DE102020108816A1

DE102020108816A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE102020108816A1
Application number: DE102020108816.7A
Authority: DE
Inventors: Norbert Schöfbänker; Richard Pirkl; Verena Kögel
Original assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Current assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-09-30
Also published as: WO2021198049A1; CN115298432A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, der ein Injektorgehäuse zum Aufnehmen von Injektorbestandteilen, eine Düsennadel, die in ihrer Längsachse bewegbar in dem Injektorgehäuse angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Einspritzöffnung wahlweise zu verschließen oder freizugeben, und ein Magnetventil umfasst, das dazu ausgelegt ist, die Düsennadel in einen verschließenden oder freigebenden Zustand zu überführen. Der Injektor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil und die Düsennadel jeweils mittig auf einer gemeinsamen Längsachse angeordnet sind.The invention relates to a fuel injector which comprises an injector housing for receiving injector components, a nozzle needle which is arranged movably in its longitudinal axis in the injector housing and is designed to selectively close or open an injection opening, and a solenoid valve which is designed to to transfer the nozzle needle into a closing or releasing state. The injector is characterized in that the solenoid valve and the nozzle needle are each arranged centrally on a common longitudinal axis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor sowie einen Motor mit einem solchen Kraftstoffinjektor.The present invention relates to a fuel injector and an engine with such a fuel injector.

In Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren oder auch Benzinmotoren wird in der Regel über einen Injektor Kraftstoff mit einer bestimmten Menge und für eine bestimmte Zeitdauer in einen Brennraum eingespritzt. Dabei ist es aufgrund der sehr geringen Einspritzdauern, die im Mikrosekundenbereich liegen, erforderlich, die Austrittsöffnung des Injektors mit einer sehr hohen Frequenz zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Für eine genaue Ansteuerung dieser Schließzeiten und zum genauen Erfassen eines Injektorzustands ist es erforderlich, eine Injektorzustandsdetektion vorzusehen, damit eine übergeordnete Steuereinheit sämtliche Informationen eines einzelnen Injektors erhält, insbesondere Informationen bezüglich seiner Schließ- oder Öffnungszeiten.In internal combustion engines such as diesel engines or gasoline engines, fuel is usually injected into a combustion chamber via an injector in a certain amount and for a certain period of time. Because of the very short injection times, which are in the microsecond range, it is necessary to open or close the outlet opening of the injector at a very high frequency. For precise control of these closing times and for precise detection of an injector state, it is necessary to provide injector state detection so that a higher-level control unit receives all information about an individual injector, in particular information relating to its closing or opening times.

Ein solcher Injektor verfügt typischerweise über eine Düsennadel (auch: Injektornadel), die einen mit einem hohen Druck beaufschlagten Kraftstoff bei Freigeben eines Austrittslochs des Injektors nach außen treten lässt. Diese Düsennadel wirkt im Zusammenspiel mit dieser Austrittsöffnung wie ein Pfropfen, der bei einem Anheben ein Austreten des Kraftstoffs ermöglicht. Demnach ist es also erforderlich, diese Nadel in relativ kurzen Zeitabständen anzuheben und nach einer kurzen Zeit erneut in die Austrittsöffnung zurückgleiten zu lassen. Dabei können hydraulische Servoventile verwendet werden, die das Auslösen dieser Bewegung ansteuern. Solche Ventile wiederum werden mithilfe eines Elektromagneten angesteuert. Alternativ dazu kann ein Piezoelement verwendet werden, das schneller als das mittels Elektromagneten angesteuerte Ventil reagiert.Such an injector typically has a nozzle needle (also: injector needle), which allows a high pressure fuel to exit when an outlet hole of the injector is opened. In interaction with this outlet opening, this nozzle needle acts like a plug which, when it is lifted, enables the fuel to escape. Accordingly, it is necessary to lift this needle at relatively short time intervals and to slide it back into the outlet opening again after a short time. Hydraulic servo valves can be used to trigger this movement. Such valves, in turn, are controlled with the aid of an electromagnet. Alternatively, a piezo element can be used, which reacts faster than the valve controlled by means of an electromagnet.

Aufgrund der hohen Einspritzdrücke von über 2500 bar bis hin zu 3000 bar ist es nicht möglich, die Düsennadel direkt mithilfe eines Magnetventils anzusteuern beziehungsweise zu bewegen. Hierbei wäre die erforderliche Kraft zum Öffnen und Schließen der Düsennadel zu groß, sodass ein solches Verfahren nur mithilfe von sehr großen Elektromagneten realisierbar wäre. Eine solche Konstruktion scheidet aber aufgrund des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums in einem Motor aus.Due to the high injection pressures of over 2500 bar up to 3000 bar, it is not possible to control or move the nozzle needle directly with the aid of a solenoid valve. In this case, the force required to open and close the nozzle needle would be too great, so that such a method could only be implemented with the help of very large electromagnets. However, such a design is ruled out because of the limited space available in an engine.

Typischerweise werden anstelle der direkten Ansteuerung sogenannte Steuerventile verwendet, die die Düsennadel ansteuern und selbst über ein Elektromagnetventil bzw. Piezoventil gesteuert werden. Dabei wird in einem mit der Düsennadel zusammenwirkenden Steuerraum mithilfe des unter hohem Druck zur Verfügung stehenden Kraftstoffs ein Druckniveau aufgebaut, das auf die Düsennadel in Verschlussrichtung wirkt. Dieser Steuerraum, bzw. dieses Steuerventil ist typischerweise über eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffs verbunden. Ferner weist dieser Steuerraum eine in der Sitzplatte angeordnete kleine verschließbare Ablaufdrossel auf, aus der der Kraftstoff hin zu einem Niederdruckbereich entweichen kann. Tut er dies, ist der Druck in dem Steuerraum und die auf die Düsennadel wirkende Verschlusskraft verringert, da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff des Steuerraums in Richtung des durch das Magnetventil abgehobenen Ankers abfließen kann. Dadurch kommt es zu einer Bewegung der Düsennadel, welche die Austrittsöffnung an der Injektorspitze freigibt. Um die Bewegung der Düsennadel steuern zu können, wird also die Ablaufdrossel des Ventils mithilfe eines Ankerelements oder eines vom Ankerelement betätigten Sitzteils wahlweise verschlossen oder geöffnet.Typically, instead of direct control, so-called control valves are used which control the nozzle needle and are themselves controlled via an electromagnetic valve or piezo valve. In this case, a pressure level is built up in a control chamber that interacts with the nozzle needle with the aid of the fuel available under high pressure, which pressure level acts on the nozzle needle in the closing direction. This control chamber or this control valve is typically connected to the high-pressure region of the fuel via an inlet throttle. Furthermore, this control chamber has a small, closable outlet throttle which is arranged in the seat plate and from which the fuel can escape to a low-pressure area. If it does so, the pressure in the control chamber and the closing force acting on the nozzle needle are reduced, since the fuel in the control chamber, which is under high pressure, can flow off in the direction of the armature lifted by the solenoid valve. This leads to a movement of the nozzle needle, which releases the outlet opening at the injector tip. In order to be able to control the movement of the nozzle needle, the outlet throttle of the valve is optionally closed or opened with the aid of an anchor element or a seat part actuated by the anchor element.

Zum weiteren Verständnis des allgemeinen Funktionsprinzips eines Kraftstoffinjektors wird nachfolgend dargelegt, dass die Sitzplatte ferner einen von oben nach unten verlaufenden Durchgang, der die Ablaufdrossel eines Injektors darstellt, aufweist. Durch Aufsetzen eines Ankerelements bzw. eines vom Ankerelement betätigten Sitzteils und Abdichten des Durchgangs füllt sich der darunter liegende Steuerraum über einen Zulauf mit unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff, sodass die Düsennadel in ihre Verschlussposition gedrängt wird. Bei einem Abheben des Ankerelements wird die Durchgangsöffnung freigegeben und es strömt der unter hohem Druck gespeicherte Kraftstoff ab und es kommt zu einer Verringerung des auf die Düsennadel wirkenden Krafteinflusses, sodass sich diese von ihren Auslassöffnungen abhebt und hierdurch Kraftstoff ausströmen kann.For a further understanding of the general functional principle of a fuel injector, it is explained below that the seat plate furthermore has a passage which runs from top to bottom and which represents the outlet throttle of an injector. By placing an anchor element or a seat part actuated by the anchor element and sealing the passage, the control chamber below is filled with fuel under high pressure via an inlet, so that the nozzle needle is pushed into its closed position. When the anchor element is lifted off, the through opening is released and the fuel stored under high pressure flows off and the force acting on the nozzle needle is reduced, so that it lifts off its outlet openings and fuel can flow out as a result.

Die nähere Funktionsweise eines Injektors ist beispielsweise in der DE 10 2017 116 383.2 wiedergegeben.The more detailed functionality of an injector is, for example, in DE 10 2017 116 383.2 reproduced.

Da das allgemeine Prinzip eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff dem Fachmann bekannt ist, wird nachfolgend nicht tiefergehender auf die Funktionalität dieses Bauteils eingegangen.Since the general principle of an injector for injecting fuel is known to the person skilled in the art, the functionality of this component will not be discussed in more detail below.

Es gibt die kontinuierlichen Bestrebungen Injektoren immer kompakter auszugestalten, damit mit einem Injektor möglichst viele Anwendungsfälle, also verschiedene Motorvarianten abgedeckt werden können. Für eine kompakte Ausführung ist das Magnetventil in die Zylinderkopfbohrung zu integrieren, so dass dieses sehr klein ausgeführt sein muss und der von dem Injektor auszugebende Kraftstoff durch das Magnetventil oder an dem Magnetventil vorbei nach unten zur Düse zu führen ist. Da unter anderem das Steuerventil des Injektors als eigenständige Baugruppe in den Injektor integriert wird, jedoch zu dem darüber liegenden, angrenzenden Gehäusebauteil eine dichtende Verbindung (gegenüber dem mit einem Druck von bis zu 3000 bar beaufschlagten Kraftstoff) erfordert, gibt es im unteren Bereich des Injektors sehr große Flächen, die mit Hochdruck belastet werden. Um nun die Dichtheit des Injektors zu gewährleisten, werden sehr hohe Axialkräfte (bis zu 60kN) in die Bauteile eingeleitet, um eine ausreichend hohe Kontaktpressung zu erzielen. Diese hohen Kräfte sowie die vorliegenden Bauraumeinschränkungen machen es sehr schwer eine verlässliche dichtende Verbindung zu erzeugen.There are continuous efforts to make injectors more and more compact so that as many applications as possible, i.e. different engine variants, can be covered with one injector. For a compact design, the solenoid valve has to be integrated into the cylinder head bore so that it has to be made very small and the fuel to be dispensed by the injector has to be guided through the solenoid valve or past the solenoid valve down to the nozzle. Since, among other things, the control valve of the injector is integrated into the injector as an independent assembly, but there is a sealing connection to the adjacent housing component above (opposite the with a pressure of up to 3000 bar applied fuel), there are very large areas in the lower area of the injector that are loaded with high pressure. In order to ensure the tightness of the injector, very high axial forces (up to 60kN) are introduced into the components in order to achieve a sufficiently high contact pressure. These high forces and the existing space restrictions make it very difficult to create a reliable sealing connection.

So kommt es bei so hohen Axialkräften mitunter vor, dass es zu ungewünschten Verformungen in den Bestandteilen des Injektors kommt. Diese Verformungen können die für ein genaues Abgeben einer Kraftstoffmenge von dem Injektor erforderliche Dichtheit in den Kontaktflächen der mehreren Gehäusebestandteile nachteilig beeinflussen. Zudem führen solche Verformungen zu erheblichen Problemen im Wartungsfall, da ein Austausch einer Komponente nicht mehr ohne weiteres möglich ist, sondern oftmals der ganze Injektor getauscht werden muss.With such high axial forces it can happen that undesired deformations occur in the components of the injector. These deformations can adversely affect the tightness in the contact surfaces of the multiple housing components required for an accurate delivery of a quantity of fuel from the injector. In addition, such deformations lead to considerable problems in the event of maintenance, since a component can no longer be exchanged without further ado, rather the entire injector often has to be exchanged.

Da aber die Kompaktheit des Injektors maßgeblich zur Erschließung einer Vielzahl von Anwendungsfällen beiträgt, also eine Injektorbauform in unterschiedlichsten Motoren verbaut werden kann, ist es äußerst erstrebenswert unter Beibehaltung der kompakten Abmessungen die auftretenden sehr hohen Axialkräfte beschädigungsfrei ansetzen zu können. Bei kompakten Injektoren sind die Magnetventile in der Regel in der unteren Längshälfte des Injektors angeordnet und/oder umfangsseitig von der Düsenspannmutter umgeben. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei das Magnetventil nicht weiter als 100mm, vorzugsweise nicht weiter als 80mm und bevorzugterweise nicht weiter als 60mm von der Düsennadelspitze des Injektors entfernt.However, since the compactness of the injector contributes significantly to the development of a large number of applications, i.e. an injector design can be installed in a wide variety of engines, it is extremely desirable to be able to apply the very high axial forces without damage while maintaining the compact dimensions. In the case of compact injectors, the solenoid valves are usually arranged in the lower longitudinal half of the injector and / or surrounded on the circumferential side by the nozzle clamping nut. According to an advantageous embodiment, the solenoid valve is no further than 100 mm, preferably no further than 80 mm and preferably no further than 60 mm from the nozzle needle tip of the injector.

Es ist demnach das Ziel der vorliegenden Erfindung einen Injektor zu schaffen, der trotz seiner kompakten Abmessungen und der zur Dichtheit erforderlichen hohen Axialkräfte ein beschädigungsfreies Zusammenfügen und/oder Lösen der Injektorbestandteile ermöglicht.Accordingly, the aim of the present invention is to create an injector which, despite its compact dimensions and the high axial forces required for tightness, enables the injector components to be assembled and / or detached without damage.

Dies gelingt mit einem Kraftstoffinjektor, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.This is achieved with a fuel injector which has all the features of claim 1. Advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor ein Injektorgehäuse zum Aufnehmen von Injektorbestandteilen, eine Düsennadel, die in ihrer Längsachse bewegbar in dem Injektorgehäuse angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Einspritzöffnung wahlweise zu verschließen oder freizugeben, und ein Magnetventil umfasst, das dazu ausgelegt ist, die Düsennadel in einen verschließenden oder freigebenden Zustand zu überführen. Der Injektor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil und die Düsennadel jeweils mittig auf einer gemeinsamen Längsachse angeordnet sind.According to the invention it is provided that the fuel injector comprises an injector housing for receiving injector components, a nozzle needle which is arranged movably in its longitudinal axis in the injector housing and is designed to selectively close or open an injection opening, and a solenoid valve which is designed to to transfer the nozzle needle into a closing or releasing state. The injector is characterized in that the solenoid valve and the nozzle needle are each arranged centrally on a common longitudinal axis.

Durch die Anordnung von Magnetventil und Düsennadel auf einer gemeinsamen Längsachse können die wirkenden Axialkräfte, die parallel zur Längsachse verlaufen, besonders effektiv abgeleitet werden, so dass die oben beschriebenen Nachteile abgemildert oder vollständig überwunden werden.By arranging the solenoid valve and nozzle needle on a common longitudinal axis, the acting axial forces, which run parallel to the longitudinal axis, can be diverted particularly effectively, so that the disadvantages described above are mitigated or completely overcome.

Nach der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, die Bauteile des Injektors möglichst symmetrisch (drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch) zu einer gemeinsamen Längsachse anzuordnen, da es somit möglich ist, symmetrische Dicht- und Injektorquerschnitte zu bilden, die weniger leicht zu Verformungen neigen, wie die vormals im Stand der Technik verwendeten asymmetrischen Dicht- und Injektorquerschnitte.According to the invention, it is particularly advantageous to arrange the components of the injector as symmetrically as possible (rotationally symmetrical or rotationally symmetrical) to a common longitudinal axis, since it is thus possible to form symmetrical sealing and injector cross-sections that are less prone to deformation, as was previously the case in State of the art used asymmetrical sealing and injector cross-sections.

Nach einer Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Injektor ferner mit einem Steuerventil versehen ist, das einen mit der Düsennadel in Verbindung stehenden Steuerraum besitzt, wobei der Steuerraum eine Zulaufdrossel zum Zulaufen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff und eine mittels des Magnetventils verschließbare Ablaufdrossel zum Ablaufen von Kraftstoff hin zu einem Niederdruckbereich aufweist, wobei vorzugsweise das Steuerventil ebenfalls mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist.According to a further development of the invention, it is provided that the injector is also provided with a control valve which has a control chamber connected to the nozzle needle, the control chamber having an inlet throttle for the inlet of fuel under high pressure and an outlet throttle which can be closed by means of the solenoid valve Has drainage of fuel towards a low-pressure area, the control valve preferably also being arranged centrally on the common longitudinal axis.

Durch das Anordnen des Steuerventils auf der gemeinsamen Längsachse werden auch hier die wirkenden Axialkräfte besonders schonend und gleichmäßig eingeleitet.By arranging the control valve on the common longitudinal axis, the acting axial forces are introduced particularly gently and evenly.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die verschließbare Ablaufdrossel durch eine Sitzplatte gebildet ist, die einen im Wesentlichen plattenartigen Grundkörper aufweist und die Ablaufdrossel ein die beiden flächigen Seiten des Grundkörpers verbindender durch die Sitzplatte verlaufender Durchgang ist, wobei vorzugsweise die Sitzplatte und/oder der die Ablaufdrossel bildende Durchgang ebenfalls mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist/sind.It can be provided that the closable outlet throttle is formed by a seat plate which has an essentially plate-like base body and the outlet throttle is a passage that connects the two flat sides of the base body and runs through the seat plate, preferably the seat plate and / or the outlet throttle forming passage is also arranged centrally on the common longitudinal axis / are.

Durch das Anordnen der Sitzplatte und/oder des die Ablaufdrossel bildenden Durchgangs auf der gemeinsamen Längsachse werden auch hier die wirkenden Axialkräfte besonders schonend und gleichmäßig eingeleitet, so dass es zu weniger stark ausgeprägten Verformungen oder überhaupt keinen Verformungen mehr kommt.By arranging the seat plate and / or the passage forming the outlet throttle on the common longitudinal axis, the acting axial forces are introduced particularly gently and evenly, so that there are less pronounced deformations or no deformations at all.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Magnetventil einen magnetisierbaren Körper und ein in Längsrichtung des Injektors bewegbares Ankerelement aufweist, das je nach Magnetisierungszustand des magnetisierbaren Körpers von dem Körper weggedrängt oder von diesem angezogen ist, wobei vorzugsweise das Ankerelement ebenfalls mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist.According to an optional development of the invention it can be provided that the solenoid valve has a magnetizable body and an in Has a movable armature element in the longitudinal direction of the injector, which, depending on the magnetization state of the magnetizable body, is pushed away from the body or attracted by it, the armature element preferably also being arranged centrally on the common longitudinal axis.

Auch hier ist es von Vorteil, wenn das Ankerelement mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist. Die sich dadurch ergebende Symmetrie erleichtert das Einleiten bzw. Durchleiten der Axialkräfte an ihren Dichtflächen und verhindert so das Auftreten unerwünschter Verformungen.Here, too, it is advantageous if the anchor element is arranged centrally on the common longitudinal axis. The resulting symmetry facilitates the introduction or passage of the axial forces on their sealing surfaces and thus prevents the occurrence of undesired deformations.

Weiter kann nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung vorgesehen sein, dass der Injektor ferner ein Sitzteil umfasst, das zwischen einem Ankerelement des Magnetventils und einer eine Ablaufdrossel aufweisenden Sitzplatte angeordnet ist, wobei das Sitzteil dazu ausgelegt ist, bei einer entsprechenden Bewegung des Ankerelements die in der Sitzplatte angeordnete Ablaufdrossel dichtend zu verschließen, wobei vorzugsweise das Sitzteil ebenfalls mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist.Furthermore, according to an advantageous modification of the invention, it can be provided that the injector further comprises a seat part which is arranged between an armature element of the solenoid valve and a seat plate having an outlet throttle, the seat part being designed to move the armature element in the To close the seat plate arranged outlet throttle in a sealing manner, the seat part preferably also being arranged centrally on the common longitudinal axis.

Die durch die Anordnung des Sitzteils weiter fortgeführte Symmetrie entlang der Längsachse ermöglicht - wie bereits oben erläutert- auch hier das gleichmäßige Anordnen von Dichtflächen um die Längsachse herum, so dass es bei den anliegenden Axialkräften, die im Bereich von 60kN liegen können, zu einem möglichst gleichmäßigen Krafteintrag an den Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen der durch Kontaktpressung abgedichteten Bauteile kommt. Dies ermöglicht auch die Beibehaltung der Ursprungsform bei sehr hohen Axialkräften, die bei einer von der Längsachse abweichenden Anordnung anfällig für eine Verformung wären.The symmetry along the longitudinal axis continued by the arrangement of the seat part enables - as already explained above - the even arrangement of sealing surfaces around the longitudinal axis, so that with the applied axial forces, which can be in the range of 60 kN, it is possible to achieve a uniform application of force at the contact points or contact surfaces of the components sealed by contact pressure. This also makes it possible to maintain the original shape in the case of very high axial forces, which would be susceptible to deformation if the arrangement deviated from the longitudinal axis.

Nach der Erfindung kann das Injektorgehäuse mehrere dichtend miteinander verbindbare Bestandteile umfassen, wobei vorzugsweise deren jeweilige Dichtflächen drehsymmetrisch oder rationssymmetrisch zu der gemeinsamen Längsachse sind.According to the invention, the injector housing can comprise several components which can be connected to one another in a sealing manner, with their respective sealing surfaces preferably being rotationally symmetrical or rationally symmetrical to the common longitudinal axis.

Durch den dreh- oder rotationssymmetrischen Aufbau der jeweiligen Dichtfläche oder Dichtflächen der mehreren miteinander dichtend verbindbaren Injektorbestandteile, wird die parallel zur Längsrichtung wirkende Axialkraft, die für ein dichtendes Zusammenfügen der Injektorbestandteile benötigt wird, in Umfangsrichtung gesehen gleichmäßig, zumindest jedoch mit einem äquidistanten Abstand weitergegeben. Dies sorgt dafür, dass die so druckbeaufschlagten Teile nicht ungleichmäßig belastet werden und dadurch besonders anfällig für eine Druckverformung sind.Due to the rotationally or rotationally symmetrical structure of the respective sealing surface or sealing surfaces of the several injector components that can be sealingly connected to one another, the axial force acting parallel to the longitudinal direction, which is required for a sealing assembly of the injector components, is transmitted uniformly in the circumferential direction, but at least with an equidistant distance. This ensures that the parts pressurized in this way are not unevenly loaded and are therefore particularly susceptible to compression deformation.

Dabei kann das Injektorgehäuse einen Gehäusegrundabschnitt mit einem Anschluss zum Zuführen von Kraftstoff und einen sich an den Gehäusegrundabschnitt anschließenden Ankerführungsabschnitt zum Führen eines Ankerelements aufweist, die sich an ihren jeweiligen Dichtflächen dichtend kontaktieren, wobei vorzugsweise der Ankerführungsabschnitt mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet und zu dieser drehsymmetrisch ist.The injector housing can have a housing base section with a connection for supplying fuel and an armature guide section adjoining the housing base section for guiding an armature element, which contact each other sealingly on their respective sealing surfaces, the armature guide section preferably being arranged centrally on the common longitudinal axis and rotationally symmetrical to this is.

Der Gehäusegrundabschnitt umfasst einen Anschluss zum Zuführen von Kraftstoff, welcher über einen Druckspeicher und einer davon abgehenden Kraftstoffleitung hin zum Ankerführungsabschnitt geleitet wird. In der Stirnfläche des Gehäusegrundabschnitts ist demnach mindestens eine Öffnung zum Leiten von Kraftstoff vorgesehen. Diese Öffnung muss von einer korrespondierenden und optimaler Weise dazu fluchtenden Öffnung in dem Ankerführungsabschnitt überdeckt sein, damit das Aneinanderfügen von Gehäusegrundabschnitt und Ankerführungsabschnitt einen kontinuierlichen Kraftstoffkanal bildet, der den vom Anschluss her kommenden Kraftstoff in Richtung Düse leitet.The housing base section comprises a connection for supplying fuel, which is fed to the armature guide section via a pressure accumulator and a fuel line extending therefrom. Accordingly, at least one opening for conducting fuel is provided in the end face of the housing base section. This opening must be covered by a corresponding and optimally aligned opening in the armature guide section so that the joining of the housing base section and armature guide section forms a continuous fuel channel that guides the fuel coming from the connection towards the nozzle.

Die drehsymmetrische Ausgestaltung des Ankerführungsabschnitts mit seiner Ausnehmung zum Aufnehmen des Ankers, des Magnetventils (oder Teile davon) und der in Längsrichtung verlaufenden mindestens einen Kraftstoffleitung erlaubt das Einleiten von besonders hohen in der Längsrichtung wirkenden Axialkräften, die für eine Dichtung der beiden Kontaktflächen erforderlich sind.The rotationally symmetrical design of the armature guide section with its recess for receiving the armature, the solenoid valve (or parts thereof) and the at least one fuel line running in the longitudinal direction allows the introduction of particularly high axial forces acting in the longitudinal direction, which are necessary for sealing the two contact surfaces.

Demnach kann also vorgesehen sein, dass der Ankerführungsabschnitt mindestens eine Kraftstoffleitung aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen Kraftstoff in Längsrichtung des Ankerführungsabschnitt durchzuleiten, wobei vorzugsweise die mindestens eine Kraftstoffleitung radial zu einer Ausnehmung zum Führen eines Ankerelements beabstandet ist. Bei einem Vorhandensein von mehr als einer Kraftstoffleitung weisen diese einen gleichen Abstand von der Längsachse auf und sind in Umfangsrichtung gesehen äquidistant zueinander beabstandet.Accordingly, it can therefore be provided that the armature guide section has at least one fuel line which is designed to pass a fuel through in the longitudinal direction of the armature guide section, the at least one fuel line preferably being spaced apart radially from a recess for guiding an armature element. If more than one fuel line is present, these are at the same distance from the longitudinal axis and are equidistant from one another as seen in the circumferential direction.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Injektorgehäuse einen Ankerführungsabschnitt zum Führen eines Ankerelements und einen sich an den Ankerführungsabschnitt anschließenden Steuerventilabschnitt zum Aufnehmen eines Steuerventils aufweist, die sich an ihren jeweiligen Dichtflächen dichtend kontaktieren, wobei vorzugsweise der Steuerventilabschnitt mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet und zu dieser drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch ist.According to an optional development of the invention, it can be provided that the injector housing has an armature guide section for guiding an armature element and a control valve section adjoining the armature guide section for receiving a control valve, which contact each other sealingly on their respective sealing surfaces, with the control valve section preferably being centered on the common Arranged longitudinal axis and is rotationally symmetrical or rotationally symmetrical to this.

Zudem kann das Injektorgehäuse einen Steuerventilabschnitt zum Aufnehmen eines Steuerventils und einen sich an den Steuerventilabschnitt anschließenden Düsennadelabschnitt zum Aufnehmen einer Düsennadel aufweisen, wobei die Abschnitte sich an ihren jeweiligen Dichtflächen dichtend kontaktieren, und wobei vorzugsweise der Düsennadelabschnitt mittig auf der gemeinsamen Längsachse angeordnet und zu dieser drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch ist.In addition, the injector housing can have a control valve section for receiving a control valve and a nozzle needle section adjoining the control valve section for receiving a nozzle needle, the sections sealingly contacting each other on their respective sealing surfaces, and the nozzle needle section preferably being arranged centrally on the common longitudinal axis and rotationally symmetrical to this or is rotationally symmetrical.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Injektor ferner mit einer Düsenspannmutter versehen ist, die dazu ausgelegt ist, die mehreren dichtend miteinander verbindbaren Bestandteile zu verpressen, um eine dichtend Kontaktpressung in den Dichtflächen der verbindbaren Bestandteile zu erzeugen, vorzugsweise indem die Düsenspannmutter eine Gewindeverbindung mit einem proximalen der mehreren verbindbaren Bestandteile, bspw. den Gehäusegrundabschnitt, eingeht und das distale Bestandteil, bspw. den Düsenabschnitt, sowie etwaige dazwischen angeordnete verbindbare Bestandteile mittels einer Anschlagfläche hin zu dem proximalen Bestandteil drängt, um so eine Kontaktpressung in den Dichtflächen zu erzeugen.According to an optional modification of the invention it can be provided that the injector is further provided with a nozzle clamping nut, which is designed to press the several components that can be sealingly connected to one another in order to produce a sealing contact pressure in the sealing surfaces of the components that can be connected, preferably by the Nozzle clamping nut enters into a threaded connection with a proximal of the several connectable components, for example the housing base section, and the distal component, for example the nozzle section, and any connectable components arranged in between, pushes towards the proximal component by means of a stop surface in order to create a contact pressure in the sealing surfaces to create.

Vorzugsweise umschließt die Düsenspannmutter das Magnetventil, einen Ankerführungsabschnitt zum Führen eines Ankerelements und/oder einen Steuerventilabschnitt zum Aufnehmen eines Steuerventils umfangsseitig vollständig. Eine solche Konfiguration stellt eine besonders kompakte Bauweise des Injektors dar und ist für die variable Anwendung des Injektors von Vorteil.The nozzle clamping nut preferably completely surrounds the solenoid valve, an armature guide section for guiding an armature element and / or a control valve section for receiving a control valve. Such a configuration represents a particularly compact design of the injector and is advantageous for variable use of the injector.

Zudem ist nach der Erfindung von Vorteil, wenn das Magnetventil in der unteren, also der zur Düse gewandten Längshälfte des Injektors angeordnet ist, vorzugsweise kann das Magnetventil sogar indem unteren Längsdrittel des Injektors angeordnet sein.In addition, it is advantageous according to the invention if the solenoid valve is arranged in the lower longitudinal half of the injector, that is to say the longitudinal half facing the nozzle, and the solenoid valve can preferably even be arranged in the lower longitudinal third of the injector.

Die Erfindung betrifft ferner einen Motor mit einem Injektor nach einer der vorhergehenden Varianten. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigt die einzige Figur:

1: eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors.

The invention also relates to an engine with an injector according to one of the preceding variants. Further advantages, features and details of the invention will become apparent on the basis of the following description of the figures. The only figure shows:

1 : a schematic longitudinal sectional view of an injector according to the invention.

1 zeigt einen Längsschnitt eines Injektors 1. Man erkennt den Injektor 1, der ein Gehäuse 2, 3, 4, 5 aufweist, in den mehrere Injektorkomponenten 6-13 angeordnet sind. Wesentlich für die Funktion des Injektors 1 sind dabei die Düsennadel 6, das Anker 12 und Sitzplatte 10 umfassende Ventil sowie der Elektromanget 7, der unter anderem eine Spulenwicklung 11 aufweist. Darüber hinaus ist eine Ausnehmung zum Anordnen eines Federelements vorgesehen, das das Ankerelement 12 in Richtung des Ventils 8 drückt, um die Ablaufdrossel 9 des Ventils 8 in einem unbestromten Zustand des Elektromagneten 7 fluiddicht zu verschließen. 1 shows a longitudinal section of an injector 1 . You can see the injector 1 who made a housing 2 , 3 , 4th , 5 has, in the several injector components 6-13 are arranged. Essential for the function of the injector 1 are the nozzle needle 6th , the anchor 12th and seat plate 10 comprehensive valve as well as the electric magnet 7th which, among other things, has a coil winding 11 having. In addition, a recess is provided for arranging a spring element, which is the anchor element 12th towards the valve 8th presses to the outlet throttle 9 of the valve 8th in a de-energized state of the electromagnet 7th to close fluid-tight.

Aktiviert man den Elektromagnet 7, zieht dieser mit Hilfe von Magnetkraft das Ankerelement 12 von dem Ventil 8, bzw. der Ablaufdrossel 9 weg, sodass aus einem durch das Ventil verschließbaren Steuerraum unter hohem Druck stehender Kraftstoff aus dem Durchgang 9 ausströmen kann. Da sich hierdurch der Druck in dem Steuerraum verringert, der auf die Injektornadel 6 wirkt, kann diese aus einer Schließposition herausgleiten und ermöglicht das Abgeben von Kraftstoff aus dem Injektor 1. Versetzt man hingegen den Elektromagneten 7 in einen unbestromten Zustand, so lässt die auf das Ankerelement 12 wirkende Magnetkraft nach, sodass das Federelement das Ankerelement 12 auf die Austrittsöffnung des Ventils 8 drückt und den Steuerraum bzw. den Durchgang 9 abdichtet. Dadurch steigt der auf die Injektornadel 6 wirkende Druck, wodurch diese wieder in ihre Schließposition gedrückt wird. Es kommt demnach nicht mehr zu einem Ausströmen von Kraftstoff aus der Austrittsöffnung des Injektors 1.Activate the electromagnet 7th , it pulls the anchor element with the help of magnetic force 12th from the valve 8th , or the outlet throttle 9 away, so that fuel under high pressure from a control chamber that can be closed by the valve leaves the passage 9 can flow out. Since this reduces the pressure in the control chamber that acts on the injector needle 6th acts, it can slide out of a closed position and enables fuel to be dispensed from the injector 1 . However, if you move the electromagnet 7th in a de-energized state, it leaves the anchor element 12th acting magnetic force after, so that the spring element the anchor element 12th on the outlet opening of the valve 8th presses and the control room or the passage 9 seals. This causes it to rise onto the injector needle 6th acting pressure, which pushes it back into its closed position. Accordingly, fuel no longer flows out of the outlet opening of the injector 1 .

Da die an das Gehäusegrundteil 2 angepressten Gehäuseabschnitte 3, 4, 5 allesamt zumindest drehsymmetrisch, einige von ihnen sogar rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Längsachse ausgeführt sind, können die mittels der Düsenspannmutter 16 eingeleiteten Axialkräfte besonders schonend und gleichverteilt durch die miteinander verpressten Gehäuseabschnitte 2, 3, 4, 5 geleitet werden. Das gleichmäßige Einleiten der zur Längsachse X parallel wirkenden Axialkraft verhindert eine Ungleichbelastung, welche Verformungen in den Bestandteilen fördert.Since the to the housing base part 2 pressed housing sections 3 , 4th , 5 all of them are at least rotationally symmetrical, some of them are even rotationally symmetrical to a common longitudinal axis, can be done by means of the nozzle clamping nut 16 The axial forces introduced are particularly gentle and evenly distributed thanks to the housing sections that are pressed together 2 , 3 , 4th , 5 be directed. The uniform introduction of the to the longitudinal axis X Axial force acting in parallel prevents an uneven load, which promotes deformations in the components.

Insbesondere die symmetrische Anordnung der Dichtabschnitte in den Kontaktseiten aneinander angrenzender Bauteile sorgt für das gleichmäßige Verteilen der eingeleiteten Axialkraft und verhindert das Auftreten unerwünschter Verformungen. In der zum Ankerführungsabschnitt 3 gewandten Stirnseite des Gehäusegrundteil 2 sind mehrere Austrittsöffnungen angeordnet, von jeweiligen von einem Druckspeicher 19 abgehenden Kraftstoffleitungen 20 stammen. Diese Austrittsöffnungen sind trotz des nicht zur Längsachse X mittig angeordneten Druckspeichers 19 drehsymmetrisch zur Längsachse X angeordnet, so dass die jeweiligen die Kraftstoffleitungen 20 abdichtenden Dichtflächen des Ankerführungsabschnitts 3 symmetrisch zur Längsachse X angeordnet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass nicht nur die Anordnungsposition der Dichtflächen des Ankerabschnitts 3 drehsymmetrisch zur Längsachse angeordnet sind, sondern auch der ganze Ankerabschnitt zur Längsachse drehsymmetrisch ist. Dies verbessert die Stabilität des Ankerabschnitts 3 zusätzlich und erlaubt das Anlegen noch höherer Axialkräfte und somit das Erzeugen einer noch dichteren Verbindung in dem Kontaktabschnitt zu dem Gehäusegrundteil 2. Somit können trotz eines kompakten Abmaß des Injektors 1 Kraftstoffdrücke von bis zu 3000 bar verarbeitet werden.In particular, the symmetrical arrangement of the sealing sections in the contact sides of adjacent components ensures that the axial force introduced is evenly distributed and prevents undesired deformations from occurring. In the to the anchor guide section 3 facing face of the housing base 2 several outlet openings are arranged, each of which is from a pressure accumulator 19th outgoing fuel lines 20th come. In spite of this, these outlet openings are not to the longitudinal axis X centrally arranged pressure accumulator 19th rotationally symmetrical to the longitudinal axis X arranged so that the respective the fuel lines 20th sealing sealing surfaces of the armature guide section 3 symmetrical to the longitudinal axis X are arranged. Furthermore, it can be provided that not only the arrangement position of the sealing surfaces of the anchor section 3 are arranged rotationally symmetrical to the longitudinal axis, but also the entire anchor section is rotationally symmetrical to the longitudinal axis. This improves the stability of the anchor section 3 in addition and allows the application of even higher axial forces and thus the creation of an even tighter connection in the contact section to the housing base part 2 . Thus, despite the compact size of the injector 1 Fuel pressures of up to 3000 bar can be processed.

Ähnliches gilt für den Kontaktbereich zwischen Ankerführungsabschnitt 3 und Steuerventilabschnitt 4. Hier ist der Dichtbereich ein mittig zur Längsachse angeordneter Ringabschnitt, wobei in dessen Mitte unter Hochdruck stehender Kraftstoff über eine Zulaufdrossel in den Steuerraum und an der Sitzplatte 10 vorbei in Richtung Düsenauslass geführt wird. Damit es nicht zu einem seitlichen Auslaufen von Kraftstoff kommt, ist eine dichtende Kontaktpressung der beiden Bauteile erforderlich. Indem nun sowohl der Ankerführungsabschnitt 4 wie auch der Steuerventilabschnitt 4 beide auf einer gemeinsamen Längsachse liegen und der zwischen ihnen erzeugte Dichtabschnitt rotationssymmetrisch zur gemeinsamen Längsachse X ist, erfolgt erneut eine vorteilhafte gleichmäßige Krafteinleitung in die beiden Bauteile. Der Steuerventilabschnitt 4 ist dazu ausgelegt in einer mittigen Ausnehmung die Sitzplatte 10, das Steuerventil 8, Teile der bewegbaren Düsennadel 6 sowie ein gegen die Düsennadel 6 wirkendes Federelement aufzunehmen. In dieser mittigen Ausnehmung strömt auch Kraftstoff in Richtung Düsenauslass.The same applies to the contact area between the armature guide section 3 and control valve section 4th . Here, the sealing area is a ring section arranged in the center of the longitudinal axis, with fuel under high pressure in its center via an inlet throttle into the control chamber and on the seat plate 10 is passed in the direction of the nozzle outlet. To ensure that fuel does not leak to the side, the two components must be pressed tightly against each other. By now both the anchor guide section 4th as well as the control valve section 4th both lie on a common longitudinal axis and the sealing section generated between them is rotationally symmetrical to the common longitudinal axis X is, there is again an advantageous uniform introduction of force into the two components. The control valve section 4th The seat plate is designed for this in a central recess 10 , the control valve 8th , Parts of the movable nozzle needle 6th as well as one against the nozzle needle 6th take up acting spring element. In this central recess, fuel also flows in the direction of the nozzle outlet.

Die Dichtfläche zwischen dem Steuerventilabschnitt 4 und dem Düsennadelabschnitt 5 ist ebenfalls kreisförmig um die Längsachse als Mitte ausgebildet. Somit kann die über die Düsenspannmutter 18 über ihren nach innen ragenden Anschlagflansch 18 eingeführte Axialkraft gleichmäßig in den Steuerventilabschnitt 4 eingeleitet werden. Auch die Düsenspannmutter 16 kann zumindest in dem Anschlagbereich mit ihrem Anschlagflansch 18 drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch zur Längsachse X ausgebildet sein.The sealing surface between the control valve section 4th and the nozzle needle portion 5 is also circular around the longitudinal axis as the center. This allows the nozzle clamping nut 18th via their inwardly protruding stop flange 18th introduced axial force uniformly in the control valve section 4th be initiated. Also the nozzle clamping nut 16 can at least in the stop area with its stop flange 18th rotationally symmetrical or rotationally symmetrical to the longitudinal axis X be trained.

Durch die zur Längsachse X symmetrisch angeordneten Injektorgehäuseabschnitte 3, 4, 5 sowie die ebenfalls dazu drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch angeordneten Dichtflächen in den Kontaktbereichen zweier aneinander anliegender Gehäuseabschnitte, ergibt sich eine besonders widerstandsfähiger Aufbau des Injektors gegen das Einleiten von zur Längsachse X parallel wirkender Axialkräfte. Injektoren mit einem solchen Aufbau können durch die Düsenspannmutter 16 eingeführte Axialkräfte von bis zu 60kN auch bei der dargestellten kompakten Bauform, bei der das Magnetventil in der unteren Längshälfte des Injektors angeordnet ist, ohne Verformung aushalten.Through to the longitudinal axis X symmetrically arranged injector housing sections 3 , 4th , 5 as well as the sealing surfaces, which are likewise arranged rotationally symmetrically or rotationally symmetrically for this purpose, in the contact areas of two adjacent housing sections, the result is a particularly resistant structure of the injector against the introduction from the longitudinal axis X parallel acting axial forces. Injectors with such a structure can be replaced by the nozzle clamping nut 16 Withstand introduced axial forces of up to 60kN even with the compact design shown, in which the solenoid valve is arranged in the lower longitudinal half of the injector, without deformation.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102017116383 [0007]

Claims

A fuel injector (1) comprising: an injector housing (2, 3, 4, 5) for receiving injector components, a nozzle needle (6) which is arranged in the injector housing (2, 3, 4, 5) so as to be movable in its longitudinal axis (X) and is designed to selectively close or open an injection opening, and a solenoid valve (7) which is designed to transfer the nozzle needle (6) into a closing or releasing state, characterized in that the solenoid valve (7) and the nozzle needle (6) are each arranged centrally on a common longitudinal axis (X).

Injector (1) Claim 1 , further with a control valve (8) which has a control chamber connected to the nozzle needle (6), the control chamber having an inlet throttle for the inlet of fuel under high pressure and an outlet throttle (9) which can be closed by means of the solenoid valve (7) for Has drainage of fuel towards a low-pressure area, the control valve (8) preferably also being arranged centrally on the common longitudinal axis (X).

Injector (1) Claim 2 , wherein the closable outlet throttle (9) is formed by a seat plate (10) which has an essentially plate-like base body and the outlet throttle (9) is a passage connecting the two flat sides of the base body and running through the seat plate (10), preferably the seat plate (10) and / or the passage forming the outlet throttle (9) is / are also arranged centrally on the common longitudinal axis (X).

Injector (1) according to one of the preceding claims, wherein the solenoid valve (7) has a magnetizable body (11) and an armature element (12) which can be moved in the longitudinal direction of the injector (1) and which, depending on the magnetization state of the magnetizable body (11), of the Body (11) is pushed away or attracted by this, wherein preferably the anchor element (12) is also arranged centrally on the common longitudinal axis (X).

Injector (1) according to one of the preceding claims, further comprising a seat part (13) which is arranged between an armature element (12) of the solenoid valve (7) and a seat plate (10) having an outlet throttle (9), the seat part (13 ) is designed to seal the outlet throttle (9) arranged in the seat plate (10) with a corresponding movement of the anchor element (12), the seat part (13) preferably also being arranged centrally on the common longitudinal axis (X).

Injector (1) according to one of the preceding claims, wherein the injector housing (2, 3, 4, 5) comprises several components (2, 3, 4, 5) that can be sealingly connected to one another, with their respective sealing surfaces preferably rotationally symmetrical or rationally symmetrical to the common longitudinal axis (X) are.

Injector (1) Claim 6 , wherein the injector housing (2, 3, 4, 5) has a housing base section (2) with a connection (14) for supplying fuel and an armature guide section (3) adjoining the housing base section (2) for guiding an armature element (12) which contact each other in a sealing manner on their respective sealing surfaces, the armature guide section (3) preferably being arranged centrally on the common longitudinal axis (X) and being rotationally symmetrical to this.

Injector (1) according to the previous one Claim 7 , wherein the armature guide section (3) has at least one fuel line (15) which is designed to pass fuel in the longitudinal direction of the armature guide section (3), the at least one fuel line (15) preferably radially to a recess in the armature guide section (3) for introducing an anchor element (12) is spaced.

Injector (1) according to one of the preceding Claims 6 until 8th , wherein the injector housing (2, 3, 4, 5) has an armature guide section (3) for guiding an armature element (12) and a control valve section (4) adjoining the armature guide section (3) for receiving a control valve (8) contact sealingly at their respective sealing surfaces, the control valve section (4) preferably being arranged centrally on the common longitudinal axis (X) and being rotationally symmetrical or rotationally symmetrical with respect to this.

Injector (1) according to one of the preceding Claims 6 until 9 , wherein the injector housing (2, 3, 4, 5) has a control valve section (4) for receiving a control valve (8) and a nozzle needle section (5) adjoining the control valve section (4) for receiving a nozzle needle (6) contact sealingly at their respective sealing surfaces, the nozzle needle section (5) preferably being arranged centrally on the common longitudinal axis (X) and being rotationally symmetrical or rotationally symmetrical with respect to this.

Injector (1) according to one of the preceding Claims 6 until 10 , furthermore with a nozzle clamping nut (16) which is designed to press the several components (2, 3, 4, 5) that can be sealingly connected to one another in order to achieve a sealing contact pressure to be generated in the sealing surfaces of the connectable components (2, 3, 4, 5), preferably by the nozzle clamping nut (16) having a threaded connection (17) with a proximal component (2) of the several connectable components (2, 3, 4, 5) enters and pushes the distal component (5) and any interconnectable components (3, 4) by means of a stop surface (18) towards the proximal component (2) in order to generate a contact pressure in the sealing surfaces.

Injector (1) Claim 11 , wherein the nozzle clamping nut (16) completely surrounds the solenoid valve (7), an armature guide section (3) for guiding an armature element (12) and / or a control valve section (4) for receiving a control valve (8).

Injector (1) according to one of the preceding claims, wherein the solenoid valve (7) is arranged in the lower longitudinal half of the injector housing (2, 3, 4, 5) facing the nozzle needle (6).

Engine with an injector (1) according to one of the preceding claims.