DE4404570A1

DE4404570A1 - Fuel injection nozzle working on the accumulation principle

Info

Publication number: DE4404570A1
Application number: DE4404570A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Schweimer; Thomas Bader
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-02-27
Filing date: 1994-02-12
Publication date: 1994-09-01

Abstract

A fuel injection nozzle working on the accumulation principle has a nozzle needle (2) with a tapered annular area (8) interacting with a tapered seat (9) in the nozzle housing (1). In order to minimise the surfaces of the nozzle needle (2) exposed to the combustion chamber pressure in the direction of exposure of a discharge bore (17), the taper angle ( alpha ) of the tapered annular area (20) of the nozzle needle (20) is designed somewhat smaller than the taper angle ( beta ) of the seat (9) (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Einspritzdüsen, wie sie beispielsweise die EP 0 262 539 A1, F02M 47/02, beschreibt, haben den grundsätzlichen Vorteil, daß zu ihrer Betätigung nur relativ geringe elektrische Energie und Kraftstoffdrücke erfor derlich sind. Sofern bei einer derartigen Kraftstoffeinspritz düse eine Schließfeder vorgesehen ist, die also die Düsennadel im Sinne ihrer Bewegung bzw. Arretierung in Schließlage kraft beaufschlagt, kann diese ebenfalls sehr schwach ausgelegt werden, da sie die genannte Funktion nur während der Druckauf bauphase im Kraftstoffsystem unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine auszuüben braucht. Im übrigen erfolgt jede Bewegung der Düsennadel zwischen ihrer Schließlage und ihrer die Abspritzbohrung freigebenden Lage allein durch das Verhältnis der hydraulischen Drücke in der Druckkammer und der Zwischen druckkammer; dieses Druckverhältnis wird durch die Betätigung des Elektromagnetventils mit exakter zeitlicher Steuerung ent sprechend der jeweiligen Betriebsweise der Brennkraftmaschine eingestellt.The invention relates to a fuel injector according to the Preamble of claim 1. Such injection nozzles, such as it describes, for example, EP 0 262 539 A1, F02M 47/02, have the basic advantage that to operate them only relatively low electrical energy and fuel pressures are required are such. If such a fuel injection Nozzle a closing spring is provided, which is the nozzle needle force in the sense of their movement or locking in the closed position applied, this can also be interpreted very weak as they only perform the above function during printing Construction phase in the fuel system immediately after starting the Internal combustion engine needs to exercise. Otherwise, everyone does Movement of the nozzle needle between its closed position and its die Spray hole releasing location solely by the ratio the hydraulic pressures in the pressure chamber and the intermediate pressure chamber; this pressure ratio is through the actuation of the solenoid valve with exact timing speaking of the respective operating mode of the internal combustion engine set.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse unter Wahrung ihrer Vorteile so aus zubilden, daß der Steuerstrom für die Betätigung des Elektro magnetventils minimiert wird. The invention has for its object a generic Fuel injector while preserving their benefits form that the control current for the actuation of the electro solenoid valve is minimized.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training and Developments of the invention describe the subclaims.

Durch die erfindungsgemäß getroffene Wahl der Lage der Berüh rungszone zwischen der - dann in Schließlage befindlichen - Düsennadel einerseits und dem gehäuseseitigen Sitz für diese andererseits sind die Angriffsflächen für den Brennraumdruck, der die Düsennadel in ihre Freigabestellung zu bewegen sucht, außerordentlich klein geworden. Alle sich an diese Berührungs zone in Richtung Elektromagnetventil anschließenden Durchmesser erweiterungen der Düsennadel liegen außerhalb des Bereichs des Brennraumdrucks, so daß auch dem Druck im Druckraum ausgesetzte, zum Bewegen bzw. Halten der Düsennadel in Schließstellung er forderliche Flächen an dieser sehr klein gehalten werden können. Mit anderen Worten: Unter Ausnutzung der bei dem gattungsgemäßen Einspritzdüsentyp vorhandenen "Empfindlichkeit" gestattet die Erfindung eine sehr kleine Dimensionierung der beweglichen Teile, so daß auch eine kleine Auslegung des Elektromagnetven tils und Betrieb desselben mit geringer elektrischer Energie möglich sind.The choice of the location of the contact made according to the invention zone between the - then in the closed position - Nozzle needle on the one hand and the seat on the housing for this on the other hand, the target areas for the combustion chamber pressure, who tries to move the nozzle needle into its release position, become extraordinarily small. All stick to this touch zone in the direction of the solenoid valve adjoining diameter Extensions to the nozzle needle are outside the range of the Combustion chamber pressure, so that the pressure in the pressure chamber is also exposed, to move or hold the nozzle needle in the closed position Required areas on this can be kept very small. In other words: taking advantage of that in the generic Injector type "sensitivity" allows the Invention a very small dimensioning of the movable Parts, so that even a small interpretation of the Elektromagnetven tils and operation of the same with low electrical energy possible are.

Die Ansprüche 2 und 3 haben Maßnahmen zum Gegenstand, die sich - unter Wahrung der durch die erfinderischen Merkmale des Hauptanspruchs gewonnenen Vorteile - auf die Möglichkeit beziehen, einen bestimmten zeitlichen Verlauf des Abspritz querschnitts entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Brennkraftmaschine beziehen.The claims 2 and 3 have measures to the subject - while respecting the inventive features of the Main advantages gained - on the possibility relate to a certain time course of the spray cross-section according to the requirements of the respective Get internal combustion engine.

Zwar ist aus der US-PS 4 523 719, F02M 61/06, ohne Bezugnahme auf eine Akkumulier-Einspritzdüse eine Einspritzdüse mit einem Drosselzapfen bekannt, dessen Längsschnitte, angenähert durch ein Polygon, paraboloidförmig gestaltet sind, wobei ein mittle rer Kantenbereich als Sitzzone dient, die mit der durchweg konisch gestalteten Abspritzbohrung bei in Schließlage befind licher Düsennadel dichtend zusammenwirkt. In Abweichung hiervon sieht die Erfindung aber in Richtung auf den Brennraum an schließend einen zylindrischen Nadelbereich vor, der bei in Schließlage befindlicher Düsennadel in die hohlzylindrische, also nicht konische, Abspritzbohrung hineinragt. Die US-PS 4 162 043, F02M 61/04, wiederum zeigt einen Drosselzapfen mit einem der Abdichtung dienenden konischen Ringbereich, einem sich in Richtung Brennraum an diesen anschließenden zylindrischen Nadelbereich und einem brennraumseitigen konischen Bereich. In Schließlage der Düsennadel werden die beiden letztgenannten Bereiche von einer hohlzylindrischen Abspritzbohrung aufgenom men, jedoch mit großem Spiel, so daß ein Teil des konischen Ringbereichs der Düsennadel dem Druck im Brennraum ausgesetzt ist. Auch hier fehlt ein Hinweis auf eine Akkumulier-Einspritz düse.It is from US Pat. No. 4,523,719, F02M 61/06, without reference on an accumulator injector, an injector with a Throttle cone known, its longitudinal sections, approximated by a polygon, are designed paraboloid, with a mean rer edge area serves as a seating area, which with the consistently conically shaped spray hole when in the closed position The nozzle needle interacts in a sealing manner. In deviation from this However, the invention looks towards the combustion chamber closing a cylindrical needle area, which at in Nozzle needle in the closed position in the hollow cylindrical, So not conical, spray hole protrudes. U.S. Patent No. 4,162,043, F02M 61/04, again shows a throttle pin a sealing conical ring area, one in the direction of the combustion chamber adjacent to this cylindrical Needle area and a conical area on the combustion chamber side. In The latter two are in the closed position of the nozzle needle Areas of a hollow cylindrical spray bore recorded men, but with great play, so that part of the conical Ring area of the nozzle needle exposed to the pressure in the combustion chamber is. Here, too, there is no reference to an accumulation injection jet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 die gesamte Einspritz düse, teilweise im Längsschnitt zeigt, während Fig. 2 in einem größeren Maßstab die Verhältnisse im Bereich der Abspritzbohrung wiedergibt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, Fig. 1 shows the entire injection nozzle, partially in longitudinal section, while Fig. 2 shows the conditions in the area of the spray hole on a larger scale.

In dem allgemein mit 1 bezeichneten, aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten, insbesondere zusammengeschraubten, Gehäuse der Einspritzdüse ist die Düsennadel 2 längsverschiebbar bei 3 und 4 geführt. Der über die Kraftstoffleitung 5 stets mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgte Druckraum 6 wird von der Düsennadel 2 durchsetzt und nimmt die Schließfeder 7 für diese auf, die relativ schwach ausgelegt ist, da sie nur beim Starten der zugeordneten Brennkraftmaschine während des Aufbaus des Kraftstoffdrucks den in Fig. 2 erkennbaren konischen Ringbe reich 8 der Düsennadel 2 gegen den konischen Sitz 9 im Gehäuse 1 dichtend drücken soll.In the housing of the injection nozzle, generally designated 1, composed of several components, in particular screwed together, the nozzle needle 2 is guided so as to be longitudinally displaceable at 3 and 4 . The pressure chamber 6 , which is always supplied with pressurized fuel via the fuel line 5 , is penetrated by the nozzle needle 2 and receives the closing spring 7 for it, which is designed to be relatively weak, since it only switches on when the associated internal combustion engine starts up during the build-up of the fuel pressure Fig. 2 recognizable conical Ringbe rich 8 of the nozzle needle 2 to press against the conical seat 9 in the housing 1 sealing.

Der in Fig. 1 obere Endbereich der Düsennadel 2 ist als mit der Drossel 10, die mit dem Druckraum 6 in Strömungsverbindung steht, ausgerüsteter Kolben 11 ausgebildet, der an den Zwischen druckraum 12 anschließt, der seinerseits bei Erregung des allge mein mit 13 bezeichneten Elektromagnetventils - dann ist dessen Ventilstößel 14 in Richtung nach oben von der Drosselplatte 15 abgehoben - mit der Kraftstoffrückführung 16 in Verbindung steht. Die Drossel 10 und eine weitere Drossel in der Drossel platte 15 sind so ausgebildet, daß das Abheben des Ventilstößels 14 von der Drosselplatte 15 einen raschen Druckabfall in der dann auch als Niederdruckkammer zu bezeichnenden Kammer 12 zur Folge hat, so daß der Druck in der Druckkammer 6 die mit ent sprechenden Druckflächen versehene Düsennadel 2 in Fig. 1 in Richtung nach oben bis zum Anschlagen des Kolbens 11 an die un tere Fläche der Drosselplatte 15 bewegt, demgemäß infolge Frei gabe der Abspritzbohrung 17 (siehe Fig. 2) durch das als Drosselzapfen 18 ausgebildete Ende der Düsennadel 2 den Ein spritzvorgang bewirkt. Sobald infolge entsprechender Änderung des Erregerstroms des Elektromagnetventils 13 der Ventilstößel 14 desselben wieder zur Auflage auf der Drosselplatte 15 ge langt, kann sich in der Kammer 12 wieder ein dem Druck in der Druckkammer 6 entsprechender Druck aufbauen, so daß die auf die Düsennadel 2 in Richtung Schließstellung wirkenden Kräfte über wiegen und demgemäß die konische Ringzone 8 derselben wieder zur dichtenden Auflage auf dem konischen Sitz 9 gelangt.The upper end region in FIG. 1 of the nozzle needle 2 is designed as a piston 11 equipped with the throttle 10 , which is in flow connection with the pressure chamber 6 , which connects to the intermediate pressure chamber 12 , which in turn excites the solenoid valve designated 13 by general - then the valve tappet is lifted off 14 in the direction upwardly from the choke plate 15 - communicates with the fuel return passage 16 in communication. The throttle 10 and a further throttle in the throttle plate 15 are designed so that the lifting of the valve tappet 14 from the throttle plate 15 has a rapid pressure drop in the chamber 12, which is then also referred to as a low pressure chamber, so that the pressure in the pressure chamber 6 provided with corresponding pressure surfaces nozzle needle 2 in Fig. 1 in the upward direction until the piston 11 strikes against the lower surface of the throttle plate 15 , accordingly as a result of the release of the spray bore 17 (see FIG. 2) by the throttle pin 18 trained end of the nozzle needle 2 causes the injection process. As soon as due to a corresponding change in the excitation current of the solenoid valve 13 of the valve lifter 14 the same again to rest on the throttle plate 15 ge, a pressure corresponding to the pressure in the pressure chamber 6 can build up again in the chamber 12 , so that the nozzle needle 2 in the direction Forces acting in the closed position weigh and accordingly the conical ring zone 8 of the same comes back to the sealing support on the conical seat 9 .

Bei einer derartigen nach dem Akkumulierprinzip arbeitenden Kraftstoffeinspritzdüse dienen also weder Druckänderungen des zugeführten Kraftstoffs noch elektromagnetisch erzeugte Kräfte unmittelbar zu Bewegung der Düsennadel zwischen ihrer Schließ lage und ihrer die Abspritzbohrung freigebenden Stellung, sondern der zugeführte Kraftstoffdruck ist konstant, und die elektromagnetischen Kräfte dienen lediglich zum Bewegen des leichten Ventilstößels 14 zwischen seinen beschriebenen beiden Stellungen. Da demgemäß die auftretenden Kräfte sehr klein sind, können alle Teile, insbesondere die bewegten Teile, der Ein spritzdüse klein dimensioniert werden.In such a fuel injection nozzle working according to the accumulation principle, therefore, neither pressure changes in the fuel supplied nor electromagnetically generated forces serve directly to move the nozzle needle between its closed position and its position releasing the spray bore, but the fuel pressure supplied is constant, and the electromagnetic forces are only used for movement of the light valve lifter 14 between its two positions described. Accordingly, since the forces are very small, all parts, especially the moving parts, the injection nozzle can be dimensioned small.

Das setzt jedoch voraus, daß die dem Druck im Brennraum 19 (Fig. 2) ausgesetzten Flächen der Düsennadel 2 in der Schließ lage derselben möglichst klein sind. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird dies bei der Erfindung dadurch erreicht, daß der konische Ringbereich 8, der in der Schließlage der Düse 2 mit dem ko nischen Sitz 9 im Düsengehäuse 1 dichtend zusammenwirkt, so "tief" wie möglich angeordnet ist. Dies geschieht dadurch, daß der Konuswinkel α des Ringbereichs 8 etwas (etwa 1 bis 2 Grad) kleiner gewählt ist als der Konuswinkel β des gehäuseseitigen konischen Sitzes 9. Im Idealfall ergibt sich eine dichtende Berührung zwischen Düsennadel 2 und Gehäuse 1 im Bereich der Übergangskante 20 zwischen dem Nadelkonus 21 einerseits und dem zylindrischen Nadelbereich 22 andererseits, der in Schließ stellung der Düsennadel 2 von der hohlzylindrischen Abspritz bohrung 17 mit nur kleinem Spiel aufgenommen ist. Damit trägt der konische Ringbereich 8 und überhaupt der Nadelkonus 21 nicht zur Vergrößerung der dem Druck im Brennraum 19 ausgesetzten Fläche der Düsennadel 2 bei; diese Fläche ergibt sich allein aus dem Durchmesser des zylindrischen Bereichs 22.However, this presupposes that the areas of the nozzle needle 2 exposed to the pressure in the combustion chamber 19 ( FIG. 2) are as small as possible in the closed position thereof. As is apparent from Fig. 2, this is achieved in the invention in that the conical ring region 8 , which cooperates sealingly in the closed position of the nozzle 2 with the ko African seat 9 in the nozzle housing 1 , is arranged as "deep" as possible. This takes place in that the cone angle α of the ring region 8 is chosen to be somewhat (approximately 1 to 2 degrees) smaller than the cone angle β of the conical seat 9 on the housing side. Ideally, there is a sealing contact between the nozzle needle 2 and the housing 1 in the region of the transition edge 20 between the needle cone 21 on the one hand and the cylindrical needle region 22 on the other hand, which in the closed position of the nozzle needle 2 is received by the hollow cylindrical spraying bore 17 with only a small amount of play. Thus, the conical ring area 8 and the needle cone 21 in general does not contribute to increasing the area of the nozzle needle 2 exposed to the pressure in the combustion chamber 19 ; this area results solely from the diameter of the cylindrical region 22 .

An diesen zylindrischen Bereich 22 schließt sich in Richtung Brennraum der eigentliche Drosselzapfen 18 an, der in diesem Ausführungsbeispiel aus den beiden Teilen 23 und 24 besteht, die derart unterschiedliche Konizitäten besitzen, daß der Drossel zapfen 18 in Längsschnitten paraboloidähnlich geformt ist. Während der Aufwärtsbewegung der Düsennadel 2 erfolgt demgemäß nach Austritt des zylindrischen Nadelbereichs 22 aus der Ab spritzbohrung 17 eine kontinuierliche Zunahme des Abspritz querschnitts nach einem durch die Längsschnittform des Drossel zapfens 18 vorgegebenen Gesetz, das im Hinblick auf die jewei ligen Erfordernisse der Maschine gewählt ist.This cylindrical region 22 is followed in the direction of the combustion chamber by the actual throttle pin 18 , which in this exemplary embodiment consists of the two parts 23 and 24 , which have such different conicity that the throttle pin 18 is shaped like a paraboloid in longitudinal sections. Accordingly, during the upward movement of the nozzle needle 2 , after the cylindrical needle region 22 emerges from the spray bore 17, a continuous increase in the spray cross-section takes place according to a law prescribed by the longitudinal sectional shape of the throttle pin 18 , which is selected with regard to the respective requirements of the machine.

Wie auch aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersicht lich, ist mit der Erfindung eine gattungsgemäße Kraftstoffein spritzdüse geschaffen, die unter Ausnutzung der grundsätzlichen Vorteile des Akkumulierprinzips hinsichtlich der Minimierung insbesondere der bewegten Teile und damit des Steuerenergie bedarfs optimiert ist und dennoch freie Wahl hinsichtlich der Gestaltung des Einspritzverlaufs bietet.As can also be seen from the description of the exemplary embodiment Lich, is a generic fuel with the invention spray nozzle created using the basic Advantages of the accumulation principle in terms of minimization especially the moving parts and thus the control energy is optimized as required and yet free choice in terms of Design of the injection process offers.

Claims

1. Working on the accumulation principle fuel injection nozzle for internal combustion engines, in particular diesel engines, with a conical ring area bearing nozzle needle, which is supported in the closed position on a conical seat in a nozzle housing, which encloses a pressure chamber penetrated by the nozzle needle and connected to a fuel supply, from which a throttle-equipped channel to an intermediate pressure chamber leading to the end face of the nozzle needle facing away from the seat, which can be connected to a fuel return via an electromagnetic valve for controlled lifting of the nozzle needle from the seat and thus releasing an adjoining spraying bore, characterized in that the spray bore ( 17 ) is hollow cylindrical and in the closed position of the nozzle needle ( 2 ) receives a conical ring region ( 8 ) of the same adjoining cylindrical needle region ( 22 ), on which the ring region ( 8 ) abge Conversely, a throttle pin ( 18 ) is formed with a view to a desired spray geometry, and that the cone angle (β) of the conical seat ( 9 ) is slightly larger than that (α) of the conical ring region ( 8 ), so that in the closed position Nozzle needle ( 2 ) the contact zone between the two ( 9, 8 ) runs close to the cylindrical needle region ( 22 ).

2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that the throttle pin ( 18 ) is paraboloidally shaped in longitudinal sections.

3. Fuel injection nozzle according to claim 2, characterized net that the paraboloid shape is approximated by a polygon.