DE102018206659A1

DE102018206659A1 - Fuel injector for injecting a gaseous and / or liquid fuel

Info

Publication number: DE102018206659A1
Application number: DE102018206659.0A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Howey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei koaxial angeordnete und ineinander geführte Düsennadeln (1, 2) zum Freigeben und Verschließen von Einspritzöffnungen (3, 4), wobei jeder Düsennadel (1, 2) ein Steuerraum (5, 6) und ein Steuerventil (7, 8) zur Beeinflussung des im jeweiligen Steuerraum (5, 6) herrschenden Steuerdrucks zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Steuerraum (5), welcher der äußeren Düsennadel (1) zugeordnet ist, in axialer Richtung einerseits durch einen mit der äußeren Düsennadel (1) mechanisch gekoppelten Kolben (9), andererseits durch eine Drosselplatte (10) und in radialer Richtung durch ein Gehäuse (11) mit einer Durchgangsbohrung (12) begrenzt wird, in welcher der Kolben (9) aufgenommen ist.

The invention relates to a fuel injector for injecting a gaseous and / or a liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising two coaxially arranged and nested nozzle needles (1, 2) for releasing and closing injection openings (3, 4), each nozzle needle (3). 1, 2) are associated with a control chamber (5, 6) and a control valve (7, 8) for influencing the control pressure prevailing in the respective control chamber (5, 6). According to the control chamber (5), which is the outer nozzle needle (1) associated, in the axial direction on the one hand by a with the outer nozzle needle (1) mechanically coupled piston (9), on the other hand by a throttle plate (10) and in the radial direction a housing (11) having a through bore (12) is limited, in which the piston (9) is accommodated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Kraftstoffinjektoren sind auch als Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt.The invention relates to a fuel injector for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1. Such fuel injectors are also known as Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren or dual-fuel injectors.

Stand der TechnikState of the art

Kraftstoffinjektoren der vorstehend genannten Art weisen in der Regel zwei koaxial angeordnete, ineinander geführte hubbewegliche Düsennadeln zum Freigeben und Verschließen von Einspritzöffnungen für die unterschiedlichen Kauf. Die Ansteuerung ist vergleichsweise aufwendig, da für jede Düsennadel ein Steuerventil vorhanden sein muss. Ferner müssen beide Steuerventile zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein.Fuel injectors of the type mentioned above generally have two coaxially arranged, reciprocally driven lifting nozzle needles for releasing and closing of injection openings for the different purchase. The control is relatively expensive, since a control valve must be present for each nozzle needle. Furthermore, both control valves must be timed exactly matched.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 225 167 A1 geht beispielhaft ein Kraftstoffzumessventil für eine Brennkraftmaschine hervor, das ein Gehäuse umfasst, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem im Gehäuse ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt. Im Gehäuse ist ferner ein Gasraum ausgebildet, der die Düsennadel abschnittsweise umgibt und der durch das Öffnen des Dichtsitzes mit wenigstens einer Eindüsöffnung verbindbar ist. Weiterhin ist ein mit flüssigem Kraftstoff befüllbarer Raum vorhanden, der dem Gasraum abgewandt die Düsennadel umgibt. Zur Vereinfachung der Ansteuerung wird vorgeschlagen, den flüssigen und den gasförmigen Kraftstoff in einem einzigen Vorgang in den Brennraum einzubringen. Hierzu wird eine Leckage des flüssigen Kraftstoffs in den Gasraum über einen Leckagespalt zugelassen, so dass beim Öffnen der Düsennadel Gas aus dem Gasraum über die Einspritzöffnungen in einen Brennraum strömt und dabei den innerhalb des Gasraums vorhandenen flüssigen Kraftstoff mitreißt. Der Leckagespalt ist dabei derart bemessen, dass durch die Eindüsung des gasförmigen Kraftstoffs eine solche Menge an flüssigem Kraftstoff in den Brennraum gelangt, dass die Zündfähigkeit des Gemisches auf das gewünschte Maß angehoben wird. Um bei Bedarf eine größere Menge des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einzubringen, ist eine weitere Düsennadel vorgesehen, die in einer Bohrung der ersten Düsennadel zum Freigeben und Verschließen mindestens einer weiteren Einspritzöffnung hubbeweglich geführt ist. Zur Steuerung der Hubbewegungen der beiden Düsennadeln ist jeweils ein Steuerventil vorgesehen.From the publication DE 10 2014 225 167 A1 exemplifies a Kraftstoffzumessventil for an internal combustion engine, which comprises a housing in which a nozzle needle is arranged longitudinally displaceable, which cooperates with a sealing seat formed in the housing. In the housing, a gas space is further formed, which surrounds the nozzle needle in sections and which can be connected by opening the sealing seat with at least one injection opening. Furthermore, a fillable with liquid fuel space is present, which faces away from the gas chamber surrounding the nozzle needle. To simplify the control is proposed to introduce the liquid and the gaseous fuel in a single operation in the combustion chamber. For this purpose, a leakage of the liquid fuel is admitted into the gas space via a leakage gap, so that when opening the nozzle needle gas flows from the gas space via the injection openings into a combustion chamber and entrains the existing within the gas space liquid fuel. The leakage gap is dimensioned such that the injection of the gaseous fuel such an amount of liquid fuel enters the combustion chamber, that the ignitability of the mixture is raised to the desired level. In order to introduce a larger amount of the liquid fuel into the combustion chamber when needed, a further nozzle needle is provided, which is guided in a bore of the first nozzle needle for releasing and closing at least one further injection opening in a liftable manner. For controlling the strokes of the two nozzle needles, a control valve is provided in each case.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, der eine unabhängige Ansteuerung zweier koaxial angeordneter und ineinander geführter Düsennadeln ermöglicht sowie schnell und präzise schaltet. Darüber hinaus soll der Kraftstoffinjektor möglichst einfach aufgebaut sein.The present invention has for its object to provide a fuel injector for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, which allows independent control of two coaxially arranged and nested nozzle needles and switches quickly and accurately. In addition, the fuel injector should be as simple as possible.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object of the fuel injector with the features of claim 1 is given. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst zwei koaxial angeordnete und ineinander geführte Düsennadeln zum Freigeben und Verschließen von Einspritzöffnungen. Dabei sind jeder Düsennadel ein Steuerraum und ein Steuerventil zur Beeinflussung des im jeweiligen Steuerraum herrschenden Steuerdrucks zugeordnet. Erfindungsgemäß wird der Steuerraum, welcher der äußeren Düsennadel zugeordnet ist, in axialer Richtung einerseits durch einen mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelten Kolben, andererseits durch eine Drosselplatte und in radialer Richtung durch ein Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung begrenzt, in welcher der Kolben aufgenommen ist.The proposed for injecting a gaseous and / or liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine fuel injector comprises two coaxially arranged and nested nozzle needles for releasing and closing of injection openings. Each nozzle needle is associated with a control chamber and a control valve for influencing the control pressure prevailing in the respective control chamber. According to the invention, the control chamber which is assigned to the outer nozzle needle is delimited in the axial direction on the one hand by a piston mechanically coupled to the outer nozzle needle, on the other hand by a throttle plate and in the radial direction by a housing with a through bore in which the piston is accommodated.

Dadurch, dass beiden Düsennadeln jeweils ein Steuerraum und ein Steuerventil zugeordnet sind, können beide Düsennadeln unabhängig voneinander angesteuert werden. Ferner kann die Ausbildung des Kraftstoffinjektors vereinfacht werden, da der Steuerraum, welcher der äußeren Düsennadel zugeordnet ist, in radialer Richtung durch ein Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung begrenzt wird. Die Durchgangsbohrung erleichtert die Ausführung einer präzisen Führungsbohrung, über welche der mit der äußeren Düsennadel gekoppelte Kolben geführt ist. Die Begrenzung des Steuerraums in axialer Richtung durch die Drosselplatte ermöglicht kurze Steuerleitungen und somit kleine Steuermengen, so dass ein schnell und präzise schaltender Kraftstoffinjektor geschaffen wird. Der ferner zur Begrenzung des Steuerraums vorgeschlagene, mit der äußeren Düsennadel mechanisch koppelbare Kolben vermag zudem eine Distanz zwischen dem Steuerraum und der äußeren Düsennadel zu überbrücken, so dass durch eine Spannpratze hervorgerufene Montagekräfte, die im eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors auf das Gehäuse wirken, nicht durch die Steuerventile geleitet werden. Das heißt, dass nach der werkseitigen Prüfung des Kraftstoffinjektors keine weitere Verformung der Steuerventile zu befürchten ist, die zu abweichenden Einspritzmengen und/oder zu einer Fehlfunktion des Kraftstoffinjektors führen könnte.The fact that both nozzle needles are each assigned a control chamber and a control valve, both nozzle needles can be controlled independently. Furthermore, the design of the fuel injector can be simplified because the control chamber, which is associated with the outer nozzle needle, is limited in the radial direction by a housing having a through hole. The through hole facilitates the execution of a precise guide bore, over which the piston coupled to the outer nozzle needle is guided. The limitation of the control chamber in the axial direction by the throttle plate allows short control lines and thus small control amounts, so that a fast and precise switching fuel injector is created. The further proposed for limiting the control chamber, with the outer nozzle needle mechanically coupled piston also allows to bridge a distance between the control chamber and the outer nozzle needle, so that caused by a clamping claw assembly forces acting in the installed state of the fuel injector to the housing, not by the control valves are routed. This means that after the factory testing of the fuel injector no further deformation of the control valves is to be feared, which could lead to deviating injection quantities and / or to a malfunction of the fuel injector.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben mittels eines Zentrierstücks mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelt. Das Zentrierstück bewirkt eine Ausrichtung des Kolbens in Bezug auf die äußere Düsennadel in radialer Richtung, so dass die Entstehung von Querkräften aufgrund eines radialen Versatzes verhindert wird. Somit trägt auch diese Maßnahme zu einem schnellen und präzisen Schalten des Kraftstoffinjektors bei. Vorzugsweise ist das Zentrierstück durch die Federkraft einer Druckfeder gegen die äußere Düsennadel axial vorgespannt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Zentrierstück stets in Kontakt mit der äußeren Düsennadel steht. Ferner wird verhindert, dass die äußere Düsennadel öffnet, bevor Systemdruck im Kraftstoffinjektor aufgebaut ist. According to a preferred embodiment of the invention, the piston is mechanically coupled by means of a centering piece with the outer nozzle needle. The centering causes an alignment of the piston with respect to the outer nozzle needle in the radial direction, so that the generation of transverse forces due to a radial offset is prevented. Thus, this measure also contributes to a quick and precise switching of the fuel injector. Preferably, the centering piece is axially biased by the spring force of a compression spring against the outer nozzle needle. In this way it is ensured that the centering piece is always in contact with the outer nozzle needle. Furthermore, the outer nozzle needle is prevented from opening before system pressure is built up in the fuel injector.

Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die innere Düsennadel durch die Federkraft einer weiteren Druckfeder, die vorzugsweise am Zentrierstück axial abgestützt ist, in Richtung eines Dichtsitzes axial vorgespannt ist. Somit ist durch die weitere Druckfeder ein unbeabsichtigtes Öffnen der inneren Düsennadel bei fehlendem Systemdruck sichergestellt. Die Federkraft der weiteren Druckfeder ist vorzugsweise kleiner als die Federkraft der ersten Druckfeder, so dass weiterhin der Kontakt des Zentrierstücks mit der äußeren Düsennadel gewährleistet ist. Am Zentrierstück kann zudem ein Hubanschlag für die innere Düsennadel ausgebildet sein, so dass hierüber der Hub der inneren Düsennadel einstellbar ist.As a further development measure, it is proposed that the inner nozzle needle be axially biased in the direction of a sealing seat by the spring force of a further compression spring, which is preferably axially supported on the centering piece. Thus, unintentional opening of the inner nozzle needle is ensured in the absence of system pressure by the further compression spring. The spring force of the further compression spring is preferably smaller than the spring force of the first compression spring, so that further the contact of the centering piece is ensured with the outer nozzle needle. At the centering also a stroke stop for the inner nozzle needle may be formed, so that hereby the stroke of the inner nozzle needle is adjustable.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Steuerraum, welcher der inneren Düsennadel zugeordnet ist, in dem Kolben ausgebildet ist, der mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist. In axialer Richtung wird vorzugsweise der Steuerraum durch einen weiteren Kolben begrenzt, der mit der inneren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist. Der weitere Kolben dient der Überbrückung einer Distanz zwischen der inneren Düsennadel und dem der inneren Düsennadel zugeordneten Steuerraum, so dass dieser wiederum nah am zugehörigen Steuerventil angeordnet werden kann. Das heißt, dass Steuerleitungen verkürzt werden können, was wiederum ein schnelles und präzises Schalten des Kraftstoffinjektors begünstigt. Erfolgt die mechanische Kopplung der inneren Düsennadel und des Kolbens im Bereich des Zentrierstücks, kann mit Hilfe des Zentrierstücks eine Ausrichtung in radialer Richtung bewirkt werden, die einem radialen Versatz und damit unerwünschten Querkräften entgegenwirkt.Furthermore, it is proposed that the control chamber, which is assigned to the inner nozzle needle, formed in the piston, which is mechanically coupled to the outer nozzle needle. In the axial direction of the control chamber is preferably limited by a further piston which is mechanically coupled to the inner nozzle needle. The further piston serves to bridge a distance between the inner nozzle needle and the control chamber associated with the inner nozzle needle, so that the same can again be arranged close to the associated control valve. This means that control lines can be shortened, which in turn favors a fast and precise switching of the fuel injector. If the mechanical coupling of the inner nozzle needle and the piston in the region of the centering piece, alignment in the radial direction can be effected by means of the centering, which counteracts a radial offset and thus undesirable transverse forces.

Vorteilhafterweise ist der Kolben, der mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist, zumindest abschnittsweise oder teilweise hülsenförmig ausgeführt. Der hülsenförmige Abschnitt bzw. das hülsenförmige Teil des Kolbens ermöglicht die Aufnahme und/oder Führung des Kolbens, der mit der inneren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist. Je länger der hülsenförmige Abschnitt bzw. das hülsenförmige Teil ist, desto näher rückt der Steuerraum, welcher der inneren Düsennadel zugeordnet ist, an das zugehörige Steuerventil heran, was kurze Steuerleitungen ermöglicht.Advantageously, the piston, which is mechanically coupled to the outer nozzle needle, at least partially or partially designed sleeve-shaped. The sleeve-shaped portion or the sleeve-shaped part of the piston allows the recording and / or guidance of the piston, which is mechanically coupled to the inner nozzle needle. The longer the sleeve-shaped portion or the sleeve-shaped part, the closer the control chamber, which is assigned to the inner nozzle needle, approaches the associated control valve, which allows short control lines.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Drosselplatte auf der dem Steuerraum abgewandten Seite mindestens einen Ventilsitz für ein Steuerventil ausbildet. Die Höhe der Drosselplatte bestimmt somit im Wesentlichen die Länge der Steuerleitungen, so dass besonders kurze Steuerleitungen realisierbar sind. Sofern die Drosselplatte die Ventilsitze für beide Steuerventile ausbildet, können diese nebeneinander liegend im Kraftstoffinjektor angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein kompakt bauender Kraftstoffinjektor geschaffen.In addition, it is proposed that the throttle plate forms on the side facing away from the control chamber at least one valve seat for a control valve. The height of the throttle plate thus essentially determines the length of the control lines, so that particularly short control lines can be realized. If the throttle plate forms the valve seats for both control valves, these can be arranged side by side lying in the fuel injector. In this way, a compact fuel injector is created.

Bevorzugt ist in der Drosselplatte mindestens eine als Zulaufdrossel und/oder als Ablaufdrossel dienende Drosselbohrung ausgebildet, die in den Steuerraum mündet, welcher der äußeren Düsennadel zugeordnet ist. Über den Drosselquerschnitt der jeweiligen Drossel kann der Kraftstoffzulauf in den Steuerraum bzw. der Kraftstoffablauf aus dem Steuerraum vorgegeben werden. Vorzugsweise ist der Drosselquerschnitt der als Zulaufdrossel dienenden Drosselbohrung möglichst groß gewählt, um einen schnellen Druckaufbau im Steuerraum und damit ein schnelles Schließen der Düsennadel zu erreichen. Der Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel sollte demgegenüber möglichst klein gewählt werden, um die rückzuführenden Steuermengen gering zu halten.Preferably, at least one throttle bore serving as an inlet throttle and / or as an outlet throttle is formed in the throttle plate, which opens into the control chamber, which is assigned to the outer nozzle needle. The fuel inlet into the control chamber or the fuel outlet from the control chamber can be preset via the throttle cross-section of the respective throttle. Preferably, the throttle cross-section of the throttle bore serving as inlet throttle is chosen as large as possible in order to achieve a rapid pressure build-up in the control chamber and thus a fast closing of the nozzle needle. The throttle cross-section of the outlet throttle should be chosen as small as possible in order to keep the amount of tax to be reduced low.

Ferner bevorzugt ist in der Drosselplatte eine als Ablaufdrossel dienende Drosselbohrung ausgebildet, die über mindestens einen Ablaufkanal mit dem Steuerraum verbunden ist, welcher der inneren Düsennadel zugeordnet ist. Da eine Drosselbohrung in der Drosselplatte vergleichsweise einfach herzustellen ist, kann auf diese Weise die Fertigung vereinfacht werden.Further preferably, in the throttle plate serving as an outlet throttle throttle bore is formed, which is connected via at least one flow channel with the control chamber, which is assigned to the inner nozzle needle. Since a throttle bore in the throttle plate is relatively easy to manufacture, manufacturing can be simplified in this way.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass im Kolben, welcher mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist, mindestens eine als Zulaufdrossel dienende Drosselbohrung ausgebildet ist, die vorzugsweise als Radialbohrung oder als Schrägbohrung ausgeführt ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Zulaufdrossel handeln, über welche der Steuerraum mit Kraftstoff befüllbar ist, welcher der inneren Düsennadel zugeordnet ist. In diesem Fall ist die Drosselbohrung bevorzugt als Radialbohrung ausgeführt. Soll die Drosselbohrung in den Steuerraum münden, welcher der äußeren Düsennadel zugeordnet ist, ist diese bevorzugt als Schrägbohrung ausgeführt. Sofern beide Zulaufdrosseln in dem Kolben ausgebildet sind, der mit der äußeren Düsennadel mechanisch gekoppelt ist, reduziert sich die Anzahl der Drosselbohrungen, die in der Drosselplatte ausgebildet sind, auf die beiden Ablaufdrosseln.Alternatively or additionally, it is proposed that in the piston, which is mechanically coupled to the outer nozzle needle, at least one serving as an inlet throttle throttle bore is formed, which is preferably designed as a radial bore or as an oblique bore. This may in particular be an inlet throttle, via which the control chamber can be filled with fuel, which is assigned to the inner nozzle needle. In this case, the throttle bore is preferably designed as a radial bore. If the throttle bore open into the control chamber, which is assigned to the outer nozzle needle, this is preferably designed as an oblique bore. If both inlet throttles are formed in the piston, which is mechanically coupled to the outer nozzle needle, reduces the number of throttle bores, which are formed in the throttle plate, on the two flow restrictors.

Die Anordnung bzw. Lage der Drosselbohrungen hängt insbesondere von der konkreten Ausführung der Steuerventile ab. Bevorzugt ist mindestens ein Steuerventil als 2/2-Wegeventil oder als 4/2-Wegeventil ausgeführt. In der Ausführung als 4/2 Wegeventil kann mit Öffnen der Ablaufdrossel die Zulaufdrossel geschlossen werden, so dass die Ablaufdrossel kleiner ausgelegt werden kann, da sie nicht den über die Zulaufdrossel in den Steuerraum gelangende Kraftstoffmenge zu kompensieren hat. Es können beide Steuerventile als 4/2 Wegeventil ausgeführt sein oder nur ein Steuerventil. Darüber hinaus können auch beide Steuerventile als 2/2-Wegeventile ausgeführt sein, da sich dieses Konzept besonders einfach umsetzen lässt.The arrangement or position of the throttle bores depends in particular on the specific design of the control valves. Preferably, at least one control valve is designed as a 2/2-way valve or as a 4/2-way valve. In the version as a 4/2-way valve, the inlet throttle can be closed by opening the outlet throttle, so that the outlet throttle can be made smaller, since it does not have to compensate for the amount of fuel reaching the control chamber via the inlet throttle. Both control valves can be designed as a 4/2 directional control valve or only one control valve. In addition, both control valves can be designed as 2/2-way valves, as this concept can be implemented particularly easily.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen ersten schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 einen zweiten schematischen Längsschnitt durch den Kraftstoffinjektor der 1 mit veränderter Schnittebene,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Steuerventile,
4 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Düsennadeln,
5 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
6 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.

Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a first schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a first preferred embodiment,
2 a second schematic longitudinal section through the fuel injector of 1 with modified cutting plane,
3 an enlarged section of the 1 in the field of control valves,
4 an enlarged section of the 1 in the field of nozzle needles,
5 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a second preferred embodiment and
6 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a third preferred embodiment.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der in der 1 und in der 2 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst zwei koaxial angeordnete und ineinander geführte Düsennadeln 1, 2 zum Freigeben und Verschließen von Einspritzöffnungen 3, 4 (siehe 4). Die äußere Düsennadel 1 steuert Einspritzöffnungen 3, die in einem Düsenkörper 25 ausgebildet sind, der einen Gasraum 27 begrenzt. Über die Einspritzöffnungen 3 ist demnach ein gasförmiger Kraftstoff einspritzbar bzw. einblasbar. Die Einspritzöffnungen 4 sind in der äußeren Düsennadel 1 angeordnet, die zugleich einen Dichtsitz 16 für die innere Düsennadel 2 ausbildet und einen Flüssigkraftstoffraum 28 begrenzt. Über die Einspritzöffnungen 4 ist demnach ein flüssiger Kraftstoff einspritzbar. Der Düsenkörper 25 ist mittels einer Düsenspannmutter 26 mit einem Gehäuse 11 verspannt, das von einer Durchgangsbohrung 12 durchsetzt ist. In der Durchgangsbohrung 12 sind zwei koaxial angeordnete und ineinander geführte Kolben 9, 17 aufgenommen, von denen der abschnittsweise hülsenförmig ausgebildete äußere Kolben 9 mit der äußeren Düsennadel 1 und der innere Kolben 17 mit der inneren Düsennadel 2 mechanisch gekoppelt sind. Die Kolben 9, 17 verlängern somit die Düsennadeln 1, 2. Dies hat den Vorteil, dass den Düsennadeln 1, 2 zugeordnete Steuerräume 5, 6 düsenfern bzw. in der Nähe von Steuerventilen 7, 8 angeordnet werden können, die der Ansteuerung der Düsennadeln 1, 2 dienen. Somit können kurze Steuerleitungen realisiert werden, die zu einem schnellen und präzisen Schalten des Kraftstoffinjektors beitragen.The Indian 1 and in the 2 shown fuel injector comprises two coaxially arranged and nested nozzle needles 1 . 2 for releasing and closing injection openings 3 . 4 (please refer 4 ). The outer nozzle needle 1 controls injection openings 3 in a nozzle body 25 are formed, a gas space 27 limited. About the injection openings 3 Accordingly, a gaseous fuel can be injected or injected. The injection openings 4 are in the outer nozzle needle 1 arranged, which at the same time a sealing seat 16 for the inner nozzle needle 2 trains and a liquid fuel room 28 limited. About the injection openings 4 Accordingly, a liquid fuel is injected. The nozzle body 25 is by means of a nozzle retaining nut 26 with a housing 11 tense, that of a through hole 12 is interspersed. In the through hole 12 are two coaxially arranged and nested pistons 9 . 17 recorded, of which the sectionally sleeve-shaped outer piston 9 with the outer nozzle needle 1 and the inner piston 17 with the inner nozzle needle 2 mechanically coupled. The pistons 9 . 17 thus extend the nozzle needles 1 . 2 , This has the advantage that the nozzle needles 1 . 2 associated control rooms 5 . 6 remote from the nozzle or near control valves 7 . 8th can be arranged, the control of the nozzle needles 1 . 2 serve. Thus, short control lines can be realized, which contribute to a fast and precise switching of the fuel injector.

Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, wird der Steuerraum 5, welcher der äußeren Düsennadel 1 zugeordnet ist, in radialer Richtung durch das Gehäuse 11 und in axialer Richtung einerseits durch den Kolben 9, andererseits durch eine Drosselplatte 10 begrenzt. Auf ihrer dem Steuerraum 5 abgewandten Seite bildet die Drosselplatte 10 einen ersten Ventilsitz 18 für das der äußeren Düsennadel 1 zugeordnete Steuerventil 7 sowie einen zweiten Ventilsitz 19 für das der inneren Düsennadel 2 zugeordnete Steuerventil 8 aus. Das erste Steuerventil 7 ist als 4/2-Wegeventil und das zweite Steuerventil 8 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Das heißt, dass mit Öffnen des ersten Steuerventils 7 eine Verbindung des Steuerraums 5 mit einem Rücklauf (nicht dargestellt) über eine in der Drosselplatte 10 ausgebildete Ablaufdrossel 21 hergestellt wird, während zugleich eine Verbindung des Steuerraums 5 mit einem Zulaufkanal 38 über eine in der Drosselplatte 10 ausgebildete Zulaufdrossel 20 unterbrochen wird. Dem Ventilsitz 18 liegt hierzu ein Ventilsitz 18' gegenüber, der durch einen an die Drosselplatte 10 angesetzten Ventilkörper 35 ausgebildet wird. Des Weiteren ist in der Drosselplatte 10 eine Ablaufdrossel 22 ausgebildet, die über einen im Gehäuse 11 ausgebildeten ersten Ablaufkanal 23 und einem im Kolben 9 ausgebildeten zweiten Ablaufkanal 23 mit dem Steuerraum 6 verbunden ist, welcher der inneren Düsennadel 2 zugeordnet ist. Die Ablaufdrossel 22 mündet in den Ventilsitz 19 und ist somit über das zweite Steuerventil 8 schaltbar, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist. Das heißt, dass bei geöffneter Ablaufdrossel 22 auch eine Zulaufdrossel 24 geöffnet ist, die den Steuerraum 6 mit dem Zulaufkanal 38 verbindet und als Radialbohrung im Kolben 9 ausgebildet ist. Die Ablaufdrossel 22 muss somit den Zustrom über die Zulaufdrossel 24 kompensieren.How the particular 3 can be seen, the control room 5 , which is the outer nozzle needle 1 is assigned, in the radial direction through the housing 11 and in the axial direction on the one hand by the piston 9 on the other hand by a throttle plate 10 limited. On her the control room 5 opposite side forms the throttle plate 10 a first valve seat 18 for the outer nozzle needle 1 associated control valve 7 and a second valve seat 19 for the inner nozzle needle 2 associated control valve 8th out. The first control valve 7 is as a 4/2-way valve and the second control valve 8th is designed as a 2/2-way valve. This means that with opening the first control valve 7 a connection of the control room 5 with a return (not shown) via one in the throttle plate 10 trained outlet throttle 21 is produced while at the same time a connection of the control room 5 with a feed channel 38 about one in the throttle plate 10 trained inlet throttle 20 is interrupted. The valve seat 18 this is a valve seat 18 ' opposite, by one to the throttle plate 10 attached valve body 35 is trained. Furthermore, in the throttle plate 10 an outlet throttle 22 formed over one in the housing 11 trained first drainage channel 23 and one in the piston 9 trained second drain channel 23 with the control room 6 connected, which is the inner nozzle needle 2 assigned. The outlet throttle 22 flows into the valve seat 19 and is thus on the second control valve 8th switchable, which is designed as a 2/2-way valve. This means that when the outlet throttle is open 22 also an inlet throttle 24 open, which is the control room 6 with the inlet channel 38 connects and as a radial bore in the piston 9 is trained. The outlet throttle 22 thus must the inflow via the inlet throttle 24 compensate.

Der Steuerdruck in den Steuerräumen 5, 6 bewirkt auf den jeweiligen Kolben 9, 17 jeweils eine hydraulische Druckkraft, die über den Kolben 9, 17 auf die jeweilige Düsennadel 1, 2 übertragen wird, da Kolben 9, 17 und Düsennadel 1, 2 mechanisch gekoppelt sind. Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, wird die mechanische Kopplung des äußeren Kolbens 9 mit der äußeren Düsennadel 1 mittels eines Zentrierstücks 13 bewirkt, das durch die Federkraft einer ersten Druckfeder 14 gegen die äußere Düsennadel 1 axial vorgespannt ist. Die Druckfeder 14 ist hierzu einerseits am Zentrierstück 13, andererseits an einem Federteller 30 abgestützt, der innerhalb der Durchgangsbohrung 12 des Gehäuses 11 fixiert ist. Am Zentrierstück 13 ist zudem eine zweite Druckfeder 15 abgestützt, welche die innere Düsennadel 2 in Richtung des Dichtsitzes 16 vorspannt. Die Federkraft der zweiten Druckfeder 15 ist kleiner als die der ersten Druckfeder 14, so dass sichergestellt ist, dass das Zentrierstück 13 stets in Kontakt mit der äußeren Düsennadel 1 steht. Im Zentrierstück 13 ist eine Einstellscheibe 29 aufgenommen, über welche der äußere Kolben 9 am Zentrierstück 13 abgestützt ist. Die Einstellscheibe 29 begrenzt den maximalen Hub der äußeren Düsennadel 1 durch den Anschlag an der Drosselplatte 10. Zur Begrenzung des Hubs der inneren Düsennadel 2 ist am Zentrierstück 13 ein Hubanschlag 39 ausgebildet. Dies führt zu einer kurzen Toleranzkette, so dass eine Einstellscheibe zur Hubeinstellung entbehrlich ist.The control pressure in the control rooms 5 . 6 effected on the respective piston 9 . 17 one each hydraulic pressure force acting on the piston 9 . 17 on the respective nozzle needle 1 . 2 is transferred as piston 9 . 17 and nozzle needle 1 . 2 mechanically coupled. How the particular 4 it can be seen, the mechanical coupling of the outer piston 9 with the outer nozzle needle 1 by means of a centering piece 13 causes, by the spring force of a first compression spring 14 against the outer nozzle needle 1 is axially biased. The compression spring 14 this is on the one hand on the centering piece 13 on the other hand on a spring plate 30 supported, within the through hole 12 of the housing 11 is fixed. At the centering piece 13 is also a second compression spring 15 supported, which the inner nozzle needle 2 in the direction of the sealing seat 16 biases. The spring force of the second compression spring 15 is smaller than that of the first compression spring 14 , so that ensures that the centering piece 13 always in contact with the outer nozzle needle 1 stands. In the centering piece 13 is a dial 29 taken over which the outer piston 9 at the centering piece 13 is supported. The dial 29 limits the maximum stroke of the outer nozzle needle 1 through the stop on the throttle plate 10 , To limit the stroke of the inner nozzle needle 2 is at the centering piece 13 a stroke stop 39 educated. This leads to a short tolerance chain, so that a dial for stroke adjustment is unnecessary.

Beiden Steuerventilen 7, 8 ist jeweils eine Magnetbaugruppe 31, 32 zugeordnet, mittels welcher die Steuerventile 7, 8 betätigbar sind. Sowohl die Steuerventile 7, 8 als auch die Magnetbaugruppen 31, 32 sind vorliegend im Ventilkörper 35 aufgenommen. Auf dem Ventilkörper 35 liegt ein Deckel 33 auf, der mittels einer Spannmutter 34 mit dem Gehäuse 11 verspannt ist (siehe insbesondere 3). Das Gehäuse 11 weist zudem einen Gasanschluss 36 zur Versorgung mit dem gasförmigen Kraftstoff sowie einen Flüssigkraftstoffanschluss 37 zur Versorgung mit dem flüssigen Kraftstoff auf (siehe insbesondere 2).Both control valves 7 . 8th is each a magnetic assembly 31 . 32 assigned, by means of which the control valves 7 . 8th are operable. Both the control valves 7 . 8th as well as the magnetic assemblies 31 . 32 are present in the valve body 35 added. On the valve body 35 there is a lid 33 on, by means of a clamping nut 34 with the housing 11 is strained (see in particular 3 ). The housing 11 also has a gas connection 36 for supplying the gaseous fuel and a liquid fuel connection 37 for supplying the liquid fuel (see in particular 2 ).

Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist in der 5 dargestellt. Hier sind beide Steuerventile 7, 8 als einfache 2/2-Wegeventile ausgeführt. Die Steuerventile 7, 8 geben in geöffnetem Zustand jeweils eine Ablaufdrossel 21, 22 frei, über welche eine Verbindung des jeweiligen Steuerraums 5, 6 mit einem Rücklauf (nicht dargestellt) herstellbar ist. Die beiden Ablaufdrosseln 21, 22 sind in der Drosselplatte 10 ausgebildet. Der Zulauf von Kraftstoff in die Steuerräume 5, 6 erfolgt über Zulaufdrosseln 20, 24, von denen die Zulaufdrossel 20 ebenfalls in der Drosselplatte 10 und die Zulaufdrossel 24 als Radialbohrung im äußeren Kolben 9 ausgebildet ist.A second embodiment of a fuel injector according to the invention is in the 5 shown. Here are both control valves 7 . 8th designed as a simple 2/2-way valves. The control valves 7 . 8th each give an outlet throttle in the opened state 21 . 22 free, via which a connection of the respective control room 5 . 6 with a return (not shown) can be produced. The two outlet throttles 21 . 22 are in the throttle plate 10 educated. The inflow of fuel into the control rooms 5 . 6 via inlet throttles 20 . 24 , of which the inlet throttle 20 also in the throttle plate 10 and the inlet throttle 24 as a radial bore in the outer piston 9 is trained.

Eine Abwandlung der Ausführungsform der 5 ist in der 6 dargestellt. Beide Steuerventile 7, 8 sind auch hier als 2/2-Wegeventile ausgeführt. Die beiden Ablaufdrosseln 21, 22 sind in der Drosselplatte 10 und die beiden Zulaufdrosseln 20, 24 sind im äußeren Kolben 9 ausgebildet.A modification of the embodiment of the 5 is in the 6 shown. Both control valves 7 . 8th are also designed here as 2/2-way valves. The two outlet throttles 21 . 22 are in the throttle plate 10 and the two inlet throttles 20 . 24 are in the outer piston 9 educated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014225167 A1 [0003]

Claims

Fuel injector for injecting a gaseous and / or a liquid fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising two coaxially arranged and guided nozzle needles (1, 2) for releasing and closing injection openings (3, 4), each nozzle needle (1, 2) a control chamber (5, 6) and a control valve (7, 8) for influencing the control pressure prevailing in the respective control chamber (5, 6) are assigned, characterized in that the control chamber (5) which is associated with the outer nozzle needle (1) , in the axial direction on the one hand by a piston (9) mechanically coupled to the outer nozzle needle (1), on the other hand by a throttle plate (10) and in the radial direction by a housing (11) with a through hole (12) is limited, in which Piston (9) is received.

Fuel injector after Claim 1 , characterized in that the piston (9) by means of a centering piece (13) with the outer nozzle needle (1) is mechanically coupled, wherein preferably the centering piece (13) by the spring force of a compression spring (14) against the outer nozzle needle (1) axially is biased.

Fuel injector after Claim 1 or 2 , characterized in that the inner nozzle needle (2) by the spring force of a further compression spring (15), which is preferably axially supported on the centering piece (13), axially biased in the direction of a sealing seat (16).

Fuel injector after Claim 2 or 3 , characterized in that on the centering piece (39) a stroke stop (39) for the inner nozzle needle (2) is formed.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control chamber (6), which is associated with the inner nozzle needle (2), is formed in the piston (9) and is limited in the axial direction by a further piston (17) with the inner nozzle needle (2) is mechanically coupled.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (9), which is mechanically coupled to the outer nozzle needle (1), at least partially or partially designed sleeve-shaped.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the throttle plate (10) on the control chamber (5) facing away from at least one valve seat (18, 19) for a control valve (7, 8) is formed.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the throttle plate (10) at least one as an inlet throttle (20) and / or as an outlet throttle (21) serving throttle bore is formed, which opens into the control chamber (5), which the outer nozzle needle (1) is assigned.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the throttle plate (10) as an outlet throttle (22) serving throttle bore is formed, which is connected via at least one flow channel (23) with the control chamber (6), which of the inner nozzle needle ( 2) is assigned.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the piston (9) which is mechanically coupled to the outer nozzle needle (1), at least one throttle bore (20, 24) serving as a throttle bore is formed, preferably as a radial bore or as an oblique bore is executed.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that at least one control valve (7, 8) is designed as a 2/2-way valve or as a 4/2-way valve.