansion.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims.
Als besonders vorteilhaft haben sich schräge Winkel an der ersten Dichtfläche des Ventilstücks zwischen 30° und 60° herausgestellt, wobei der schräge Winkel vorzugsweise 45° beträgt. Dies deshalb, weil dieser Winkel bzw. Winkelbereich ein Kompromiss zwischen der aufgrund von Toleranzen geforderten Montierbarkeit einerseits und der geforderten Dichtheit aufgrund der Schrägstellung der auf die erste Dichtfläche wirkenden Reaktionskraft zur Minimierung der vertikalen Sitzverformung an dererseits darstellt.Be particularly advantageous oblique angles have been found at the first sealing surface of the valve piece between 30 ° and 60 °, wherein the oblique angle is preferably 45 °. This is because this angle or angular range is a compromise between the required due to tolerances mountability on the one hand and the required tightness due to the inclination of the force acting on the first sealing surface reaction force to minimize the vertical seat deformation on the other hand.
Insbesondere ist die erste Dichtfläche an einem im Durchmesser vergrößerten Abschnitt des Ventilstücks an einer dem Spannelement abgewandten Stirnseite angeordnet.In particular, the first sealing surface is arranged on an enlarged diameter portion of the valve piece on a clamping element facing away from the end face.
Hinsichtlich der fertigungstechnischen Ausgestaltung einer mit der ersten Dichtfläche zusammenwirkenden zweiten Dichtfläche gibt es mehrere Möglichkeiten. In einer ersten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die zweite Dichtfläche monolithisch und gegengleich zur ersten Dichtfläche am Haltekörper ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung der zweiten Dichtfläche ermöglicht es, die (schräge) zweite Dichtfläche ohne Verwendung separater Bauteile auszubilden.With regard to the production engineering design of a cooperating with the first sealing surface second sealing surface, there are several possibilities. In a first embodiment, it is provided that the second sealing surface is formed monolithically and opposite to the first sealing surface on the holding body. Such Forming the second sealing surface makes it possible to form the (oblique) second sealing surface without the use of separate components.
In alternativer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die zweite Dichtfläche an einem von dem Haltekörper separaten, ringförmigen Bauteil ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Fertigung eines stufenförmigen Absatzes am Haltekörper gegenüber der zunächst genannten Variante, bei der die zweite Dichtfläche schräg und monolithisch an dem Haltekörper ausgebildet ist, die Fertigung des Haltekörpers vereinfacht ist.In an alternative embodiment, it is provided that the second sealing surface is formed on a separate from the holding body, annular member. Such a configuration has the advantage that the production of the holding body is simplified by the production of a stepped shoulder on the holding body relative to the first-mentioned variant, in which the second sealing surface is formed obliquely and monolithically on the holding body.
Konkret wird bei der Verwendung eines separaten, ringförmigen Bauteils zur Ausbildung der zweiten Dichtfläche vorgeschlagen, dass das separate Bauteil im Querschnitt dreiecksförmig ausgebildet ist und eine mit einer senkrecht zur Längsachse angeordneten dritten Dichtfläche versehen ist, die mit einer am Haltekörper ausgebildeten vierten Dichtfläche zusammenwirkt.Specifically, when using a separate, annular component for forming the second sealing surface, it is proposed that the separate component is triangular in cross-section and one provided with a third sealing surface arranged perpendicular to the longitudinal axis, which cooperates with a fourth sealing surface formed on the holding body.
Um den Montageprozess zu vereinfachen und ggf. vorhandene Bauteiltoleranzen auszugleichen, ist es von Vorteil, wenn zwischen dem separaten Bauteil und einer radial um die Längsachse des Ventilstücks umlaufenden, das Bauteil umschließenden Wand des Haltekörpers ein Radialspalt ausgebildet ist.In order to simplify the assembly process and compensate for any existing component tolerances, it is advantageous if a radial gap is formed between the separate component and a radially surrounding the longitudinal axis of the valve member surrounding the component wall of the holding body.
Eine weitere ggf. vorteilhafte Beeinflussung des Verformungsverhaltens der Bauteile lässt sich erzielen, wenn das separate Bauteil aus einem gegenüber dem Material des Haltekörpers und/oder dem Material des Ventilstücks unterschiedlichen Material besteht.Another possibly advantageous influencing of the deformation behavior of the components can be achieved if the separate component consists of a material which is different from the material of the holding body and / or the material of the valve piece.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das Schaltventil einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Magnetanker als Aktor des Schaltventils aufweist.The invention is further characterized in that the switching valve has a cooperating with the valve seat armature as an actuator of the switching valve.
Insbesondere werden die vorteilhaften Auswirkungen des Kraftstoffinjektors erzielt, wenn dieser dazu ausgebildet ist, mit einem Systemdruck von über 2000bar betrieben zu werden.In particular, the advantageous effects of the fuel injector are achieved if it is designed to be operated at a system pressure of over 2000 bar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in:
-
1 einen Teillängsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich des Schaltventils und -
2 ein Detail der1 bei einer gegenüber der ersten Ausführungsform abgewandelten Ausgestaltung des Haltekörpers.
-
1 a partial longitudinal section through a first preferred embodiment of a fuel injector according to the invention in the region of the switching valve and -
2 a detail of1 in a modified embodiment of the holding body compared to the first embodiment.
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.
Der in der
Der Kraftstoffinjektor
Das Freigeben bzw. Verschließen des Ventilsitzes
Um einen innerhalb des Haltekörpers
Wesentlich dabei ist, dass diese Axialkraft unter Zwischenlage eines als separaten Bauteil
Weiterhin ist zwischen dem Außenumfang des Bauteils
Das Bauteil
In den
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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