DE10308879A1

DE10308879A1 - Injektor mit Düsennadel

Info

Publication number: DE10308879A1
Application number: DE2003108879
Authority: DE
Inventors: Willibald Dr. Schürz; Clemens Senghaas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-09
Also published as: WO2004076849A1

Abstract

Bekannt ist ein Injektor zur Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungsmaschine mit einem Injektorgehäuse mit einem Grundkörper (1), in dem ein Kraftstoffkanal (3) ausgebildet ist, der einen Kraftstoffzulauf (17) mit einer Einspritzdüse (18) verbindet, wobei die durch den Kraftstoffkanal gebildete Kraftstoffzuführung als Nadelführung für eine als Schließmechanismus wirkende Düsennadel (9) dient, und in dem Kraftstoffkanal mindestens ein Federelement (25) vorgesehen ist zum Vorspannen der Düsennadel (9). Um das Schließverhalten zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Düsennadel (9) beim Einspritzvorgang nach außen öffnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor mit Düsennadel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Injektor ist aus der DE 199 15 685 A1 bekannt, wobei durch zwei Kanäle eine Kraftstoffzuführung gebildet ist, in der die Düsennadel mit der Düsennadelfeder angeordnet ist und beide vom Kraftstoff umströmt sind. Die Kraftstoffzuführung ist als Nadelführung ausgebildet und die Düsennadel öffnet nach innen. Dabei wird mittels eines außerhalb des Injektorgehäuses angeordneten Piezoaktors die nach innen öffnende Düsennadel in der Form indirekt gesteuert, dass bei stromlosem Aktor die Düsennadel nicht sicher geschlossen ist.

Weiter ist ein Common-Rail-Injektor aus der EP 0 995 901 A1 bekannt, der ein Kraftstoff-Sammelvolumen zwischen einem Hochdruck-Kraftstoff-Einlass und einer Einspritzdüse bzw. einem Kraftstoff-Auslass aufweist. Ein Piezoaktor ist in dem Sammelvolumen angeordnet und steuert eine Düsennadel, um den Kraftstoffdruck in einer Steuerungskammer einzustellen. Zudem weist das Injektorgehäuse aufwendige Zusatzkanäle auf, die den Kraftstoff in Art eines Bypasses an der Düsennadelfeder vorbeileitet. Auch dabei wird die nach innen öffnende Düsennadel in der Form indirekt gesteuert, dass bei stromlosem Aktor die Düsennadel nicht sicher geschlossen ist.

Allgemein sind weiterhin nach außen öffnende Injektoren beispielsweise aus der DE 199 40 065 A1 bekannt, wobei der Kraftstoff von der Einheit zum hydraulischen Spielausgleich und dem Aktor sowie der Düsennadelfeder getrennt oder abgedichtet geleitet wird von der Kraftstoffzuführung zur Düsennadel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Injektor mit verbessertem Schließverhalten bereitzustellen.

Erfindungsgemäß ist dies bei einem Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass die Düsennadel beim Einspritzvorgang nach außen öffnet.

Der Aufbau des Injektors kann dann besonders einfach sein, wenn wesentliche Komponenten des Injektors, z.B. das Aktorelement und/oder die Einheit zum hydraulischen Längenausgleich zusammen mit der Vorspannfeder und der Düsennadel, in einer Zentralbohrung des Injektorgehäuses angeordnet sind und diese Bohrung gleichzeitig als der Kraftstoffkanal dient. Die vom Kraftstoff umströmten Komponenten müssen dabei gegebenenfalls geeignet gegenüber dem Kraftstoff abgedichtet sein. Aufwendige Zusatzkanäle im Injektorgehäuse für den Kraftstoff können so entfallen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel zumindest zwei Führungsabschnitte aufweist, wobei der erste Führungsabschnitt in der Nähe des Federelementes und der zweite beabstandet davon in der unmittelbaren Nähe der Einspritzdüse angeordnet ist, um eine optimale Führung der Nadel im Kraftstoffkanal gewährleisten zu können. Weiterhin öffnet der Kraftstoffzulauf an der Stirnseite des Grundkörpers und verläuft koaxial zum Kraftstoffkanal oder zur Düsenführung.

Um die Ausbildung eines Zusatzkanals zu vermeiden, ist das Aktorelement über eine Deckplatte von der Einheit zum hydraulischen Längenausgleich getrennt, wobei in der Deckplatte ein Verbindungskanal für eine hydraulische Flüssigkeit vorgesehen ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors beschrieben; es zeigen:
1 den Injektor schematisiert in einer Längsschnittdarstellung, sowie
2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in 1.
In 1 ist ein Injektor mit einem Injektorgehäuse bzw. einem Grundkörper 1 gezeigt, in dem in Längsrichtung ein sich zentral erstreckender Kraftstoffkanal 3 mit abschnittsweise unterschiedlichen Innendurchmessern über die gesamte Länge des Injektors ausgebildet ist. Der Injektor kann zum Einsatz in High Pressure Direct Injection (HPDJ)-Systemen geeignet sein. In dem Kraftstoffkanal 3 und dadurch vom Kraftstoff unmittelbar umströmt sind eine Einheit für den hydraulischen Spielausgleich 5, (z.B. ein an sich bekanntes hydraulisches Lager als offenes System), ein Piezoaktor 7 und eine direkt angetriebene, nach außen öffnende Düsennadel 9 angeordnet. Die dargestellte Düsenbaugruppe besteht aus einem Düsenkörper 11, der Düsennadel 9 und einem abschlussseitigen Düsensitz 13. Das Injektorgehäuse bzw. der Grundkörper 1 und die Düsenbaugruppe sind mit einer Düsenspannmutter 15 zusammen verschraubt. Der Kraftstoffkanal 3 verbindet einen als Kraftstoffzulauf ausgebildeten Hochdruckanschluss 17 einerseits mit dem am gegenüberliegenden Endabschnitt des Injektors angeordneten Düsensitz 13 andererseits. Durch den tellerartig ausgebildeten Kopf der Düsennadel 9 und den Düsensitz 13 ist eine an sich bekannte, nach außen öffnende Einspritzdüse 18 gebildet.
Der hydraulische Spielausgleich 5 ist als Einheit abgedichtet gegenüber dem Kraftstoff in dem Kraftstoffkanal 3 angeordnet und wird von diesem im wesentlichen allseitig umströmt. Zur Vereinfachung des Aufbaus des Injektors kann auf die Ausbildung separater zusätzlicher Kanale bzw. Leitungen in dem Injektorgehäuse verzichtet werden, weil alleine der als Zentralbohrung im Gehäuse 1 vorhandene Kraftstoffkanal 3 zur Kraftstoffführung verwendet wird. Über eine ortsfest montierte Deckplatte 19 ist die Einheit zum hydraulischen Spielausgleich 5 von dem Piezoaktor 7 getrennt. In der Deckplatte 19 ist ein Verbindungskanal 20 für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen (nicht gezeigt). Außerdem erlaubt die Deckplatte 19 durch nicht gezeigte Nuten oder Bohrungen auch ein Strömen des Kraftstoffes an der Einheit 5 vorbei in Richtung des Aktors 7. Der Piezoaktor ist gegenüber den ihn allseitig umströmenden Kraftstoff beispielsweise durch eine Beschichtung mit einem flexiblen Dichtungsmaterial abgedichtet. Der Kraftstoff strömt durch den zwischen der Innenwand des Kraftstoffkanals 3 und der Außenwand des Aktors 7 gebildeten und geeignet dimensionierten Ringspalt in Richtung der Düsennadel 9. Der Aktor 7 stützt sich an der Deckplatte 19 ab und drückt mit einer gegenüberliegend vorgesehenen Bodenplatte 21 direkt auf einen Bund 23 der Düsennadel 9. Ein die Düsennadel 9 vorspannendes Federelement 25 stützt sich am Düsenkörper 11 und am Bund 23 der Düsennadel ab und wirkt dabei in Schließrichtung der Düsennadel. Das Federelement 25 stellt also sicher, dass die Bodenplatte 21 und der Bund 23 an der Düsennadel immer spielfrei in Kontakt sind. Die Bodenplatte ist zum einen in der Innenwand des Kraftstoffkanals 3 bei ihrer durch den Aktor 7 und das Federelement verursachten Verschiebebewegung geführt und bildet andererseits geeignete Durchlassöffnungen für den Kraftstoff in Richtung auf die Ventilöffnung (nicht gezeigt). Die Ventilnadel 9 weist in unmittelbarer Nähe zum Federelement 25 einen flanschartig ausgebildeten ersten Führungsabschnitt 27 und in unmittelbarer Nähe zum Düsensitz 13 einen flanschartig ausgebildeten zweiten Führungsabschnitt 29 auf. An diesen beiden Düsennadelführungen 27, 29 sind jeweils vier Schlüsselflächen 31 angeschliffen (2). In der Schnittdarstellung gemäß 2 sind die dadurch gebildeten vier Kreisabschnittssegmente zu sehen, welche den freien Strömungsquerschnitt zur Düsenspitze darstellen. Die beiden Führungsabschnitte 27, 29 weisen weiterhin einen derartig dem Innendurchmesser der Innenwand des Kraftstoffkanals 3 angepassten größeren Durchmesser auf, dass die Düsennadel 9 bei ihrer Bewegung sicher und stabil in dem Kraftstoffkanal 3 geführt ist. Zur Verbesserung des Führungsverhaltens ist der zweite Führungsabschnitt in der Innenwand des Düsensitzes 13 geführt.
Der Kraftstoffzufluss erfolgt nun über den Hochdruckanschluss 17 am Injektorgehäuse 1. Der Kraftstoff strömt vorbei an der abgedichteten Spielausgleich-Einheit 5 und an dem abgedichteten Piezoaktor 7 zur Düsenbaugruppe. Grundsätzlich kann bei der Spielausgleich-Einheit 5 auch der Kraftstoff als Hydraulikfluid verwendet werden. Durch die Deckplatte 19 und/oder die Bodenplatte 21 können die freien Strömungsquerschnitte gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann in dem Ringraum im Bereich des Aktors ein Kraftstoffspeicher gebildet werden. Auch kann durch die Ausbildung der beiden Führungsabschnitte 27, 29 das Einspritzverhalten des Injektors gezielt beeinflusst werden. Durch das Öffnen der Düsennadel 9 nach außen infolge der Aktorbewegung entgegen der Federkraft wird ein Kreisringquerschnitt als Strömungsquerschnitt freigegeben. Es sind jedoch auch Ausführungen möglich, welche spritzlochartige Strömungsquerschnitte für den Kraftstoffaustritt besitzen.
Der Kraftstoffzulauf 17 öffnet an der Stirnseite 4 des Grundkörpers 1 und verläuft vorzugsweise koaxial zum Kraftstoffkanal bzw. zur Nadelführung.

Claims

Injektor zur Kraftstoffeinspritzung in einer Verbrennungsmaschine mit einem Injektorgehäuse mit einem Grundkörper (1), in dem ein Kraftstoffkanal (3) ausgebildet ist, der einen Kraftstoffzulauf (17) mit einer Einspritzdüse (18) verbindet, wobei die durch den Kraftstoffkanal gebildete Kraftstoffzuführung als Nadelführung für eine als Schließmechanismus wirkende Düsennadel (9) dient, und in dem Kraftstoffkanal mindestens ein Federelement (25) vorgesehen ist zum Vorspannen der Düsennadel (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (9) beim Einspritzvorgang nach außen öffnet.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktorelement (7) des Injektors in dem Kraftstoffkanal (3) angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit zum hydraulischen Spielausgleich (5) des Injektors in dem Kraftstoffkanal (3) angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (9) zwischen dem Federelement (25) und der Einspritzdüse (18) einen Abschnitt mit größerem Durchmesser ausweist, der als Führungsabschnitt (27, 29) in der Innenwand des Kraftstoffkanals (3) geführt ist.
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (9) zumindest zwei Führungsabschnitte (27, 29) aufweist, und dass der erste Führungsabschnitt (27) in der Nähe des Federelementes (25) und der zweite in der Nähe der Einspritzdüse (18) angeordnet ist.
Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (7) über eine Bodenplatte (21) mit dem Federelement (25) verbunden ist, und dass die Bodenplatte (21) in der Innenwand des Kraftstoffkanals (3) geführt ist.
Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (7) über eine Deckplatte (19) von der Einheit zum hydraulischen Längenausgleich (5) getrennt ist, und dass in der Deckplatte (19) ein Verbindungskanal (20) zum Aktorelement für eine hydraulische Flüssigkeit vorgesehen ist.
Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzulauf (17) an der Stirnseite (4) des Grundkörpers öffnet und vorzugsweise koaxial zum Kraftstoffkanal (3) oder zur Nadelführung verläuft.