DE202015009430U1 - Atomizer of an electric injection nozzle for an injection system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Zerstäuber (10) einer elektrischen Einspritzdüse (1) für ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, wobei der Zerstäuber eine Düse (11) umfasst, mit: – einem Durchgang (13), welcher sich entlang einer Längsachse (5) erstreckt und ein Führungsloch (46) umfasst; – einer Frontfläche (40), welche außerhalb des Durchgangs (13) liegt; – einem Dichtungssitz (21), der durch eine Abschrägung oder eine Auskehlung gebildet wird, welche eine Zylinderfläche (41) des Durchgangs (13) mit der Frontfläche (40) verbindet; wobei der Zerstäuber ferner eine Nadel (27) umfasst, mit: – einem Kopf (20), der mit dem Dichtungssitz (21) verbunden werden kann; – einer Stange (43), welcher einen geringeren Durchmesser als der Kopf (20) hat, axial von dem Kopf (20) vorsteht und in dem Durchgang (13) eingreift; wobei die Stange (43) und die Düse (11) zwischen sich radial einen Durchgang (16) bilden, durch welchen ein Strom eines unter Hochdruck stehenden Brennstoffs strömen kann; und – einem ersten Schlittenbereich (25), der in einer axial gleitenden Weise mit dem Führungsloch (46) verbunden ist, um so einen dynamischen Sitz zu bilden; wobei die Nadel (27) bei einem von dem Durchgang (13) axial nach außen gerichteten Öffnungsstoß axial bewegbar ist, ausgehend von einer Schließstellung, in welcher der Kopf (20) mit dem Dichtungssitz (21) verbunden ist, um einen statischen Sitz zu bilden und die Düse (11) zu schließen; wobei der Dichtungssitz (21) und der Kopf (20) einen Ausgabequerschnitt (14) bilden, welcher ringförmig ist und eine Breite hat, die mit fortschreitendem Öffnungsstoß der Nadel (27) zunimmt; dadurch gekennzeichnet, dass – die Zylinderfläche (41) einen Durchmesser hat, der gleich dem des Führungsloches (46) ist; – der Durchmesser des Führungslochs (46) zwischen 2,5 und 3,3 mm beträgt; – der Dichtungssitz (21) einen mittleren Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des Führungslochs (46) ist, wobei die Differenz (R) zwischen diesen zwei Durchmessern veranlasst, dass der Brennstoffdruck eine öffnende, unausgeglichene Kraft auf die Nadel (27) ausübt, wenn die Düse (11) geschlossen ist: wobei der mittlere Durchmesser des Dichtungssitzes (21) einen solchen Wert hat, dass die öffnende, unausgeglichene Kraft geringer oder gleich 50 Newton ist, wenn der Zuführdruck des Brennstoffs in dem Durchgangsweg (16) einen Wert von 2400 bar hat.An atomizer (10) of an electric injection nozzle (1) for an injection system for an internal combustion engine, the atomizer comprising a nozzle (11), comprising: - a passage (13) extending along a longitudinal axis (5) and a guide hole (46 ); - A front surface (40) which lies outside of the passage (13); - a seal seat (21) formed by a chamfer or a groove connecting a cylindrical surface (41) of the passage (13) with the front surface (40); the atomiser further comprising a needle (27), comprising: - a head (20) connectable to the seal seat (21); - A rod (43) which has a smaller diameter than the head (20), axially from the head (20) protrudes and in the passage (13) engages; the rod (43) and the nozzle (11) forming therebetween radially a passage (16) through which a stream of high pressure fuel can flow; and - a first carriage portion (25) connected in an axially slidable manner to the guide hole (46) so as to form a dynamic seat; wherein the needle (27) is axially movable at an opening stroke directed axially outwardly from the passage (13), starting from a closed position in which the head (20) is connected to the seal seat (21) to form a static fit and close the nozzle (11); the seal seat (21) and the head (20) forming an output section (14) which is annular and has a width which increases as the opening stroke of the needle (27) progresses; characterized in that - the cylinder surface (41) has a diameter equal to that of the guide hole (46); - The diameter of the guide hole (46) is between 2.5 and 3.3 mm; - The seal seat (21) has an average diameter which is greater than the diameter of the guide hole (46), wherein the difference (R) between these two diameters causes the fuel pressure exerts an opening, unbalanced force on the needle (27) when the nozzle (11) is closed: wherein the mean diameter of the seal seat (21) is such that the opening unbalanced force is less than or equal to 50 Newtons when the feed pressure of the fuel in the passageway (16) is a value from 2400 bar.
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die folgende Erfindung betrifft einen Zerstäuber für eine elektrische Einspritzdüse, insbesondere in der piezoelektrischen oder magnetostriktiven Betätigungsart, für ein Hochdruck-Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Einspritzdüse für ein Einspritzsystem der Common-Rail-Bauart für einen Dieselmotor.The present invention relates to an atomizer for an electric injector, particularly in the piezoelectric or magnetostrictive type, for a high-pressure injection system for an internal combustion engine. More particularly, the present invention relates to an electric injector for a common rail type injection system for a diesel engine.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In Verbrennungsmotoren sind die Einspritzdüsen mit einem Zerstäuber ausgestattet, der eine Düse und eine Nadel aufweist, welche sich unter der Wirkung eines Stellgliedes zum Öffnen und Schließen eines auf der Düse vorgesehenen Dichtungssitzes bewegt.In internal combustion engines, the injectors are provided with a nebulizer having a nozzle and a needle which moves under the action of an actuator to open and close a seal seat provided on the nozzle.
In anderen Lösungen hat der Zerstäuber eine Nadel der sogenannten Zapfen-Bauweise, das heißt eine Düse, die sich bei einer Herausbewegung der Nadel (nach außen öffnender Düsentyp) öffnet. Mit anderen Worten wird in dieser Art von Zerstäuber die Düse durch ein Drücken der Nadel mit Hilfe eines piezoelektrischen oder magnetostriktiven Stellgliedes geöffnet.In other solutions, the atomizer has a needle of the so-called pin construction, that is, a nozzle that opens when the needle moves outward (nozzle type opening outward). In other words, in this type of atomizer, the nozzle is opened by pressing the needle by means of a piezoelectric or magnetostrictive actuator.
Lösungen dieser Art sind zum Beispiel beschrieben in
In dieser Art Lösung veranlasst das an das Stellglied gelieferte elektrische Steuersignal eine Längung des Stellgliedes proportional zu dem gelieferten elektrischen Steuersignal, und diese Längung wiederum veranlasst eine Verschiebung der Nadel in eine Richtung, die mit der vorgenannten Längung übereinstimmt. Wenn kein elektrisches Steuersignal vorhanden ist, verkürzt sich das Stellglied automatisch auf seine anfängliche Länge. Es ist klar, dass sich die axiale Position der Nadel und somit der runde Querschnitt der Brennstoffabgabe entsprechend dem elektrischen Steuersignal, das dem Stellglied zugeführt wird, kontinuierlich und nicht diskret verändert.In this type of solution, the electrical control signal supplied to the actuator causes the actuator to be elongated in proportion to the electrical control signal supplied, and this elongation in turn causes the needle to shift in a direction coincident with the aforementioned elongation. If no electrical control signal is present, the actuator automatically shortens to its initial length. It will be understood that the axial position of the needle and thus the round cross-section of the fuel delivery will vary continuously and not discretely according to the electrical control signal applied to the actuator.
Die in
Jedoch wird in
Zudem sieht es so aus, dass der Dichtungssitz der Düse eine scharfe runde Kante hat, welche eine hohe Beanspruchung auf das Düsenmaterial und somit auf das Auftreten von Düsendefekten oder ein Zerbrechen bewirken könnte.In addition, it appears that the seal seat of the nozzle has a sharp circular edge which could cause high stress on the nozzle material and thus the occurrence of nozzle defects or breakage.
Eine ähnliche Lösung zu
Das Ausbalancieren der Nadel ist ein sehr wichtiger Aspekt für die Verhaltensstabilität des Zerstäubers während der verschiedenen Einspritzvorgänge, da dieses erlaubt, die Arbeitsempfindlichkeit hinsichtlich der Tatsache zu verringern, dass der Brennstoff-Zuführdruck in Abhängigkeit von unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten des Motors variabel ist. Insbesondere kann dieser Zuführdruck in modernen Einspritzsystemen Werte von über 2200 bar haben.The balancing of the needle is a very important aspect for the behavioral stability of the nebulizer during the various injection events, as this allows to reduce the work sensitivity to the fact that the fuel supply pressure is variable depending on different rotational speeds of the engine. In particular, this supply pressure can have values of over 2200 bar in modern injection systems.
Jedoch haben Versuche an dieser Einspritzdüse das Auftreten von Defekten und ein Zerbrechen der Nadel und/oder Düse aufgrund der hohen Belastungen, denen diese ausgesetzt sind, offenbart. Um diese Nachteile zu vermeiden, wäre die naheliegendste Lösung, den Durchmesser der Nadel deutlich zu vergrößern, um so die Steifigkeit zu erhöhen und eine Kontaktbelastung zwischen Nadel und Düse zu verringern.However, tests on this injector have revealed the occurrence of defects and breakage of the needle and / or nozzle due to the high stresses to which they are subjected. To avoid these disadvantages, the most obvious solution would be to increase the diameter of the needle significantly, so as to increase the rigidity and to reduce a contact load between the needle and the nozzle.
Eine unbedachte Zunahme dieses Durchmessers könnte jedoch andere Probleme mit sich bringen. A thoughtless increase in this diameter, however, could bring other problems.
Insbesondere führt eine allgemeine Zunahme im Durchmesser der Nadel auch zu einer Zunahme des Durchmessers der Dichtungszonen der Nadel. Aufgrund dieser Zunahme im axialen Bereich induziert der Brennstoffdruck, wenn die Düse geschlossen ist, einen größeren Dehnungszustand auf die Nadel, auch dann, wenn Letztere „ausbalanciert“ ist, und dieser Dehnungszustand versetzt die Nadel in Streckung und veranlasst folglich eine ungewünschte Längung. In particular, a general increase in the diameter of the needle also leads to an increase in the diameter of the sealing zones of the needle. Because of this increase in axial area, when the nozzle is closed, the fuel pressure induces a greater amount of strain on the needle, even when the latter is "balanced," and this stretch condition causes the needle to stretch, thus causing undesirable elongation.
Zudem veranlasst eine Zunahme im Durchmesser der Dichtungszone am dynamischen Sitz eine ungewünschte Zunahme von Brennstoffverlust aus den Düsen, an dem Zwischenteil der Einspritzdüse: das Kupplungsspiel am dynamischen Sitz könnte als Gegenmaßnahme verringert werden, dies würde aber eine Zunahme der Produktionskosten nach sich ziehen und würde zweitens die Gefahr erhöhen, die Nadel hyperstatisch zu machen, wodurch ihr korrekter Verschluss beeinträchtigt wird. In addition, an increase in the diameter of the seal zone on the dynamic seat causes an undesirable increase in fuel loss from the nozzles at the intermediate part of the injector: the clutch play on the dynamic seat could be reduced as a countermeasure, but this would entail an increase in production costs and secondly Increase the risk of making the needle hyperstatically, thereby impairing its proper closure.
Ferner wäre es mit einer Zunahme in dem Dichtungsdurchmesser am Dichtungssitz der Düse notwendig, den Hub der Nadel zu verringern, um den gleichen Auslassquerschnitt und somit die gleiche Menge eingespritzten Brennstoffs (für den gleichen Brennstoff-Zuführdruck) zu erhalten. Diese Verringerung im Hub führt auch dazu, dass die Genauigkeit und Präzision der Menge des eingespritzten Brennstoffs verringert wird: Tatsächlich haben bei einem großen Dichtungsdurchmesser selbst kleine Fehler in der Bewegungsbahn des Stellgliedes, und folglich im Nadelhub, einen entschieden deutlicheren Effekt auf die effektiv eingespritzte Menge Brennstoff, insbesondere für Betriebszustände bei minimaler oder partieller Motorlast, d.h. für kleine Volumen Brennstoff, die in die Verbrennungskammer eingespritzt werden müssen. Mit anderen Worten, diese kleinen Fehler veranlassen eine größere Ungenauigkeit bei der Einspritzung in Bezug zu derjenigen, die durch eine Gestaltung vorgegeben ist, und machen folglich Emissionen signifikant schlechter. Further, with an increase in the seal diameter at the seal seat of the nozzle, it would be necessary to reduce the stroke of the needle to obtain the same outlet area and thus the same amount of injected fuel (for the same fuel supply pressure). This reduction in stroke also reduces the accuracy and precision of the amount of injected fuel: in fact, with a large seal diameter, even small errors in the trajectory of the actuator, and thus in the needle stroke, have a decidedly more pronounced effect on the amount effectively injected Fuel, especially for operating conditions with minimum or partial engine load, ie for small volumes of fuel that need to be injected into the combustion chamber. In other words, these small errors cause greater inaccuracy in injection relative to that dictated by design, and thus make emissions significantly worse.
Schließlich wird das Ende der Nadel dem Druck in der Verbrennungskammer ausgesetzt, welcher bis zu 200 bar erreichen kann und eine Schließkraft erzeugen kann, wobei die Gesamtheit desselben proportional zu dem statischen Dichtungsdurchmesser ist und überwunden werden muss, um die Düse zu öffnen und folglich Brennstoff einzuspritzen: Daraus folgt, dass ein größerer statischer Dichtungsdurchmesser eine höhere Schließkraft verursacht, die durch den Druck in der Verbrennungskammer ausgeübt wird, und ein leistungsfähigeres Stellglied mit einer unerwünschten Zunahme an Kosten erfordern würde.Finally, the end of the needle is exposed to the pressure in the combustion chamber, which can reach up to 200 bar and produce a closing force, the total of which is proportional to the static seal diameter and must be overcome to open the nozzle and thus inject fuel As a result, a larger static seal diameter causes a higher closing force exerted by the pressure in the combustion chamber and would require a more powerful actuator with an undesirable increase in cost.
GEGENSTAND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSCOPE AND SUMMARY OF THE INVENTION
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Zerstäuber einer elektrischen Einspritzdüse für ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor geschaffen wird, mit welchem die oben beschriebenen Nachteile in einer einfachen und preiswerten Weise gelöst werden, und vorzugsweise den richtigen Kompromiss für den Durchmesser der Nadel und, ganz allgemein, für die Geometrie und Konfiguration des Zerstäubers aufweist.The object of the present invention is to provide an atomizer of an electric injector for an injection system for an internal combustion engine with which the above-described disadvantages are solved in a simple and inexpensive manner, and preferably the right compromise for the diameter of the needle and, quite generally, for the geometry and configuration of the nebulizer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zerstäuber für eine elektrische Einspritzdüse für ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. According to the present invention, there is provided an atomizer for an electric injection nozzle for an injection system for an internal combustion engine according to claim 1.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen nur als nicht beschränkendes Beispiel und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:For a better understanding of the present invention, some preferred embodiments will now be described by way of non-limiting example only and with reference to the accompanying drawings, in which:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, diese herzustellen und zu nutzen.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable one skilled in the art to make and use the same.
In
Die elektrische Einspritzdüse
Die elektrische Einspritzdüse
Mit dieser gegebenen Bewegungskonfiguration wird dieser Typ einer elektrischen Einspritzdüse
In dem in
Die Düse
Der Brennstoff wird daher mit einem Sprühfächer in die Verbrennungskammer eingespritzt, der entlang des Umfangs des Ausgabequerschnitts
Wie unten erläutert wird und wie in
Der Kopf
Der Dichtungssitz
Der Winkel an dem Scheitelpunkt, der durch den Konus der Fläche
Gemäß einer Variante, die nicht gezeigt ist, wird der Dichtungssitz
Vom Gesichtspunkt der Herstellung ist es möglich, diese Aussparung an der Fläche
Alternativ erfolgt ein Kontakt an dem Dichtungssitz
Diese Lösungen mit einer kreisförmigen Kontaktlinie sind selbst dann noch vorteilhaft, wenn die spezifische Last nicht verringert wird. In der Tat wurde aus vorausschauenden Computersimulationen und einigen experimentellen Ermüdungsbeständigkeitstests an ähnlichen Produkten herausgefunden, dass eine Überlastung auf das Material der Düse
Wie oben erwähnt, sind der Dichtungssitz
Deshalb ist bei einem relativ kleinen Öffnungsstoß der Abgabequerschnitt
Mit Bezug auf
Der Durchgangsweg
An einem axialen Ende umfasst der Durchgangsweg
In dem gezeigten speziellen Beispiel umfasst an dem entgegengesetzten axialen Ende in Bezug zum Bereich
Zur
Die Kupplungszone zwischen dem Bereich
Der Durchmesser der Fläche
Mit Bezug auf
Die Differenz R zwischen dem Durchmesser des dynamischen Sitzes am Führungsloch
Mit anderen Worten veranlasst der leicht größere Durchmesser des „statischen Sitzes“ in Bezug zu dem „dynamischen Sitz“, dass der Brennstoffdruck eine Öffnungskraft auf die Nadel
Mit Bezug auf
Die Bauweise des Stellgliedes
Die durch das elektrische Steuersignal gegebene Anregung veranlasst eine korrespondierende axiale Ausdehnung des Stellgliedes
Die axiale Verschiebung des Kolbens
Insbesondere ist die Feder
Vorzugsweise ist die Feder
Die Feder
Mit Bezug auf
Wie in den
Der Querschnitt des Durchgangsbereichs für den Brennstoff an solchen Lücken ist relativ groß, dieser ist nämlich größer als der Bereich des Durchgangsquerschnitts
Gemäß der Variante der
Ferner verleihen die Vorsprünge
In dem in
Stattdessen umfasst in der Variante in den
Diese Konfiguration ermöglicht eine Verstärkung der Stange
Vorzugsweise hat der Durchgangsweg
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser des Führungsloches
Aus Simulationen, die vom Anmelder durchgeführt wurden, bildet die oben angegebene Bemessung für den Dichtungsdurchmesser der Nadel
Damit der maximalen Vorgabe an Unausgewogenheit von 50 N begegnet werden kann, muss die radiale Größe R der Abschrägung oder der Auskehlung, die den Dichtungssitz
- D [m]
- = Durchmesser des dynamischen Sitzes (d.h. des Führungsloches
46 , ausschließlich leichter Differenzen aufgrund des radialen Kupplungsspiels mit Bereich25 ); - R [m]
- = Differenz zwischen dem mittleren Durchmesser des statischen Sitzes und dem Durchmesser des dynamischen Sitzes;
- Pmax [Pa]
- = gestaltungsspezifischer maximaler Zuführdruck des Brennstoffs für das Einspritzsystem, in welchem die Einspritzdüse
1 installiert ist.
- D [m]
- = Diameter of the dynamic seat (ie the
guide hole 46 , only slight differences due to the radial coupling clearance with range25 ); - R [m]
- = Difference between the mean diameter of the static seat and the diameter of the dynamic seat;
- P max [Pa]
- = design-specific maximum feed pressure of the fuel for the injection system, in which the injector
1 is installed.
Durch Wählen, zum Beispiel:
Pmax = 2400 bar
D = 3,3 mm
ergibt sich: 0 < R ≤ 40 µm.By choosing, for example:
Pmax = 2400 bar
D = 3.3 mm
results in: 0 <R ≤ 40 μm.
Auf diese Weise ist die Nadel
Bei gegebener Geometrie der Düse
Im Falle eines Dichtungssitzes
In dem Fall, in welchem der Dichtungssitz
Es ist aus dem Vorstehenden klar, dass die Bemessung des oben beschriebenen Zerstäubers
Tatsächlich hat sich herausgestellt, dass der oben eingeführte Dichtungsdurchmesser und die maximale Unausgewogenheit, die in der Öffnungsrichtung eingestellt ist, das Erreichen einer relativ robusten Lösung ermöglicht, ohne weitere Betriebskennzeichen der Einspritzdüse
Weitere Vorteile wurden oben erläutert oder sind dem Fachmann aus dem Gebiet der Eigenschaften des Zerstäubers
In jedem Fall können verschiedene Modifikationen an dem Zerstäuber
Insbesondere könnte die Düse
Zusätzlich könnte die Druckkammer
Ferner könnte die Ventilnadel
Schließlich könnte die Form der Vorsprünge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- FR 2941745 [0004, 0006, 0007, 0009] FR 2941745 [0004, 0006, 0007, 0009]
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- US 7942349 B1 [0017, 0017] US Pat. No. 7942349 B1 [0017, 0017]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |