DE102019206327A1 - Fuel injector for internal combustion engines - Google Patents

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DE102019206327A1
DE102019206327A1 DE102019206327.6A DE102019206327A DE102019206327A1 DE 102019206327 A1 DE102019206327 A1 DE 102019206327A1 DE 102019206327 A DE102019206327 A DE 102019206327A DE 102019206327 A1 DE102019206327 A1 DE 102019206327A1
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Joachim Winter
Andreas Köninger
Alina Mager
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10) für Brennkraftmaschinen, mit einem Injektorgehäuse (12), in dem in einem Hochdruckraum (20) eine Düsennadel (24) zum zumindest mittelbaren Verschließen und Freigeben wenigstens einer Einspritzöffnung (28) entlang einer Längsachse (26) hubbeweglich angeordnet ist, wobei die Düsennadel (24) mittels einer Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) in die die wenigstens eine Einspritzöffnung (28) verschließende Stellung kraftbeaufschlagt ist, wobei die Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) die Düsennadel (24) unter Ausbildung eines Radialspalts (85) zwischen der Düsennadel (24) und der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) umgibt, wobei sich die Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) mit einem ersten axialen Endabschnitt (70), der eine erste innere Querschnittsfläche (A1) aufweist, gegen ein gehäusefestes Bauteil (80) und mit einem zweiten axialen Endabschnitt (74), der eine zweite innere Querschnittsfläche (A2) aufweist, gegen die Düsennadel (24) abstützt.The invention relates to a fuel injector (10) for internal combustion engines, with an injector housing (12) in which a nozzle needle (24) for at least indirect closing and opening of at least one injection opening (28) along a longitudinal axis (26) can be lifted in a high-pressure chamber (20) is arranged, the nozzle needle (24) being subjected to force by means of a nozzle closing spring (66; 66a to 66e) into the position closing the at least one injection opening (28), the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) forming the nozzle needle (24) a radial gap (85) between the nozzle needle (24) and the nozzle closing spring (66; 66a to 66e), the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) having a first axial end section (70) which has a first inner cross-sectional area (A1 ) against a component (80) fixed to the housing and with a second axial end section (74), which has a second inner cross-sectional area (A2), against the nozzle needle (24) abs supports.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen, bei denen beim Betrieb der Innenquerschnitt einer Düsenschließfeder von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durchströmt wird und radial aus der Düsenschließfeder und in Richtung einer Einspritzöffnung abströmt.The invention relates to a fuel injector for internal combustion engines, in particular for compression-ignition internal combustion engines, in which, during operation, the internal cross section of a nozzle closing spring is traversed by high pressure fuel and flows radially out of the nozzle closing spring and in the direction of an injection opening.

Stand der TechnikState of the art

Ein Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2009 000 281 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor stützt sich deren Düsenschließfeder gegen die Unterseite eines Ventilstücks, wobei in dem Ventilstück eine Bohrung zur Aufnahme des der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Endbereichs der Düsennadel ausgebildet ist. Innerhalb des Ventilstücks bzw. der Bohrung ist darüber hinaus in üblicher Art und Weise ein Steuerraum zur Beeinflussung der Bewegung der Düsennadel ausgebildet. Auch ist innerhalb der Bohrung des Ventilstücks eine Hochdruckverbindung mit einer Kraftstoffversorgung durch eine in dem Ventilstück ausgebildete Querbohrung vorgesehen. Dadurch strömt beim Betrieb des Kraftstoffinjektors der Kraftstoff beim Freigeben der wenigstens einen Einspritzöffnung durch den Radialspalt zwischen der Düsennadel und der Bohrung im Ventilstück und durch den radialen Innenquerschnitt der Düsenschließfeder, um dann im Bereich der Düsenschließfeder radial nach außen in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu strömen. Die aus dem Stand der Technik bekannte Düsenschließfeder ist als zylindrische Spiralfeder ausgebildet.A fuel injector for internal combustion engines with the features of the preamble of claim 1 is from DE 10 2009 000 281 A1 known to the applicant. In the known fuel injector, the nozzle closing spring is supported against the underside of a valve piece, a bore being formed in the valve piece for receiving the end region of the nozzle needle facing away from the at least one injection opening. In addition, within the valve piece or the bore, a control chamber for influencing the movement of the nozzle needle is formed in the usual manner. A high-pressure connection to a fuel supply is also provided within the bore of the valve piece through a transverse bore formed in the valve piece. As a result, when the fuel injector is in operation, when the at least one injection opening is released, the fuel flows through the radial gap between the nozzle needle and the bore in the valve piece and through the radial inner cross-section of the nozzle closing spring, in order to then flow radially outward in the area of the nozzle closing spring in the direction of the at least one injection opening . The nozzle closing spring known from the prior art is designed as a cylindrical spiral spring.

Aus der DE 10 2012 220 025 A1 der Anmelderin ist ein weiterer Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem Kraftstoffinjektor stützt sich die ebenfalls zylindrisch ausgebildete Düsenschließfeder auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite gegen eine Stirnfläche eines Ventilgehäuseteils ab. Das Ventilstück ist axial beabstandet von der Düsenschließfeder bzw. dem Ventilgehäuseteil angeordnet. Bei diesem Kraftstoffinjektor erfolgt die Durchströmung des Innenquerschnitts der Düsenschließfeder unmittelbar aus einem Hochdruckbereich des Injektorgehäuses, der über eine Kraftstoffversorgung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff verbunden ist.From the DE 10 2012 220 025 A1 Another fuel injector for internal combustion engines with the features of the preamble of claim 1 is known to the applicant. In this fuel injector, the likewise cylindrical nozzle closing spring is supported on the side facing away from the at least one injection opening against an end face of a valve housing part. The valve piece is arranged axially spaced from the nozzle closing spring or the valve housing part. In this fuel injector, the flow through the inner cross section of the nozzle closing spring takes place directly from a high-pressure area of the injector housing, which is connected to high-pressure fuel via a fuel supply.

Weiterhin ist es aus der DE 10 2009 045 486 A1 bei einem einen Piezoaktuator zur Betätigung der Düsennadel aufweisenden Kraftstoffinjektor bekannt, dass ein Steuerventil, das von der Düsennadel mechanisch entkoppelt ist, mittels einer bereichsweise konisch ausgebildeten Schließfeder in Schließrichtung kraftbeaufschlagt ist. Die aus dem Stand der Technik bekannte Form der Schließfeder für das Steuerventil dient dazu, Leckagemengen am Steuerventil, hervorgerufen durch ein Verkippen des Schließglieds, zu verringern.Furthermore, it is from the DE 10 2009 045 486 A1 In the case of a fuel injector having a piezo actuator for actuating the nozzle needle, it is known that a control valve, which is mechanically decoupled from the nozzle needle, is acted upon by force in the closing direction by means of a closing spring which is conical in some areas. The form of the closing spring for the control valve known from the prior art is used to reduce the amount of leakage at the control valve caused by tilting of the closing element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist durch seine spezielle Ausgestaltung der Düsenschließfeder mehrere Vorteile auf: Zum einen wird die Strömungsführung für den Kraftstoff beim Betrieb des Kraftstoffinjektors durch den Innenquerschnitt der Düsenspannfeder in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung dadurch begünstigt, dass durch die Geometrie der Düsenspannfeder mit einer sich zumindest bereichsweise verringerten Fläche ihres Innenquerschnitts in Strömungsrichtung eine Radialkomponente auf den Kraftstoff erzeugt wird, die eine gezielte radiale Umlenkung des Kraftstoffs begünstigt. Darüber hinaus wird eine Kippneigung der Düsennadel mit einer damit verbundenen Erhöhung der mechanischen Reibung bzw. des mechanischen Verschleißes an den Lagerstellen verringert.The fuel injector according to the invention for internal combustion engines with the features of claim 1 has several advantages due to its special design of the nozzle closing spring: On the one hand, the flow guidance for the fuel during operation of the fuel injector is promoted by the internal cross section of the nozzle tension spring in the direction of the at least one injection opening the geometry of the nozzle tension spring with an at least partially reduced area of its inner cross section in the direction of flow, a radial component is generated on the fuel, which promotes a targeted radial deflection of the fuel. In addition, the tendency of the nozzle needle to tilt, with an associated increase in mechanical friction or mechanical wear at the bearing points, is reduced.

Zur Erzielung der genannten Vorteile schlägt die Lehre der Erfindung vor, dass sich die innere Querschnittsfläche der Düsenschließfeder in Richtung der Längsachse (entlang der die Düsennadel beweglich angeordnet ist), beginnend ab der ersten inneren ersten Querschnittsfläche, auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite in Richtung der zweiten inneren Querschnittsfläche auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite zumindest bereichsweise verringert, wobei die erste innere Querschnittsfläche die maximale innere Querschnittsfläche ist.To achieve the advantages mentioned, the teaching of the invention suggests that the inner cross-sectional area of the nozzle closing spring extends in the direction of the longitudinal axis (along which the nozzle needle is movably arranged), starting from the first inner first cross-sectional area on the side facing away from the at least one injection opening in Direction of the second inner cross-sectional area on the side facing the at least one injection opening at least partially reduced, wherein the first inner cross-sectional area is the maximum inner cross-sectional area.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors für Brennkraftmaschinen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the fuel injector according to the invention for internal combustion engines are listed in the subclaims.

Um einerseits eine möglichst einfache Herstellbarkeit der Düsenschließfeder zu ermöglichen, und andererseits Festigkeits- sowie hydraulische Drucksprünge zu vermeiden, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass sich die innere Querschnittsfläche zwischen der ersten und der zweiten inneren Querschnittsfläche stetig monoton verringert. Es sind somit keine Sprünge zwischen den einzelnen, in Längsrichtung aneinander anschließenden inneren Querschnittsflächen vorgesehen.In order, on the one hand, to enable the nozzle closing spring to be manufactured as simply as possible and, on the other hand, to avoid sudden changes in strength and hydraulic pressure, it is particularly preferred that the inner cross-sectional area between the first and second inner cross-sectional areas is continuously monotonously reduced. There are therefore no jumps between the individual inner cross-sectional areas adjoining one another in the longitudinal direction.

In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass sich die innere Querschnittsfläche linear verringert. Dies hat zur Folge, dass die Düsenschließfeder eine konische Form aufweist. Eine derartige Form lässt sich insbesondere relativ einfach herstellen bzw. fertigen.In a further development of the suggestion made last, it can be provided that the inner cross-sectional area is reduced linearly. This has the consequence that the nozzle closing spring is conical Has shape. Such a shape can in particular be produced or manufactured relatively easily.

Alternativ hierzu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die innere Querschnittsfläche nichtlinear verringert. Die nichtlineare Verringerung bzw. die entsprechende Form der Düsenschließfeder kann beispielsweise hyperbelförmig o.ä. sein, sodass sich entsprechende Druckverläufe ergeben, die wiederum ein gezieltes radiales Abströmen des Kraftstoffs aus der Düsenschließfeder begünstigen.As an alternative to this, however, it can also be provided that the inner cross-sectional area decreases non-linearly. The non-linear reduction or the corresponding shape of the nozzle closing spring can, for example, be hyperbolic or the like. be, so that corresponding pressure curves result, which in turn favor a targeted radial outflow of fuel from the nozzle closing spring.

In wiederum alternativer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die innere Querschnittsfläche in einem Teilabschnitt in Längsrichtung konstant ist.In yet another alternative embodiment, it can be provided that the inner cross-sectional area is constant in a partial section in the longitudinal direction.

Um eine individuelle bzw. spezifische Strömungsführung des Kraftstoffs sowie ggf. besonders vorteilhafte mechanische Wirkungen der Düsenschließfeder zu ermöglichen, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Düsenschließfeder mehrere Teilabschnitte aufweist, innerhalb derer sich die Innenquerschnitte anhand unterschiedlicher mathematischer Funktionen verringern.In order to enable an individual or specific flow guidance of the fuel as well as possibly particularly advantageous mechanical effects of the nozzle closing spring, it can also be provided that the nozzle closing spring has several sub-sections within which the inner cross-sections are reduced using different mathematical functions.

Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, dass der Abstand zwischen den Windungen der eine Wicklung aufweisenden Düsenschließfeder konstant ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die zur Abströmung des Kraftstoffs aus der inneren Querschnittsfläche ausgebildeten, in Längsrichtung verlaufenden Querschnitte zwischen den Windungen konstant sind.In addition, it is particularly preferred that the distance between the turns of the nozzle closing spring, which has a winding, is constant. In other words, this means that the longitudinal cross-sections between the windings formed for the fuel to flow out of the inner cross-sectional area are constant.

Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors bzw. der Anordnung der Düsenschließfeder gibt es ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten. In einer ersten Variante ist es vorgesehen, dass das gehäusefeste Bauteil, an der sich die Düsenschließfeder mit einem axialen Endbereich abstützt, ein Ventilstück ist, dessen Bohrung über wenigstens eine Querbohrung zumindest mittelbar Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf des Injektorgehäuses hat. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass das gehäusefeste Bauteil ein Bestandteil des Ventilgehäuses ist, wie dies beispielsweise aus der eingangs erwähnten DE 10 2012 220 025 A1 der Anmelderin vorgesehen ist.With regard to the structural design of the fuel injector or the arrangement of the nozzle closing spring, there are also different options. In a first variant it is provided that the component fixed to the housing, on which the nozzle closing spring is supported with an axial end region, is a valve piece, the bore of which is at least indirectly connected to a fuel inlet of the injector housing via at least one transverse bore. Alternatively, it can also be provided that the component fixed to the housing is a component part of the valve housing, as mentioned, for example, from the aforementioned DE 10 2012 220 025 A1 the applicant is provided.

Die soweit beschriebenen Vorteile kommen insbesondere bei Kraftstoffinjektoren zum Tragen, die relativ hohe Einspritzdrücke ermöglichen. Daher ist es in einer weiteren Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors vorgesehen, dass dieser als Common-Rail-Injektor für eine selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Ein derartiger Common-Rail-Injektor weist typischerweise Einspritzdrücke von 2000bar und mehr auf.The advantages described so far are particularly important in the case of fuel injectors that allow relatively high injection pressures. Therefore, in a further embodiment of the fuel injector, it is provided that it is designed as a common rail injector for a self-igniting internal combustion engine. Such a common rail injector typically has injection pressures of 2000 bar and more.

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

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt einen Kraftstoffinjektor für eine selbstzündende Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt, 1 shows a fuel injector for a compression ignition internal combustion engine in a longitudinal section,
  • 2 ein Detail der 1 im Bereich einer Düsenschließfeder in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt und 2 a detail of the 1 in the area of a nozzle closing spring in an enlarged view in longitudinal section and
  • 3 bis 8 jeweils in vereinfachter Längsdarstellung, unterschiedliche Geometrien von Düsenschließfedern. 3 to 8th each in a simplified longitudinal representation, different geometries of nozzle closing springs.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

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 with the same reference numbers in the figures.

In der 1 ist ein Kraftstoffinjektor 10 für eine selbstzündende Brennkraftmaschine dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 ist Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems bzw. als Common-Rail-Injektor ausgebildet, wobei der Systemdruck typischerweise mehr als 2000bar beträgt.In the 1 is a fuel injector 10 shown for a compression-ignition internal combustion engine. The fuel injector 10 is part of a so-called common rail system or is designed as a common rail injector, the system pressure typically being more than 2000 bar.

Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, das einen Haltekörper 14 und einen Düsenkörper 16 hat. Der Haltekörper 14 und der Düsenkörper 16 sind mittels einer Düsenspannmutter 18 mit ihren einander zugewandten Stirnflächen axial gegeneinander verspannt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.The fuel injector 10 has an injector housing 12th on that a holding body 14th and a nozzle body 16 Has. The holding body 14th and the nozzle body 16 are by means of a nozzle clamping nut 18th axially braced against one another with their facing end faces, as is known from the prior art.

Im Innenraum des Injektorgehäuses 12 ist ein Hochdruckraum 20 ausgebildet, der über einen Hochdruckanschluss 22 mit unter Hochdruck bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Innerhalb des Hochdruckraums 20 ist eine Düsennadel 24 in Richtung einer Längsachse 26 hubbeweglich angeordnet. Die Düsennadel 24 dient zum zumindest mittelbaren Verschließen bzw. Freigeben wenigstens einer, am Düsenkörper 16 ausgebildeten Einspritzöffnung 28, über die unter Hochdruck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. In der in der 1 dargestellten Stellung befindet sich die Düsennadel 14 in ihrer unteren, die wenigstens eine Einspritzöffnung 28 zumindest mittelbar verschließenden Position. Hierzu weist die Düsennadel 24 eine Ventildichtfläche 30 auf, die mit einem Düsensitz 32 am Düsenkörper 16 zusammenwirkt. Die Düsennadel 24 ist darüber hinaus mittels eines Führungsabschnitts 34 innerhalb des Düsenkörpers 16 geführt, wobei der Führungsabschnitt 34 beispielsweise durch Abflachungen ein Strömen des Kraftstoffs in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 ermöglicht.In the interior of the injector housing 12th is a high pressure room 20th formed via a high pressure connection 22nd can be supplied with fuel under high pressure or system pressure. Inside the high pressure room 20th is a nozzle needle 24 in the direction of a longitudinal axis 26th arranged to be liftable. The jet needle 24 serves for at least indirect closure or release of at least one on the nozzle body 16 trained injection port 28 , via which fuel under high pressure can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. In the in the 1 The position shown is the nozzle needle 14th in its lower one, the at least one injection port 28 at least indirectly locking position. The nozzle needle points to this 24 a valve sealing surface 30th on that with a nozzle seat 32 on the nozzle body 16 cooperates. The jet needle 24 is also by means of a guide section 34 inside the nozzle body 16 guided, the guide section 34 for example by flattening Flow of the fuel in the direction of the at least one injection opening 28 enables.

Der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 abgewandte Endbereich der Düsennadel 24 taucht in eine Bohrung 36 eines Ventilstücks 38 ein. Das beispielhaft in etwa hülsenförmig ausgebildete Ventilstück 38 stützt sich auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 abgewandten Seite mit seiner Stirnfläche an einer Drosselplatte 40 ab. Die Drosselplatte 40 ist mittels einer Spannschraube 42 in axialer Richtung gegen eine Stufe des Haltekörpers 14 verspannt. Das Ventilstück 38 bildet in an sich bekannter Art und Weise einen Steuerraum 44 aus, der über eine Zulaufdrossel 46 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 20 versorgbar ist. Das Öffnen und Schließen der Düsennadel 24 wird in an sich bekannter Art und Weise durch eine Druckbeeinflussung im Steuerraum 44 durch Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 44 über eine Ablaufbohrung 48 in der Drosselplatte 40 in einen Niederdruckbereich 50 des Kraftstoffinjektors 10 bewirkt. Hierzu ist ein Steuerventil 52 vorgesehen, das beispielhaft ein kugelförmiges Schließglied 54 aufweist, welches in der dargestellten Stellung gegen eine Dichtfläche 56 an der Drosselplatte 40 anliegt und dadurch den Ablaufkanal 48 in Richtung des Niederdruckbereichs 50 verschließt.That of the at least one injection opening 28 remote end of the nozzle needle 24 dives into a hole 36 a valve piece 38 one. The valve piece, which is approximately sleeve-shaped, for example 38 is based on the at least one injection opening 28 remote side with its end face on a throttle plate 40 from. The throttle plate 40 is by means of a clamping screw 42 in the axial direction against a step of the holding body 14th tense. The valve piece 38 forms a control room in a manner known per se 44 from, via an inlet throttle 46 with fuel under high pressure from the high pressure chamber 20th can be supplied. The opening and closing of the nozzle needle 24 is in a manner known per se by influencing the pressure in the control room 44 by leaking fuel from the control room 44 via a drain hole 48 in the throttle plate 40 in a low pressure area 50 of the fuel injector 10 causes. A control valve is used for this 52 provided, the example of a spherical locking member 54 has, which in the position shown against a sealing surface 56 at the throttle plate 40 and thereby the drainage channel 48 towards the low pressure area 50 locks.

Das Schließglied 54 wirkt mit einem Magnetanker 58 zusammen, der mittels einer Druckfeder 60 in Richtung der den Ablaufkanal 48 verschließende Stellung kraftbeaufschlagt ist. Zum Freigeben des Ablaufkanals 48 bzw. zur Druckreduzierung in dem Steuerraum 44 wirkt der Magnetanker 58 mit einem Elektromagneten 62 zusammen, der bei einer Bestromung ein Anziehen des Magnetankers 58 in Richtung eines oberen Abschlussstücks 64 des Kraftstoffinjektors 10 bewirkt und dadurch den Ablaufkanal 48 freigibt.
Um in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 62 ein Abströmen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist die Düsennadel 24 mittels einer Düsenschließfeder 66 in Richtung der die wenigstens eine Einspritzöffnung 28 zumindest mittelbar verschließenden Position kraftbeaufschlagt. Die Düsenschließfeder 66, die als Druck- bzw. Spiralfeder mit einer einzigen Wicklung 68 ausgebildet ist, stützt sich mit einem ersten axialen Endabschnitt 70 gegen die ihr zugewandte Stirnfläche 72 des Haltekörpers 14 ab. Auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 zugewandten Seite stützt sich der zweite Endabschnitt 74 der Düsenschließfeder 66 axial gegen eine ringförmige Ausgleichsscheibe 76 ab, die sich wiederum auf der der Düsenschließfeder 66 abgewandten Seite gegen einen Absatz 78 an der Düsennadel 24 axial abstützt.The closing link 54 works with a magnet armature 58 together, by means of a compression spring 60 in the direction of the drainage channel 48 locking position is acted upon by force. To release the drainage channel 48 or to reduce pressure in the control room 44 the armature works 58 with an electromagnet 62 together which, when energized, attracts the magnet armature 58 toward an upper terminator 64 of the fuel injector 10 causes and thereby the drainage channel 48 releases.
To in de-energized state of the electromagnet 62 The nozzle needle is used to prevent fuel from flowing into the combustion chamber of the internal combustion engine 24 by means of a nozzle closing spring 66 in the direction of the at least one injection opening 28 at least indirectly applied force to the closing position. The nozzle closing spring 66 as a compression or spiral spring with a single winding 68 is formed, is supported with a first axial end portion 70 against the face facing it 72 of the holding body 14th from. On the at least one injection port 28 the side facing the second end section is supported 74 the nozzle closing spring 66 axially against an annular shim 76 which in turn is based on the nozzle closing spring 66 facing away from a paragraph 78 on the nozzle needle 24 axially supported.

Der Haltekörper 14 bildet ein gehäusefestes Bauteil 80 aus. Insbesondere ist zwischen dem Außenumfang der Düsennadel 24 und einem Bohrungsabschnitt 82 des Haltekörpers 14 ein Spalt in Form eines Radialspalts 84 ausgebildet, über den der Kraftstoff aus dem oberen Bereich des Hochdruckraums 20 in axialer Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 strömen kann (2). Der Radialspalt 84 geht unterhalb der Stirnfläche 72 des Haltekörpers 14 in einen zusätzlichen Radialspalt 85 über, der zwischen dem Innenquerschnitt der Düsenschließfeder 66 und dem Außenumfang der Düsennadel 24 gebildet ist.The holding body 14th forms a component fixed to the housing 80 out. In particular, there is between the outer circumference of the nozzle needle 24 and a bore section 82 of the holding body 14th a gap in the form of a radial gap 84 formed, via which the fuel from the upper region of the high pressure chamber 20th in the axial direction of the at least one injection opening 28 can flow ( 2 ). The radial gap 84 goes below the face 72 of the holding body 14th into an additional radial gap 85 about that between the inner cross section of the nozzle closing spring 66 and the outer circumference of the nozzle needle 24 is formed.

Beim Strömen des Kraftstoffs in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 wird ein Strömungsweg 86 für den Kraftstoff ausgebildet, der sich dadurch auszeichnet, dass der Kraftstoff über den Radialspalt 84 in Richtung der Längsachse 26 in den zusätzlichen Radialspalt 85 einströmt und von dort in radialer Richtung nach außen zwischen den Windungen der Wicklung 68 abströmt. Die radialen Strömungskomponenten des Kraftstoffs sind durch die Pfeile 87 gekennzeichnet.When the fuel flows in the direction of the at least one injection opening 28 becomes a flow path 86 designed for the fuel, which is characterized in that the fuel passes through the radial gap 84 in the direction of the longitudinal axis 26th in the additional radial gap 85 flows in and from there in the radial direction outwards between the turns of the winding 68 flows off. The radial flow components of the fuel are indicated by the arrows 87 marked.

Die in der 3 ohne die Düsennadel 24 dargestellte Düsenschließfeder 66 weist auf der dem Bauteil 80 gewandten Seite im ersten Endabschnitt 70 eine (ringförmige) erste innere Querschnittsfläche A1 auf. Auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 zugewandten Seite, d.h. im Bereich des zweiten Endabschnitts 74, weist die Düsenschließfeder 66 eine zweite innere Querschnittsfläche A2 auf. In Längsrichtung der Düsenschließfeder 66 betrachtet, d.h. in Richtung der Längsachse 26, ändert sich die innere Querschnittsfläche A der Düsenschließfeder 66 stetig. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass sich auch der Innendurchmesser d der Düsenschließfeder 66 in Längsrichtung betrachtet stetig ändert. Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Düsenschließfeder 66 ändert sich der Innendurchmesser d der Düsenschließfeder 66 linear, derart, dass die Düsenschließfeder 66 im Bereich der ersten inneren Querschnittsfläche A1 die größte Querschnittsfläche aufweist, und im Bereich der zweiten inneren Querschnittsfläche A2 die kleinste innere Querschnittsfläche. Insgesamt gesehen ist die Form der Düsenschließfeder 66 im Längsschnitt konisch ausgebildet.The ones in the 3 without the nozzle needle 24 nozzle closing spring shown 66 points to the component 80 facing side in the first end section 70 an (annular) first inner cross-sectional area A 1 . On the at least one injection port 28 facing side, ie in the area of the second end section 74 , shows the nozzle closing spring 66 a second inner cross-sectional area A 2 . In the longitudinal direction of the nozzle closing spring 66 considered, ie in the direction of the longitudinal axis 26th , the inner cross-sectional area A of the nozzle closing spring changes 66 steadily. In other words, this means that the inner diameter d of the nozzle closing spring also changes 66 continuously changes viewed in the longitudinal direction. The one in the 1 to 3 illustrated embodiment of the nozzle closing spring 66 the inner diameter d of the nozzle closing spring changes 66 linear, such that the nozzle closing spring 66 has the largest cross-sectional area in the area of the first inner cross-sectional area A 1 , and the smallest inner cross-sectional area in the area of the second inner cross-sectional area A 2 . Overall, this is the shape of the nozzle closing spring 66 conical in longitudinal section.

In der 4 ist schematisch eine Düsenschließfeder 66a gezeigt, bei der die innere Querschnittsfläche A zwischen der ersten inneren Querschnittsfläche A1 und der zweiten inneren Querschnittsfläche A2 sich ebenfalls stetig verringert. Jedoch nimmt der Innendurchmesser d der Düsenschließfeder 66a in Richtung der Längsachse 66 betrachtet nicht linear ab, sondern gemäß einer nichtlinearen Funktion, im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Düsenschließfeder 66a im Längsschnitt in etwa hyperbelförmig ausgebildet.In the 4th is schematically a nozzle closing spring 66a shown, in which the inner cross-sectional area A between the first inner cross-sectional area A 1 and the second inner cross-sectional area A 2 also decreases steadily. However, the inner diameter d of the nozzle closing spring increases 66a in the direction of the longitudinal axis 66 considered not linear, but according to a non-linear function, in the illustrated embodiment, the nozzle closing spring 66a approximately hyperbolic in longitudinal section.

Die in der 5 dargestellte Düsenschließfeder 66b zeichnet sich durch zwei, in Richtung der Längsachse 26 unmittelbar aneinander anschließende Abschnitte 88, 89 aus. Während in dem ersten Abschnitt 88 sich die erste innere Querschnittsfläche A1 bis auf den Wert der zweiten inneren Querschnittsfläche A2 reduziert, insbesondere durch eine konisch ausgebildete Form der Düsenschließfeder 66b, ist der Innendurchmesser d der Düsenschließfeder 66b im Bereich des zweiten Abschnitts 89 konstant, sodass über die gesamte Länge des zweiten Abschnitts 89 die Düsenschließfeder 66b stets die zweite innere Querschnittsfläche A2 aufweist.The ones in the 5 nozzle closing spring shown 66b is characterized by two, in the direction of the longitudinal axis 26th directly adjoining sections 88 , 89 out. While in the first section 88 the first inner cross-sectional area A 1 is reduced to the value of the second inner cross-sectional area A 2 , in particular due to a conical shape of the nozzle closing spring 66b , is the inner diameter d of the nozzle closing spring 66b in the area of the second section 89 constant so that over the entire length of the second section 89 the nozzle closing spring 66b always has the second inner cross-sectional area A 2 .

Bei der in der 6 dargestellten Düsenschließfeder 66c sind ebenfalls zwei Abschnitte 88, 89 vorgesehen, die sich in Richtung der Längsachse 26 unmittelbar aneinander anschließen. Während in dem ersten Abschnitt 88 eine konstante erste innere Querschnittsfläche A1 vorhanden ist, verringert sich der Innendurchmesser d der Düsenschließfeder 66c im Bereich des zweiten Abschnitts 89 linear, sodass im Längsschnitt eine konische Form der Düsenschließfeder 66c erzielt wird. Innerhalb des zweiten Abschnitts 89 verringert sich die innere Querschnittsfläche A von der ersten inneren Querschnittsfläche A1 somit bis zur zweiten inneren Querschnittsfläche A2.In the case of the 6th illustrated nozzle closing spring 66c are also two sections 88 , 89 provided that extends in the direction of the longitudinal axis 26th connect directly to each other. While in the first section 88 If a constant first inner cross-sectional area A 1 is present, the inner diameter d of the nozzle closing spring is reduced 66c in the area of the second section 89 linear, so that the nozzle closing spring has a conical shape in the longitudinal section 66c is achieved. Inside the second section 89 the inner cross-sectional area A thus decreases from the first inner cross-sectional area A 1 to the second inner cross-sectional area A 2 .

Die Düsenschließfeder 66c gemäß der 7 weist drei, in Richtung der Längsachse 26 unmittelbar aneinander anschließende Abschnitte 91 bis 93 auf. Während sich in dem ersten Abschnitt 88 die innere Querschnittsfläche A von der ersten inneren Querschnittsfläche A1 zu einer Zwischenquerschnittsfläche Az ändert, ist die innere Querschnittsfläche A innerhalb des zweiten Abschnitts 92 konstant, d.h. weist stets den Wert Az auf. In dem dritten Abschnitt 93 reduziert sich die innere Querschnittsfläche A von dem Wert Az bis zu der zweiten inneren Querschnittsfläche A2. Beispielhaft weist die Düsenschließfeder 66d in dem ersten Abschnitt 91 und dem dritten Abschnitt 93 im Längsschnitt jeweils eine konische Form auf.The nozzle closing spring 66c according to the 7th has three, in the direction of the longitudinal axis 26th directly adjoining sections 91 to 93 on. While in the first section 88 the inner cross-sectional area A changes from the first inner cross-sectional area A 1 to an intermediate cross-sectional area A z , the inner cross-sectional area A is within the second section 92 constant, ie always has the value A z . In the third section 93 the inner cross-sectional area A is reduced from the value A z to the second inner cross-sectional area A 2 . The nozzle closing spring 66d in the first section 91 and the third section 93 in longitudinal section each have a conical shape.

Zuletzt ist in der 8 eine Düsenschließfeder 66e gezeigt, die ebenfalls drei Abschnitte 91 bis 93 aufweist. Während in dem ersten Abschnitt 91 eine konstante erste innere Querschnittsfläche A1 vorhanden ist, reduziert sich die innere Querschnittsfläche A im Bereich des zweiten Abschnitts 92 von der ersten inneren Querschnittsfläche A1 bis zur zweiten inneren Querschnittsfläche A2. In dem dritten Abschnitt 93 ist demgegenüber die innere Querschnittsfläche A konstant und weist den Wert der zweiten inneren Querschnittsfläche A2 auf.Last is in the 8th a nozzle closing spring 66e also shown three sections 91 to 93 having. While in the first section 91 there is a constant first inner cross-sectional area A 1 , the inner cross-sectional area A is reduced in the region of the second section 92 from the first inner cross-sectional area A 1 to the second inner cross-sectional area A 2 . In the third section 93 In contrast, the inner cross-sectional area A is constant and has the value of the second inner cross-sectional area A 2 .

Die soweit beschriebenen Geometrien der Düsenschließfedern 66, 66a bis 66e können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden. Wesentlich ist lediglich, dass die innere Querschnittsfläche A im Bereich der ersten inneren Querschnittsfläche A1, d.h. auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 abgewandten Seite, ihr Maximum aufweist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die innere Querschnittsfläche A im Bereich des zweiten Endabschnitts 74, d.h. auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 28 zugewandten Seite, ihr Minimum aufweist. Der Verlauf der Querschnittsänderung der inneren Querschnittsfläche A kann grundsätzlich beliebigen mathematischen Funktionen folgen. Sie ist somit nicht auf in der Außenform konische Außenkonturen beschränkt, wie dies insbesondere auch anhand der 4 bei der Düsenschließfeder 66a gezeigt ist.The geometries of the nozzle closing springs described so far 66 , 66a to 66e can be altered or modified in many ways. It is only essential that the inner cross-sectional area A is in the region of the first inner cross-sectional area A 1 , ie on that of the at least one injection opening 28 facing away from its maximum. Furthermore, it is preferably provided that the inner cross-sectional area A is in the region of the second end section 74 , ie on the at least one injection opening 28 facing side, has its minimum. The course of the change in cross-section of the inner cross-sectional area A can in principle follow any mathematical functions. It is therefore not limited to outer contours with a conical outer shape, as is also the case in particular with reference to FIG 4th at the nozzle closing spring 66a is shown.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009000281 A1 [0002]DE 102009000281 A1 [0002]
  • DE 102012220025 A1 [0003, 0014]DE 102012220025 A1 [0003, 0014]
  • DE 102009045486 A1 [0004]DE 102009045486 A1 [0004]

Claims (10)

Kraftstoffinjektor (10) für Brennkraftmaschinen, mit einem Injektorgehäuse (12), in dem in einem Hochdruckraum (20) eine Düsennadel (24) zum zumindest mittelbaren Verschließen und Freigeben wenigstens einer Einspritzöffnung (28) entlang einer Längsachse (26) hubbeweglich angeordnet ist, wobei die Düsennadel (24) mittels einer Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) in die wenigstens eine Einspritzöffnung (28) verschließende Stellung kraftbeaufschlagt ist, wobei die Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) die Düsennadel (24) unter Ausbildung eines Radialspalts (85) zwischen der Düsennadel (24) und der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) umgibt, wobei sich die Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) mit einem ersten axialen Endabschnitt (70), der eine erste innere Querschnittsfläche (A1) aufweist, gegen ein gehäusefestes Bauteil (80) und mit einem zweiten axialen Endabschnitt (74), der eine zweite innere Querschnittsfläche (A2) aufweist, gegen die Düsennadel (24) abstützt, wobei zwischen dem gehäusefesten Bauteil (80) und der Düsennadel (24) ein weiterer Spalt (84) ausgebildet ist, wobei der weitere Spalt (84) zumindest mittelbar mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, wobei beim Betrieb des Kraftstoffinjektors (10) ein Strömungsweg (86) zwischen den beiden inneren Querschnittsflächen (A1, A2) in Richtung des zweiten axialen Endabschnitts (74) der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) ausbildbar ist, und wobei der Strömungsweg (86) im Bereich des Radialspalts (85) eine Radialkomponente zwischen den Windungen der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) in den Bereich radial außerhalb der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Querschnittsfläche (A) der Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) in Richtung der Längsachse (26), beginnend ab der ersten inneren Querschnittsfläche (A1), in Richtung der zweiten inneren Querschnittsfläche (A2), zumindest bereichsweise verringert, wobei die erste innere Querschnittsfläche (A1) die größte innere Querschnittsfläche (A) ist. Fuel injector (10) for internal combustion engines, with an injector housing (12) in which a nozzle needle (24) for at least indirect closing and opening of at least one injection opening (28) is arranged in a stroke-movable manner along a longitudinal axis (26) in a high-pressure chamber (20), wherein the nozzle needle (24) is subjected to force by means of a nozzle closing spring (66; 66a to 66e) into the position closing at least one injection opening (28), the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) opening the nozzle needle (24) with the formation of a radial gap (85) between the nozzle needle (24) and the nozzle closing spring (66; 66a to 66e), the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) having a first axial end section (70) which has a first inner cross-sectional area (A 1 ) against a housing-fixed component (80) and with a second axial end portion (74), which has a second inner cross-sectional area (A 2 ), is supported against the nozzle needle (24), wherein between the The external component (80) and the nozzle needle (24) a further gap (84) is formed, the further gap (84) being at least indirectly capable of being supplied with high-pressure fuel, with a flow path (86) during operation of the fuel injector (10). between the two inner cross-sectional areas (A 1 , A 2 ) in the direction of the second axial end section (74) of the nozzle closing spring (66; 66a to 66e), and wherein the flow path (86) in the area of the radial gap (85) has a radial component between the turns of the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) in the area radially outside of the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) , characterized in that the inner cross-sectional area (A) of the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) extends in the direction of the longitudinal axis (26), starting from the first inner cross-sectional area (A 1 ), in the direction of the second inner cross-sectional area (A 2 ) , at least partially reduced, the first inner cross-sectional area (A 1 ) being the largest inner cross-sectional area (A). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Querschnittsfläche (A) zwischen der ersten und der zweiten inneren Querschnittsfläche (A1, A2) stetig monoton verringert.Fuel injector Claim 1 , characterized in that the inner cross-sectional area (A) between the first and the second inner cross-sectional area (A 1 , A 2 ) decreases continuously monotonically. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Querschnittsfläche (A) linear verringert.Fuel injector Claim 2 , characterized in that the inner cross-sectional area (A) decreases linearly. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Querschnittsfläche (A) nichtlinear verringert.Fuel injector Claim 2 , characterized in that the inner cross-sectional area (A) decreases non-linearly. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Querschnittsfläche (A) in einem Teilabschnitt (88, 89, 91, 92, 93) in Richtung der Längsachse (26) konstant ist.Fuel injector Claim 2 , characterized in that the inner cross-sectional area (A) is constant in a partial section (88, 89, 91, 92, 93) in the direction of the longitudinal axis (26). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenschließfeder (66b bis 66e) mehrere Teilabschnitte (88, 89, 91 bis 93) aufweist, innerhalb derer sich die inneren Querschnittsflächen (A) anhand unterschiedlicher mathematischer Funktionen verringern.Fuel injector Claim 2 or 5 , characterized in that the nozzle closing spring (66b to 66e) has several subsections (88, 89, 91 to 93) within which the inner cross-sectional areas (A) are reduced on the basis of different mathematical functions. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Windungen der eine Wicklung (68) aufweisenden Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) konstant ist.Fuel injector according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the distance between the turns of the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) having a winding (68) is constant. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Düsenschließfeder (66; 66a bis 66e) mit ihrem zweiten axialen Endabschnitt (74) gegen ein von der Düsennadel (24) separates Bauteil, insbesondere eine ringförmige Ausgleichsscheibe (76), abstützt.Fuel injector according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the nozzle closing spring (66; 66a to 66e) is supported with its second axial end section (74) against a component separate from the nozzle needle (24), in particular an annular compensating disk (76). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäusefeste Bauteil (80) ein Haltekörper (14) oder ein Ventilstück (38) ist.Fuel injector according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the component (80) fixed to the housing is a holding body (14) or a valve piece (38). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (10) als Common-Rail-Injektor für eine selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist.Fuel injector according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the fuel injector (10) is designed as a common rail injector for a self-igniting internal combustion engine.
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