EP1117920B1 - Common-rail-injektor - Google Patents
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- EP1117920B1 EP1117920B1 EP00958210A EP00958210A EP1117920B1 EP 1117920 B1 EP1117920 B1 EP 1117920B1 EP 00958210 A EP00958210 A EP 00958210A EP 00958210 A EP00958210 A EP 00958210A EP 1117920 B1 EP1117920 B1 EP 1117920B1
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- common
- nozzle needle
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- spring
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- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
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- F02M61/042—The valves being provided with fuel passages
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- F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
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- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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- F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
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- F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
Definitions
- the invention relates to a common rail injector for injecting fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine according to the Oberbergiff of claim 1.
- a high-pressure pump delivers the fuel into the central high-pressure accumulator, which is referred to as a common rail.
- high pressure lines lead to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders.
- the injectors are individually from the engine electronics driven.
- the rail pressure is in the pressure chamber and on the control valve. When the control valve opens, high pressure fuel passes past the nozzle needle lifted against the biasing force of the nozzle spring and into the combustion chamber.
- An injector is known from US Pat. No. 4,572,433, in which a combustion chamber distal end of the nozzle needle and a sleeve delimit a control chamber. At the same time the nozzle needle is guided in this sleeve. The sleeve in turn is not centered directly in the housing of the injector, but is centered only over the nozzle needle tip and the nozzle needle seat.
- a disadvantage of this Kosntrutation are the indirect centering of the guide sleeve and the large axial distance between the nozzle needle seat and the leadership of the nozzle needle at its end remote from the combustion chamber.
- the object of the invention is to provide a common rail injector with a small volume, which is simple and inexpensive to produce. In particular, a good closing behavior should be ensured even at a high nozzle needle speed.
- the sleeve provides the advantage that the control chamber and the nozzle spring chamber can be combined at the combustion chamber remote end of the nozzle needle without the volume of the control chamber depends on the space of the nozzle spring. Therefore, it is possible to install a nozzle spring with a high spring stiffness, which ensures a good closing of the nozzle needle. As a result, the injection time and the injection timing can be set exactly. In addition, the control chamber can be made very small, resulting in a fast response of the injector according to the invention. Furthermore, there is a relationship between the maximum achievable nozzle needle speed and the nozzle needle diameter. In order to get higher nozzle needle speeds, which is especially important when needle closing, the nozzle needle diameter must be reduced.
- the nozzle needle diameter can be chosen freely and is not dependent on the dimensions of the nozzle spring.
- the inner diameter of the sleeve may be smaller than a guide diameter.
- the volume of the control room is reduced. The smaller the control chamber volume can be chosen, the more responsive the injector is.
- the length can be significantly reduced, which contributes to a precise stroke stop.
- a particular embodiment of the invention is characterized in that a biting edge is formed on the surface of the sleeve, which is in contact with the injector housing. This ensures that the formed inside the sleeve control chamber of the sleeve surrounding nozzle spring chamber remains separated.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the inner diameter of the sleeve is smaller than the guide diameter of the nozzle needle.
- the inner diameter of the sleeve and the corresponding outer diameter on the nozzle needle can be made much smaller than in conventional injectors.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the nozzle spring chamber communicates via a bore with the pressure chamber. As a result, the complete circumference of the nozzle needle can be used for guidance purposes.
- a further particular embodiment of the invention is characterized in that at least one flat surface is formed on the nozzle needle between the nozzle spring chamber and the pressure chamber, past which fuel can pass from the nozzle spring chamber into the pressure chamber.
- inlet throttle is integrated into the nozzle needle, the sleeve or the injector housing.
- the inlet throttle is used to prevent pressure surges during operation.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the sleeve has a collar at its end remote from the combustion chamber.
- the collar forms a first abutment for the nozzle spring.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that a step is formed on the nozzle needle, which forms a stop for a spring plate.
- the spring plate forms a second abutment for the nozzle spring.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that in the nozzle needle, a circumferential groove is recessed, in which a retaining ring is supported, which forms a stop for a spring plate.
- the outer diameter of the nozzle needle in the control chamber and the guide diameter of the nozzle needle between the nozzle spring chamber and the pressure chamber can be the same size. This is in the manufacturing, e.g. by lapping, an advantage.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the retaining ring is in two parts and is fixed in the assembled state by the spring plate. As a result, a release of the spring plate is prevented during operation in a simple manner.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the Düsennadelhub defined by the distance between the sleeve and the spring plate is.
- This purely mechanical Düselnadelhubendanschlag provides the advantage that the Düsennadelhub is exactly reproducible. As a result, the course of injection can be reliably shaped. So-called hydraulic bonding is avoided.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the Düsennadelhub and the Düsenfedervorschreib by means of spacer elements are adjustable, which are arranged between the spring plate and the stop for the spring plate or between the nozzle spring and the abutments for the nozzle spring. As a result, the closing behavior of the injector can be improved.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that the Düsennadelhub is defined by the distance between the combustion chamber remote end face of the nozzle needle and the injector.
- This embodiment has the advantage that it is particularly easy to implement in terms of manufacturing technology.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that in the combustion chamber remote end face of the nozzle needle and / or in the opposite surface of the injector housing recesses are provided whose dimensions are adapted to the volume of the control chamber.
- the vibrations of the nozzle needle may depend on the inlet and the outlet throttle, the friction of the nozzle needle guide, the control chamber volume, etc.
- a vibration of the nozzle needle is indeed avoided, but a slightly larger amount of control is required. This has an unfavorable effect on the efficiency of the injector.
- the remaining at the stop flow cross-section is just chosen so large that a vibration of the nozzle needle while avoided, the control amount at the end stop, however, is lowered as much as possible. In this case, it is advantageous that the injector according to the invention has no leakage, ie no return quantity is generated without activation of the injector.
- Another particular embodiment of the invention is characterized in that in the combustion chamber remote end face of the nozzle needle at least one axial bore is provided which is in communication with at least one radial bore in the nozzle needle.
- This embodiment has the advantage that it is insensitive to mechanical shrinkage, i. the flow cross section does not change over the service life.
- the illustrated in Fig. 1 in longitudinal section first embodiment of the injector according to the invention has a generally designated 1 injector.
- the injector housing 1 comprises a nozzle body 2, which projects with its lower free end into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied. With its upper, combustion chamber remote end face of the nozzle body 2 is clamped by means of a clamping nut 5 axially against a valve body 3 and an injector 4.
- an axial guide bore 6 is recessed.
- a nozzle needle 8 is guided axially displaceable.
- a sealing surface is formed, which cooperates with a sealing seat which is formed on the nozzle body 2.
- the nozzle needle 8 has three regions with different diameters d 1 , d 2 and d 3 .
- the diameter d 2 is the largest and serves to guide the nozzle needle 8 in the nozzle body 2.
- the diameter d 1 is the smallest.
- a collar 16 is formed with a flat 17 on its outer peripheral surface.
- the collar 16 forms a second guide for the nozzle needle 1.
- the flattening 17 in the collar 16 allows a flow connection in the longitudinal direction of the nozzle needle 1 from one side of the collar 16 to the other side.
- the diameter d 3 is greater than the diameter d 1 , but smaller than the diameter d 2 .
- the diameter d 3 is also referred to as the control diameter.
- the nozzle needle 8 is biased by means of a nozzle spring 19 against the nozzle needle seat in the region of the injection holes 10 and 11.
- the nozzle spring 19 is arranged in a nozzle spring chamber 20, in which a fuel inlet 21 opens.
- a fuel inlet 21 is supplied from a (not shown) rail with fuel, which is acted upon by high pressure.
- the high-pressure fuel from the nozzle spring chamber 20 passes into a pressure chamber 24.
- the pressure chamber 24 is connected via an annular space 25 with the spray holes 10 and 11 in connection, when the nozzle needle 1 against the biasing force of the nozzle spring 19 lifted from its seat is.
- the control chamber 30 is connected via an inlet throttle 31 with the nozzle spring chamber 20.
- the control chamber 30 is connected via an outlet throttle 32 with a (not shown) discharge space in connection.
- the connection of the control chamber 30 with the discharge chamber depends on the position of a control valve member 33.
- the injector shown in Fig. 1 functions as follows:
- the diameter ratios are chosen in a known manner in that, as a result of the high pressure in the control chamber 30, the nozzle needle 8 is in contact with the nozzle needle seat with its tip 9.
- the control valve member 33 opens, the control chamber 30 is depressurized and the nozzle needle tip 9 lifts off its seat. Then, as long as high-pressure fuel is injected through the injection holes 10 and 11 in the combustion chamber of the internal combustion engine until the control valve member 33 closes again. This has the consequence that the pressure in the control chamber 30 rises again and the nozzle needle 8 is pressed with its tip 9 again against the associated nozzle needle seat.
- the second embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to the first shown in FIG Embodiment of the invention.
- the same reference numerals will be used to designate like parts.
- a connecting bore between the nozzle spring chamber 20 and the pressure chamber 24 is missing. Instead, a flattening 36 is formed in the section of the nozzle needle 8 with the diameter d 2 .
- the flattening 36 provides a connection between the nozzle spring chamber 20 and the pressure chamber 24. Otherwise, there are no differences between the two embodiments.
- the third embodiment shown in Fig. 3 differs from the second embodiment in that the inlet throttle is not disposed in the sleeve 28.
- the inlet throttle in the form of holes of different orientations and different dimensions can be integrated into the nozzle needle 8.
- the inlet throttle can also be integrated in the valve body 3.
- the spring plate 26 is not supported directly on the nozzle needle 8, but only indirectly via a resilient retaining ring 42 having a rectangular cross-section.
- the retaining ring 42 is formed slotted.
- FIGS. 5 and 6 it is shown that instead of a one-piece, clip-on retaining ring, a two-part retaining ring 46 can also be used.
- the retaining ring 46 consists of two ring halves, which are placed in the associated groove in the nozzle needle 8 and fixed by means of the spring plate 26.
- the stroke is not, as in the embodiment shown in FIG. 1, limited by the distance H 1 of the combustion chamber remote end face of the nozzle needle 8 and the opposite surface of the valve body 3, but by the distance H 2 between the sleeve 28 and the spring plate 26.
- the stroke H 2 can be adjusted by a spacer 51.
- the spacer 51 is arranged for this purpose between the shoulder, which results from the difference in diameter between d 2 and d 3 , and the spring plate 26.
- the spring biasing force of the nozzle spring 19 can be adjusted by means of a spacer 50.
- the spacer 50 between the nozzle spring 19 and the collar 27 of the sleeve 28 is arranged.
- the nozzle needle stroke results from the distance H 1 between the nozzle needle 8 and the valve body 3.
- the following solutions are provided:
- two grooves 55 and 56 are arranged crosswise in the end face 54 of the nozzle needle 8.
- a purely mechanical stop of the needle nozzle is realized. If the dimensions of the grooves 54 and 55 are adapted to the injector, this can become a "semi-hydraulic stop".
- the breakthrough cross-section remaining at the stop is selected to be just so large that an oscillation of the nozzle needle 8 is indeed avoided, but the control amount at the end stop is lowered as far as possible.
- a throttle bore 58 is arranged parallel to the longitudinal axis of the nozzle needle 8 in the end face 54 of the nozzle needle 8.
- the throttle bore 58 opens into a bore 59 which extends transversely to the longitudinal axis of the nozzle needle 8.
- the bore 59 is a blind bore, which is open to the combustion chamber distant, frustoconical end of the nozzle needle 8 out.
- a groove 61 is recessed in the opposite face 62 of the valve body 3, instead of in the end face 54 of the nozzle needle 8 remote from the combustion chamber.
- the groove 61 has the same function as the grooves 54 and 55 in the embodiment shown in Figs. 8 and 9.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbergiff des Anspruchs 1.
- In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik angesteuert. Der Raildruck steht in dem Druckraum und an dem Steuerventil an. Wenn das Steuerventil öffnet, gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff an der gegen die Vorspannkraft der Düsenfeder abgehobenen Düsennadel vorbei in den Verbrennungsraum.
- Bei herkömmlichen Injektoren, wie sie beispielsweise aus der DE 197 24 637 A1 oder der DE 197 32 802 A1 bekannt sind, kommen relativ lange Düsennadeln zum Einsatz. Im Betrieb wirken auf die Düsennadel infolge der hohen Drücke und der schnellen Lastwechsel sehr große Kräfte. Diese Kräfte führen dazu, dass die Düsennadel in Längsrichtung gedehnt und gestaucht wird. Das wiederum hat zur Folge, dass der Düsennadelhub in Abhängigkeit von der auf die Düsennadel wirkenden Kräfte variiert.
- Aus der US 4,572,433 ist ein Injektor bekannt, bei dem ein brennraumfernes Ende der Düsennadel und eine Hülse einen Steuerraum begrenzen. Gleichzeitig wird die Düsennadel in dieser Hülse geführt. Die Hülse wiederum ist nicht direkt in dem Gehäuse des Injektors zentriert, sondern wird lediglich über die Düsennadelspitze und den Düsennadelsitz zentriert. Nachteilig an dieser Kosntruktion sind die indirekte Zentrierung der Führungshülse und der große axiale Abstand zwischen Düsennadelsitz und der Führung der Düsennadel an ihrem brennraumfernen Ende.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail-Injektor mit einem kleinen Bauvolumen bereitzustellen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll auch bei einer hohen Düsennadelgeschwindigkeit ein gutes Schließverhalten gewährleistet sein.
- Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Hülse liefert den Vorteil, dass der Steuerraum und der Düsenfederraum am brennraumfernen Ende der Düsennadel kombiniert werden können, ohne dass das Volumen des Steuerraums von dem Bauraum der Düsenfeder abhängt. Deshalb ist es möglich, eine Düsenfeder mit einer hohen Federsteifigkeit einzubauen, die ein gutes Schließen der Düsennadel gewährleistet. Dadurch können die Einspritzzeit und der Einspritzzeitpunkt exakt festgelegt werden. Außerdem kann der Steuerraum sehr klein ausgeführt werden, was zu einem schnellen Ansprechverhalten des erfindungsgemäßen Injektors führt. Weiterhin besteht ein Zusammenhang zwischen der maximal erreichbaren Düsennadelgeschwindigkeit und dem Düsennadeldurchmesser. Um zu höheren Düsennadelgeschwindigkeiten zu kommen, was besonders beim Nadelschließen wichtig ist, muss der Düsennadeldurchmesser reduziert werden. Für eine Schließgeschwindigkeit von 1 m/sec ist bei einer akzeptablen Steuermenge ein Nadeldurchmesser von unter 3,5 mm3 nötig. Das ist technisch sehr aufwendig und daher teuer. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Düsennadeldurchmesser frei gewählt werden und ist nicht abhängig von den Abmessungen der Düsenfeder. Im Vergleich zu herkömmlichen Düsennadeln kann der Innendurchmesser der Hülse kleiner als ein Führungsdurchmesser sein. In Folge dessen reduziert sich das Volumen des Steuerraums. Je kleiner das Steuerraumvolumen gewählt werden kann, desto reaktionsfreudiger ist der Injektor. Außerdem kann die Länge erheblich reduziert werden, was zu einem exakten Hubanschlag beiträgt.
- Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Fläche der Hülse, die sich in Anlage an dem Injektorgehäuse befindet, eine Beißkante ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass der im Inneren der Hülse ausgebildete Steuerraum von dem die Hülse umgebenden Düsenfederraum getrennt bleibt.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Hülse kleiner als der Führungsdurchmesser an der Düsennadel ist. Je kleiner das Steuerraumvolumen gewählt werden kann, desto reaktionsfreudiger ist der Injektor. Gemäß der vorliegenden Erfindung können der Innendurchmesser der Hülse und der entsprechende Außendurchmesser an der Düsennadel viel kleiner ausgeführt werden als bei herkömmlichen Injektoren.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenfederraum über eine Bohrung mit dem Druckraum in Verbindung steht. Dadurch kann der komplette Umfang der Düsennadel zu Führungszwecken benutzt werden.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum mindestens eine ebene Fläche ausgebildet ist, an der vorbei Kraftstoff von dem Düsenfederraum in den Druckraum gelangen kann. Diese Ausführungsart bietet insbesondere in Bezug auf die Hochdruckfestigkeit Vorteile.
- Weitere besondere Ausführungsarten der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel in die Düsennadel, die Hülse oder das Injektorgehäuse integriert ist. Die Zulaufdrossel dient dazu, Druckstöße im Betrieb zu verhindern.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse an ihrem brennraumfernen Ende einen Bund aufweist. Der Bund bildet ein erstes Widerlager für die Düsenfeder.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel eine Stufe ausgebildet ist, die einen Anschlag für einen Federteller bildet. Der Federteller bildet ein zweites Widerlager für die Düsenfeder.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsennadel eine Umfangsnut ausgespart ist, in der sich ein Haltering abstützt, der einen Anschlag für einen Federteller bildet. Bei dieser Ausführungsart können der Außendurchmesser der Düsennadel im Steuerraum und der Führungsdurchmesser der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum gleich groß sein. Das ist bei der Fertigung, z.B. durch Läppen, von Vorteil.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering zweiteilig ist und in zusammengebautem Zustand durch den Federteller fixiert wird. Dadurch wird in einfacher Art und Weise ein Lösen des Federtellers im Betrieb verhindert.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen der Hülse und dem Federteller definiert ist. Dieser rein mechanische Düselnadelhubendanschlag liefert den Vorteil, dass der Düsennadelhub exakt reproduzierbar ist. Dadurch kann der Einspritzverlauf zuverlässig geformt werden. Ein sogenanntes hydraulisches Kleben wird vermieden.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub und die Düsenfedervorspannung mit Hilfe von Distanzelementen einstellbar sind, die zwischen dem Federteller und dem Anschlag für den Federteller bzw. zwischen der Düsenfeder und den Widerlagern für die Düsenfeder angeordnet sind. Dadurch kann das Schließverhalten des Injektors verbessert werden.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel und dem Injektorgehäuse definiert ist. Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass sie fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren ist.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel und/oder in der gegenüberliegenden Fläche des Injektorgehäuses Ausnehmungen vorgesehen sind, deren Abmessungen an das Volumen des Steuerraums angepasst sind. Um im Betrieb des Injektors ein möglichst lineares Mengenkennfeld zu erzielen, ist es sinnvoll, den Düsennadelhubanschlag nicht rein hydraulisch auszuführen. Bei einem rein hydraulischen Düsennadelhubanschlag kann es vorkommen, dass die Düsennadel in der geöffneten Stellung auf einem Druckpolster "schwebt". Das kann zu Schwingungen der Düsennadel führen. Die Schwingungen wiederum ergeben nichtlineare Mengenkennfelder. Da es sich hierbei um eine dynamische Bewegung handelt, ergibt sich eine größere Toleranzabhängigkeit. Die Schwingungen der Düsennadel können abhängen von der Zulauf- und der Ablaufdrossel, der Reibung der Düsennadelführung, dem Steuerraumvolumen usw.. Bei einem rein mechanischen Anschlag wird eine Schwingung der Düsennadel zwar vermieden, allerdings ist dafür eine etwas größere Steuermenge erforderlich. Das wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad des Injektors aus. Durch die Ausnehmungen, die z.B. die Form von Kreuzschlitzen haben können, wird ein "halbhydraulischer" Anschlag geschaffen. Der beim Anschlag verbleibende Durchflussquerschnitt wird gerade so groß gewählt, dass eine Schwingung der Düsennadel zwar vermieden, die Steuermenge beim Endanschlag jedoch so weit wie möglich abgesenkt wird. Hierbei ist von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Injektor keine Leckage hat, d.h. ohne Ansteuerung des Injektors wird keine Rücklaufmenge erzeugt.
- Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel mindestens eine axiale Bohrung vorgesehen ist, die mit mindestens einer radialen Bohrung in der Düsennadel in Verbindung steht. Diese Ausführungsart hat den Vorteil, dass sie unempfindlich gegen mechanisches Einlaufen ist, d.h. der Durchflussquerschnitt verändert sich über die Lebensdauer nicht.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit einer Bohrung zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum;
- Fig. 2
- ein zweites Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit einer Abflachung an der Düsennadel zwischen dem Düsenfederraum und dem Druckraum;
- Fig. 3
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor, wobei die Zulaufdrossel in die Düsennadel oder in das Injektorgehäuse integriert ist;
- Fig. 4
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit einer Umfangsnut in der Düsennadel, in der sich ein Haltering abstützt, der einen Anschlag für einen Federteller bildet;
- Fig. 5
- eine Variante des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem zweiteiligen Haltering;
- Fig. 6
- die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VI-VI in Fig. 5;
- Fig. 7
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit Distanzelementen zur Einstellung des Düsennadelhubs und der Düsenfedervorspannkraft;
- Fig. 8
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit Kreuznuten in der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel;
- Fig. 9
- die brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel aus Fig. 8 in der Draufsicht;
- Fig. 10
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit Bohrungen in der brennraumfernen Stirnfläche; und
- Fig. 11
- ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Injektor mit einer Nut in dem Injektorgehäuse.
- Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 mittels einer Spannmutter 5 axial gegen einen Ventilkörper 3 und einen Injektorkörper 4 verspannt.
- In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 6 ausgespart. In der Führungsbohrung 6 ist eine Düsennadel 8 axial verschiebbar geführt. An der Spitze 9 der Düsennadel 8 ist eine Dichtfläche ausgebildet, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, der an dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Wenn sich die Spitze 9 der Düsennadel 8 mit ihrer Dichtfläche in Anlage an dem Dichtsitz befindet, sind zwei Spritzlöcher 10 und 11 in dem Düsenkörper 2 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 9 von ihrem Sitz abhebt, wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 10 und 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
- Ausgehend von der Spitze 9 weist die Düsennadel 8 drei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern d1, d2 und d3 auf. Der Durchmesser d2 ist am größten und dient zur Führung der Düsennadel 8 in dem Düsenkörper 2. Der Durchmesser d1 ist am kleinsten. In dem Abschnitt mit dem Durchmesser d1 ist ein Bund 16 mit einer Abflachung 17 an seiner äußeren Umfangsfläche ausgebildet. Der Bund 16 bildet eine zweite Führung für die Düsennadel 1. Durch die Abflachung 17 in dem Bund 16 wird eine Strömungsverbindung in Längsrichtung der Düsennadel 1 von der einen Seite des Bundes 16 zur anderen Seite ermöglicht. Der Durchmesser d3 ist größer als der Durchmesser d1, aber kleiner als der Durchmesser d2. Der Durchmesser d3 wird auch als Steuerdurchmesser bezeichnet.
- Die Düsennadel 8 ist mit Hilfe einer Düsenfeder 19 gegen den Düsennadelsitz im Bereich der Spritzlöcher 10 und 11 vorgespannt. Die Düsenfeder 19 ist in einem Düsenfederraum 20 angeordnet, in den ein Kraftstoffzulauf 21 mündet. Durch einen Pfeil 22 ist angedeutet, dass der Kraftstoffzulauf 21 aus einem (nicht dargestellten) Rail mit Kraftstoff versorgt wird, der mit Hochdruck beaufschlagt ist. Über eine Bohrung 23 gelangt der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff aus dem Düsenfederraum 20 in einen Druckraum 24. Der Druckraum 24 steht über einen Ringraum 25 mit den Spritzlöchern 10 und 11 in Verbindung, wenn die Düsennadel 1 entgegen der Vorspannkraft der Düsenfeder 19 von ihrem Sitz abgehoben ist.
- Infolge des Größenunterschiedes zwischen dem Durchmesser d2 und dem Durchmesser d3 ergibt sich an der Düsennadel 8 eine Stufe, die einen Anschlag für einen Federteller 26 bildet. Über den Federteller 26 wird die Vorspannkraft der Düsenfeder 19 auf die Düsennadel 8 übertragen. Das andere Ende der Düsenfeder 19 stützt sich an einem Bund 27 ab, der an einer Hülse 28 ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der Hülse 28 ist geringfügig größer als der Steuerdurchmesser d3 der Düsennadel 8. Die Abmessungen der Durchmesser sind so gewählt, dass die Hülse 28 relativ zu der Düsennadel 8 unter Dichtwirkung verschiebbar ist. Infolge der Vorspannkraft der Düsenfeder 19 wird die Hülse 28 mit einer Beißkante 29 gegen den Ventilkörper 3 gedrückt. Dadurch wird ein im Inneren der Hülse 28 vorgesehener Steuerraum 30, der durch die brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel 8 begrenzt ist, gegenüber dem Düsenfederraum 20 abgedichtet.
- Der Steuerraum 30 ist über eine Zulaufdrossel 31 mit dem Düsenfederraum 20 verbunden. Außerdem steht der Steuerraum 30 über eine Ablaufdrossel 32 mit einem (nicht dargestellten) Entlastungsraum in Verbindung. Die Verbindung des Steuerraums 30 mit dem Entlastungsraum hängt von der Stellung eines Steuerventilgliedes 33 ab.
- Der in Fig. 1 dargestellte Injektor funktioniert wie folgt:
- Über den Kraftstoffzulauf 21 gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Düsenfederraum 20. Von dort gelangt der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff einerseits über die Zulaufdrossel 31 in den Steuerraum 30 und andererseits über die Bohrung 23 in den Druckraum 24. Die Durchmesserverhältnisse sind in bekannter Weise so gewählt, dass sich die Düsennadel 8 infolge des Hochdruckes in dem Steuerraum 30 mit ihrer Spitze 9 in Anlage an dem Düsennadelsitz befindet. Wenn das Steuerventilglied 33 öffnet, wird der Steuerraum 30 druckentlastet, und die Düsennadelspitze 9 hebt von ihrem Sitz ab. Dann wird so lange mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 10 und 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, bis das Steuerventilglied 33 wieder schließt. Das hat dann zur Folge, dass der Druck in dem Steuerraum 30 wieder ansteigt und die Düsennadel 8 mit ihrer Spitze 9 wieder gegen den zugehörigen Düsennadelsitz gedrückt wird.
- Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Einfachheit halber werden zur Bezeichnung gleicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Außerdem wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die vorstehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen. Bei der ausführlichen Beschreibung der in den Fig. 3 - 11 dargestellten Ausführungsbeispiele wird analog vorgegangen.
- Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel fehlt eine Verbindungsbohrung zwischen dem Düsenfederraum 20 und dem Druckraum 24. Stattdessen ist in dem Abschnitt der Düsennadel 8 mit dem Durchmesser d2 eine Abflachung 36 ausgebildet. Die Abflachung 36 sorgt für eine Verbindung zwischen dem Düsenfederraum 20 und dem Druckraum 24. Ansonsten gibt es keine Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen.
- Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Zulaufdrossel nicht in der Hülse 28 angeordnet ist. Bei 38 ist in Fig. 3 angedeutet, dass die Zulaufdrossel in Form von Bohrungen unterschiedlicher Ausrichtungen und unterschiedlicher Abmessungen in die Düsennadel 8 integriert sein kann. Bei 39 ist angedeutet, dass die Zulaufdrossel auch in dem Ventilkörper 3 integriert sein kann.
- Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel stützt sich der Federteller 26 nicht direkt auf der Düsennadel 8 ab, sondern nur indirekt über einen federnden Haltering 42 mit einem rechteckförmigen Querschnitt. Um ein Einsetzen des Halterings 42 in eine in der Düsennadel 8 ausgebildete Umfangsnut zu ermöglichen, ist der Haltering 42 geschlitzt ausgebildet.
- In den Fig. 5 und 6 ist dargestellt, dass statt eines einteiligen, aufklipsbaren Halterings auch ein zweiteiliger Haltering 46 verwendet werden kann. Der Haltering 46 besteht aus zwei Ringhälften, die in die zugehörige Nut in der Düsennadel 8 gelegt und mit Hilfe des Federtellers 26 fixiert werden.
- Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Hub nicht, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, durch den Abstand H1 der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel 8 und der gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers 3 begrenzt, sondern durch den Abstand H2 zwischen der Hülse 28 und dem Federteller 26. In Fig. 7 ist außerdem zu sehen, dass der Hub H2 durch eine Distanzscheibe 51 eingestellt werden kann. Die Distanzscheibe 51 ist zu diesem Zweck zwischen dem Absatz, der sich durch die Durchmesserdifferenz zwischen d2 und d3 ergibt, und dem Federteller 26 angeordnet. Darüber hinaus kann die Federvorspannkraft der Düsenfeder 19 mit Hilfe einer Distanzscheibe 50 eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Distanzscheibe 50 zwischen der Düsenfeder 19 und dem Bund 27 der Hülse 28 angeordnet. Durch diese Einstellmöglichkeiten kann ein hydraulisches Kleben bzw. eine vollständige Druckbeaufschlagung der Düsennadel 8 in dem Steuerraum 30 unterbunden werden. Daraus resultiert ein besseres Schließverhalten des Injektors.
- Bei den in den Fig. 8 - 11 dargestellten Ausführungsbeispielen ergibt sich der Düsennadelhub, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, aus dem Abstand H1 zwischen der Düsennadel 8 und dem Ventilkörper 3. Um zu verhindern, dass die Düsennadel 8 in der geöffneten Stellung auf einem Druckpolster schwebt, werden die folgenden Lösungsvorschläge bereitgestellt:
- Bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Stirnfläche 54 der Düsennadel 8 zwei Nuten 55 und 56 kreuzweise angeordnet. Dadurch wird ein rein mechanischer Anschlag der Nadeldüse realisiert. Wenn die Abmessungen der Nuten 54 und 55 an den Injektor angepasst werden, kann daraus ein "halbhydraulischer Anschlag" werden. Der beim Anschlag verbleibende Durchbruchsquerschnitt wird gerade so groß gewählt, dass eine Schwingung der Düsennadel 8 zwar vermieden, die Steuermenge beim Endanschlag jedoch so weit wie möglich abgesenkt wird.
- Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Stirnfläche 54 der Düsennadel 8 eine Drosselbohrung 58 parallel zur Längsachse der Düsennadel 8 angeordnet. Die Drosselbohrung 58 mündet in eine Bohrung 59, die sich quer zur Längsachse der Düsennadel 8 erstreckt. Bei der Bohrung 59 handelt es sich um eine Sackbohrung, die zu dem brennraumfernen, kegelstumpfartigen Ende der Düsennadel 8 hin geöffnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass es unempfindlich gegen mechanisches Einlaufen ist.
- Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Nut 61 anstatt in der brennraumfernen Stirnfläche 54 der Düsennadel 8 in der gegenüberliegenden Fläche 62 des Ventilkörpers 3 ausgespart. Die Nut 61 hat die gleiche Funktion wie die Nuten 54 und 55 bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Claims (15)
- Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der ein Injektorgehäuse (1) mit einem Kraftstoffzulauf (21) aufweist, der mit einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher außerhalb des Injektorgehäuses (1) und über einen Düsenfederraum (20) mit einem Druckraum (24) innerhalb des Injektorgehäuses (1) in Verbindung steht, aus dem mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils (33) eingespritzt wird, das dafür sorgt, dass eine in einer Längsbohrung (6) des Injektors axial gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder (19), die in dem Düsenfederraum (20) aufgenommen ist, hin und her bewegbare Düsennadel (8) von einem Sitz abhebt, wenn der Druck in dem Druckraum (24) größer als der Druck in einem Steuerraum (30) ist, der über eine Zulaufdrossel (31, 38, 39) mit dem Kraftstoffzulauf verbunden ist, wobei der Steuerraum (30) von einer Hülse (28) begrenzt ist, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8) verschiebbar ist und mit Hilfe der Düsenfeder (19) in Anlage an das Injektorgehäuse (1) gehalten wird, wobei die Düsennadel (8) drei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern (d1, d2, d3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (8) in ihrem Bereich mit dem größten als Führungsdurchmesser ausgebildeten Durchmesser (d2) in einem Düsenkörper (2) zwischen dem Düsenfederraum (20) und dem Druckraum (24) geführt ist.
- Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Fläche der Hülse (28), die sich in Anlage an dem Injektorgehäuse (1) befindet, eine Beißkante (29) ausgebildet ist.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (d3) der Hülse (28) kleiner als der Führungsdurchmesser (d2) an der Düsennadel (8) ist.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenfederraum (20) über eine Bohrung (23) mit dem Druckraum (24) in Verbindung steht.
- Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (8) zwischen dem Düsenfederraum (20) und dem Druckraum (24) mindestens eine ebene Fläche (36) ausgebildet ist, an der vorbei Kraftstoff von dem Düsenfederraum (20) in den Druckraum (24) gelangen kann.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (31, 38, 39) in die Hülse (28), die Düsennadel (8) oder das Injektorgehäuse (1) integriert ist.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (28) an ihrem brennraumfernen Ende einen Bund (29) aufweist.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehendne Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsennadel (8) eine Stufe ausgebildet ist, die einen Anschlag für einen Federteller (26) bildet.
- Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsennadel (8) eine Umfangsnut ausgespart ist, in der sich ein Haltering (42, 46) abstützt, der einen Anschlag für einen Federteller (26) bildet.
- Common-Rail-Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (46) zweiteilig ist und in zusammengebautem Zustand durch den Federteller (26) fixiert wird.
- Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H2) durch den Abstand zwischen der Hülse (28) und dem Federteller (26) definiert ist.
- Common-Rail-Injektor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H2) und die Düsenfedervorspannung mit Hilfe von Distanzelementen (50, 51) einstellbar sind, die zwischen dem Federteller (26) und dem Anschlag für den Federteller bzw. zwischen der Düsenfeder (19) und den Widerlagern für die Düsenfeder (19) angeordnet sind.
- Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelhub (H1) durch den Abstand zwischen der brennraumfernen Stirnfläche (54) der Düsennadel (8) und dem Injektorgehäuse (1) definiert ist.
- Common-Rail-Injektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der brennraumfernen Stirnfläche (54) der Düsennadel (8) und/oder in der gegenüberliegenden Fläche (62) des Injektorgehäuses (1) Ausnehmungen (55, 56; 61) vorgesehen sind, deren Abmessungen an das Volumen des Steuerraums (30) angepasst sind.
- Common-Rail-Injektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der brennraumfernen Stirnfläche (54) der Düsennadel (8) mindestens eine axiale Bohrung (58) vorgesehen ist, die mit mindestens einer radialen Bohrung (59) in der Düsennadel (8) in Verbindung steht.
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