EP1304476B1 - Hochdruckfester Injektorkörper - Google Patents
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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
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
Definitions
- the invention relates to an injector body for a fuel injection system, wherein the injector body has a substantially cylindrically configured valve chamber into which fuel can be introduced under high pressure via an inlet bore, which opens into an inlet opening in the valve chamber.
- an injector for a fuel injection system is known.
- the injector has a substantially cylindrically shaped valve space.
- this fuel can be introduced at high pressure via an inlet bore, which opens into an inlet opening in the valve chamber.
- the valve space at least in the region of the inlet opening in the circumferential direction adjacent to the inlet opening on a bulge of its cross section in order to improve the high pressure resistance of the injector.
- Such injector bodies for fuel injection systems have a substantially cylindrically shaped valve space, in the wall of which the inlet opening of an inlet bore comes to lie.
- the inlet bore is in turn connected to a pressure connection in which the supply line for fuel under high pressure flows from a high-pressure accumulation chamber.
- the high pressure resistance of the injector body depends decisively on the geometry of the inlet area.
- the intersection of the inlet bore with the valve chamber represents the most heavily loaded point.
- One of the parameters here is the inlet angle of the inlet bore of the High-pressure accumulator (common rail) in the injector body. If this angle between the center axis of the inlet bore and the longitudinal axis of the valve chamber is approximately 90 °, the stresses in the intersection area can be kept low.
- the installation conditions on the cylinder head of an internal combustion engine does not always allow entry angle of 90 °.
- the main stress of the point of intersection is caused by the applied internal pressure. Under this internal pressure, the notch effect of the inlet bore in the intersection of the holes leads to high local stress concentrations in the circumferential direction of the valve chamber. Even with an optimum angle of entry, the tensile stresses mentioned are the limiting factor for the high-pressure strength of the injector body.
- the valve space at least in the area of the inlet opening of the inlet bore to the valve space, in the circumferential direction adjacent to this inlet opening, has a bulge in the cross section.
- both sides of the inlet opening in the valve chamber to an increase in volume.
- the valve chamber deformed in the intersection of the holes under internal pressure such that it is due to the greater curvature in the field of high-pressure intersection to a superposition of Bending pressure and circumferential tensile stresses comes, which in turn reduces the notch tensile stresses in the intersection of the two holes (inlet bore and valve space bore).
- the bulges of the valve space cross-section proposed according to the invention are advantageously in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the valve space. In the longitudinal direction of the valve chamber, the bulge extends at least over the region of the inlet opening. For inlet angles other than 90 °, it may be advantageous to orient the plane in which the bulges lie in the same way as the inlet bore, so that the center line of the inlet bore extends through this plane. In most cases, however, it is sufficient and simpler to produce the bulges in cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the valve chamber.
- the generally cylindrically shaped valve spaces thus have a circular cross-section (perpendicular to the longitudinal axis of the valve space).
- the bulges according to the invention run in the region of the inlet opening of the inlet bore in the circumferential direction of the valve chamber adjacent to the inlet opening, so that the bulges lead to a deviation from the circular cross section. It has been found that a large increase in strength occurs when a bulge extends at least up to a plane through the Inlet opening and runs parallel to the longitudinal axis of the valve chamber. According to the bulges are arranged symmetrically to the inlet opening. If the bulges extend beyond the said plane, the bending compressive stresses arising under internal pressure in the region of the inlet opening can compensate the occurring notched tensile stresses even better.
- the bulges proposed according to the invention extend to the abovementioned plane which runs parallel to the longitudinal axis of the valve space and through the inlet opening, it is advantageous if the valve space cross section is continued uniformly up to the said plane, wherein the Diameter then the maximum diameter of the valve chamber can correspond. In such an embodiment has been found that a further increase in strength can be achieved when the inlet bore is eccentric with respect to the valve space.
- the essential structure of an injector body 1 shows Fig. 1 in a section through the longitudinal axis of the injector body. 1
- the injector body 1 comprises a substantially cylindrical valve chamber 3, in whose wall there is an inlet opening 7 for the supply of fuel under high pressure. This inlet opening 7 forms the mouth of the inlet bore 2 in the valve chamber 3.
- the inlet bore 2 leads to the pressure port 5, to which the high-pressure accumulator (common rail) is connected.
- the injector body in turn has an internal thread 4 for connection to the injection system.
- the inlet angle ie the angle between the longitudinal axis of the valve chamber 3 and the center axis of the inlet bore 2, is shown in the illustration Fig. 1 Although less than 90 °, but is still in the range above 75 °, ie in an area in which a voltage-reducing effect is given by the inlet angle.
- Fig. 2 A is highly schematic of an inventive injector body 1 in the same way as from Fig. 1 shown. Identical elements are provided with the same reference numerals.
- the inlet bore 2 leads here at right angles to the valve chamber 3 of the injector body 1.
- Fig. 2 A are lying in the plane perpendicular to the plane lying bulges 8 of the valve chamber cross section due to the representation hardly recognizable.
- the in Fig. 2 B shown section along the line AA Fig. 2 A in a clear way, the bulges 8 according to the invention on both sides of the inlet opening 7 of the inlet bore 2.
- the bulges 8 of the valve chamber cross-section are formed in this example symmetrical to the inlet opening 7 and are guided far to the rear in the direction of inlet bore. How out Fig. 2 B can be seen, the bulges 8 change the cross section of the valve chamber 3 at least in the region of the inlet opening 7 such that the originally circular cross section is maintained only in the inlet opening 7 opposite half of the valve chamber 3, while in the other half of the valve chamber with a maximum diameter to to a plane 9 which is parallel to the longitudinal axis 10 of the valve chamber 3 and extends through the inlet opening 7, and further comprises two symmetrical to the center line of the inlet bore 2 and behind the plane 9 recesses.
- the bulges 8 shown lead to a deformation of the valve chamber 3 under internal pressure with a Formation of bending compressive and circumferential tensile stresses in the region of the bulges 8, which reduce the notch tensile stresses in the intersection region 6. Overall, there is thus a partial compensation of the occurring voltages, so that the maximum voltage in the intersection region 6 is reduced.
- Fig. 2C shows a section along the line BB Fig. 2 B ,
- the bulges 8 concentrate on the region of the inlet opening 7 and decrease on both sides in the longitudinal direction of the valve chamber 3 again, so that the valve chamber 3 assumes its original cylindrical shape there again ,
- FIG. 3 Another embodiment of the invention is in Fig. 3 shown schematically. Again, the valve chamber 3 on the bulge 8 on both sides of the inlet opening 7, so that a total of a symmetrical cross-section of the valve interior 3 is formed, in which case a broadening of the original circular cross-section to a constant diameter section corresponding to that of the circular valve chamber 3, takes place to the level 9, which is parallel to the longitudinal axis 10 of the valve chamber 3 and through the inlet opening 7.
- the eccentric arrangement of the inlet bore 2 has proven itself in this embodiment as a further strength-increasing measure.
- valve space cross sections in the area of the inlet opening can be specified by the invention, which leads to a reduction of the occurring stresses in the intersection area and thus to an increase of the high pressure resistance of the Injector body lead. Especially with Hochdruckkraftstoffinjektoren can thus achieve good results.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Injektorkörper für ein Kraftstoffeinspritzsystem, wobei der Injektorkörper einen im wesentlichen zylindrisch ausgestalteten Ventilraum aufweist, in den über eine Zulaufbohrung, die in einer Zulauföffnung im Ventilraum mündet, Kraftstoff unter Hochdruck einleitbar ist.
- Aus der
EP-A-0 449 662 und derEP-A-0 717 227 ist jeweils ein Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt. Der Injektor weist einen im wesentlichen zylindrisch geformten Ventilraum auf. In diesen ist über eine Zulaufbohrung, die in einer Zulauföffnung in den Ventilraum mündet, Kraftstoff unter Hochdruck einleitbar. Dabei weist der Ventilraum zumindest im Bereich der Zulauföffnung jeweils in Umfangsrichtung benachbart zur Zulauföffnung eine Ausbuchtung seines Querschnitts auf, um die Hochdruckfestigkeit des Injektors zu verbessern. - Derartige Injektorkörper für Kraftstoffeinspritzsysteme besitzen einen im wesentlichen zylindrisch ausgeformten Ventilraum, in dessen Wandung die Zulauföffnung einer Zulaufbohrung zu liegen kommt. Die Zulaufbohrung steht ihrerseits mit einem Druckanschluß in Verbindung, an dem die Zuleitung für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff aus einem Hochdrucksammelraum mündet. Die Hochdruckfestigkeit des Injektorkörpers hängt von der Geometrie des Zulaufbereichs entscheidend ab. Die Verschneidung der Zulaufbohrung mit dem Ventilraum stellt die höchstbelastete Stelle dar. Einer der Parameter ist hier der Einlaufwinkel der Zulaufbohrung vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) in den Injektorkörper. Beträgt dieser Winkel zwischen Mittelachse der Zulaufbohrung und Längsachse des Ventilraums etwa 90°, können die Beanspruchungen im Verschneidungsbereich gering gehalten werden. Die Einbauverhältnisse am Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine erlaubt jedoch nicht immer Einlaufwinkel von 90°.
- Die Hauptbeanspruchung der Verschneidungsstelle wird durch den anliegenden Innendruck hervorgerufen. Unter diesem Innendruck führt die Kerbwirkung der Zulaufbohrung im Verschneidungsbereich der Bohrungen zu hohen lokalen Kerbzugspannungen in Umfangsrichtung des Ventilraumes. Auch bei optimalem Einlaufwinkel sind die genannten Zugspannungen der begrenzende Faktor für die Hochdruckfestigkeit des Injektorkörpers.
- Es stellt sich folglich das Problem, die Kerbzugspannungen in Umfangsrichtung des Ventilraumes bei einem gattungsgemäßen Injektorkörper herabzusetzen, um diesen für höhere Druckbelastungen auslegen zu können.
- Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weist der Ventilraum zumindest im Bereich der Zulauföffnung der Zulaufbohrung zum Ventilraum jeweils in Umfangsrichtung benachbart zu dieser Zulauföffnung eine Ausbuchtung des Querschnitts auf. Somit kommt es beiderseits der Zulauföffnung im Ventilraum zu einer Volumenvergrößerung. Hierdurch verformt sich der Ventilraum im Verschneidungsbereich der Bohrungen unter Innendruck derart, daß es durch die stärkere Krümmung im Bereich der Hochdruckverschneidung zu einer Überlagerung von Biegedruck- und Umfangszugspannungen kommt, welche wiederum die Kerbzugspannungen im Verschneidungsbereich der beiden Bohrungen (Zulaufbohrung und Ventilraumbohrung) verringert.
- Erfindungsgemäß sind hierbei zu beiden Seiten der Zulauföffnung symmetrisch geformte Ausbuchtungen. Durch diese Symmetrie können sich auftretende Spannungen optimal kompensieren.
- Beträgt der Einlaufwinkel (Winkel zwischen der Mittelachse der Zulaufbohrung und der Längsachse des Ventilraums) 90°, liegen die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbuchtungen des Ventilraumquerschnitts vorteilhafterweise in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Ventilraums. In Längsrichtung des Ventilraums erstreckt sich die Ausbuchtung zumindest über den Bereich der Zulauföffnung. Bei anderen Einlaufwinkeln als 90°, kann es vorteilhaft sein, die Ebene, in der die Ausbuchtungen liegen, in gleicher Weise wie die Zulaufbohrung zu orientieren, so daß die Mittellinie der Zulaufbohrung durch diese Ebene verläuft. Meist ist es jedoch ausreichend und herstellungstechnisch einfacher, die Ausbuchtungen im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Ventilraums anzubringen.
- Die in den meisten Fällen zylindrisch geformten Ventilräume besitzen demgemäß einen kreisförmigen Querschnitt (senkrecht zur Längsachse des Ventilraums). Die erfindungsgemäßen Ausbuchtungen verlaufen im Bereich der Zulauföffnung der Zulaufbohrung jeweils in Umfangsrichtung des Ventilraums benachbart zur Zulauföffnung, so daß die Ausbuchtungen zu einem Abweichen vom kreisförmigen Querschnitt führen. Es hat sich gezeigt, daß eine große Festigkeitssteigerung eintritt, wenn eine Ausbuchtung sich mindestens bis zu einer Ebene erstreckt, die durch die Zulauföffnung sowie parallel zur Längsachse des Ventilraums verläuft. Erfindungsgemäß sind die Ausbuchtungen symmetrisch zur Zulauföffnung angeordnet. Erstrecken sich die Ausbuchtungen über die genannte Ebene hinaus, so können die unter Innendruck entstehenden Biegedruckspannungen im Bereich der Zulauföffnung die auftretenden Kerbzugspannungen noch besser kompensieren.
- In einer Ausgestaltung, bei der die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbuchtungen sich bis zu der obengenannten Ebene, die parallel zur Längsachse des Ventilraums und durch die Zulauföffnung hindurch verläuft, erstrecken, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilraumquerschnitt gleichmäßig bis zu der genannten Ebene fortgeführt wird, wobei der Durchmesser dann dem maximalen Durchmesser des Ventilraums entsprechen kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung hat sich gezeigt, daß eine weitere Festigkeitssteigerung erzielt werden kann, wenn die Zulaufbohrung exzentrisch in bezug auf den Ventilraum verläuft.
- Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
-
- Fig. 1
- den Schnitt durch die Längsachse eines Injektorkörpers für ein Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem,
- Fig. 2 A
- einen erfindungsgemäßen Injektorkörper in stark schematisierter Form im Längsschnitt,
- Fig. 2 B
- den Schnitt durch die Linie A-A aus
Fig. 2 A , - Fig. 2 C
- den Schnitt durch die Linie B-B aus
Fig. 2 B und - Fig. 3
- eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektorkörpers in der gleichen Darstellung wie
Fig. 3 . - Den wesentlichen Aufbau eines Injektorkörpers 1 zeigt
Fig. 1 in einem Schnitt durch die Längsachse des Injektorkörpers 1. - Der Injektorkörper 1 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Ventilraum 3, in dessen Wandung sich eine Zulauföffnung 7 für die Zuleitung von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befindet. Diese Zulauföffnung 7 bildet die Mündung der Zulaufbohrung 2 in den Ventilraum 3. Die Zulaufbohrung 2 führt zum Druckanschluß 5, an den sich der Hochdrucksammelraum (Common Rail) anschließt. Der Injektorkörper weist seinerseits ein Innengewinde 4 zum Anschluß an das Einspritzsystem auf.
- Im Verschneidungsbereich 6 der Zulaufbohrung 2 zum Ventilraum 3 kommt es aufgrund der hohen Kraftstoffdrücke zu starken Belastungen. Bei hohen Innendrücken führt die Kerbwirkung der Zulaufbohrung 2 im Verschneidungsbereich 6 zu hohen lokalen Kerbzugspannungen in Umfangrichtung des Ventilraums 3, so daß die Gefahr von Rissbildung besteht. Sich ausbildende Risse führen letztendlich zu einem Ausfall des Injektors. Der Einlaufwinkel, also der Winkel zwischen Längsachse des Ventilraums 3 und Mittelachse der Zulaufbohrung 2, beträgt in der Darstellung nach
Fig. 1 zwar weniger als 90°, liegt jedoch noch im Bereich oberhalb 75°, also in einem Bereich, in dem eine spannungsreduzierende Wirkung durch den Einlaufwinkel gegeben ist. - In
Fig. 2 A ist stark schematisiert ein erfindungsgemäßer Injektorkörper 1 in der gleichen Betrachtungsweise wie ausFig. 1 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zulaufbohrung 2 führt hier im rechten Winkel zum Ventilraum 3 des Injektorkörpers 1. In der Darstellung derFig. 2 A sind die in der Ebene senkrecht zur Zeichenebene liegenden Ausbuchtungen 8 des Ventilraumquerschnitts aufgrund der Darstellungsart kaum erkennbar. Hingegen zeigt der inFig. 2 B dargestellte Schnitt entlang der Linie A-A ausFig. 2 A in klarer Weise die erfindungsgemäßen Ausbuchtungen 8 zu beiden Seiten der Zulauföffnung 7 der Zulaufbohrung 2. Die Ausbuchtungen 8 des Ventilraumquerschnitts sind in diesem Beispiel symmetrisch zur Zulauföffnung 7 ausgebildet und sind weit nach hinten in Richtung Zulaufbohrung geführt. Wie ausFig. 2 B ersichtlich, verändern die Ausbuchtungen 8 den Querschnitt des Ventilraums 3 zumindest im Bereich der Zulauföffnung 7 dergestalt, daß der ursprünglich kreisförmige Querschnitt nur noch in der der Zulauföffnung 7 gegenüberliegenden Hälfte des Ventilraums 3 beibehalten wird, während in der anderen Hälfte der Ventilraum mit maximalem Durchmesser bis zu einer Ebene 9, die parallel zur Längsachse 10 des Ventilraums 3 und durch die Zulauföffnung 7 verläuft, fortgeführt wird und darüber hinaus zwei symmetrisch zur Mittellinie der Zulaufbohrung 2 und hinter der Ebene 9 liegende Einbuchtungen aufweist. - Die dargestellten Ausbuchtungen 8 führen zu einer Verformung des Ventilraums 3 unter Innendruck mit einer Ausbildung von Biegedruck- und Umfangszugspannungen im Bereich der Ausbuchtungen 8, die die Kerbzugspannungen im Verschneidungsbereich 6 verringern. Insgesamt kommt es also zu einer teilweisen Kompensation der auftretenden Spannungen, so daß die Maximalspannung im Verschneidungsbereich 6 reduziert wird.
-
Fig. 2 C zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B ausFig. 2 B . Hieraus ergibt sich der Verlauf der Ausbuchtungen 8 in Längsrichtung des Ventilraums 3. Die Ausbuchtungen 8 konzentrieren sich auf den Bereich der Zulauföffnung 7 und nehmen zu beiden Seiten in Längsrichtung des Ventilraums 3 wieder ab, so daß der Ventilraum 3 dort seine ursprüngliche zylinderförmige Gestalt wieder einnimmt. - Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in
Fig. 3 schematisch dargestellt. Auch hier weist der Ventilraum 3 Ausbuchtung 8 zu beiden Seiten der Zulauföffnung 7 auf, so daß insgesamt ein symmetrischer Querschnitt des Ventilinnenraums 3 entsteht, wobei hier eine Verbreiterung des ursprünglich kreisförmigen Querschnitts auf einen Querschnitt mit konstantem Durchmesser, der dem des kreisförmigen Ventilraums 3 entspricht, bis zu der Ebene 9 stattfindet, die parallel zur Längsachse 10 des Ventilraums 3 und durch die Zulauföffnung 7 verläuft. Die exzentrische Anordnung der Zulaufbohrung 2 hat sich bei diesem Ausführungsbeispiel als weitere festigkeitssteigernde Maßnahme bewährt. - Insgesamt können durch die Erfindung verschiedene Geometrien von Ventilraumquerschnitten im Bereich der Zulauföffnung angegeben werden, die zu einer Verminderung der auftretenden Spannungen im Verschneidungsbereich und somit zu einer Steigerung der Hochdruckfestigkeit des Injektorkörpers führen. Insbesondere bei Hochdruckkraftstoffinjektoren lassen sich damit gute Erfolge erzielen.
Claims (4)
- Injektorkkörper für ein Kraftstoffeinspritzsystem, wobei der Injektorkörper (1) einen im wesentlichen zylindrisch geformten Ventilraum (3) aufweist, in den über eine Zulaufbohrung (2), die in einer Zulauföffnung (7) im Ventilraum (3) mündet, Kraftstoff unter Hochdruck einleitbar ist, wobei der Ventilraum (3) zumindest im Bereich der Zulauföffnung (7) jeweils in Umfangsrichtung benachbart zur Zulauföffnung (7) eine Ausbuchtung (8) seines Querschnitts aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ausbuchtungen (8) sich symmetrisch zur Mittelinie der Zulaufbohrung (2) und gleichmäßig bis zu einer parallel zu einer Längsachse (10) des Ventilraums (3) und durch die Zulauföffnung (7) hindurch verlaufenden Ebene (9) oder darüber hinaus erstrecken, so dass die Breite des Ventilraumquerschnitts im Bereich der Ausbuchtungen (8) dem Innendurchmesser des zylindrischen Ventilraums (3) entspricht.
- Injektorkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausbuchtung (8) über die Ebene (9), die parallel zur Längsache (10) des Ventilraums (3) und durch die Zulauföffnung (7) hinaus erstreckt.
- Injektorkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrung (2) exzentrisch zum Ventilraum (3) angeordnet ist.
- Injektorkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung des Ventilraums (3) über den Bereich der Zulauföffnung (7) die Ausbuchtungen (8) zu eine konstanten Querschnittserweiterung des Ventilraums (3) führen.
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