EP1574701A1 - Common rail injector - Google Patents

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EP1574701A1
EP1574701A1 EP05100202A EP05100202A EP1574701A1 EP 1574701 A1 EP1574701 A1 EP 1574701A1 EP 05100202 A EP05100202 A EP 05100202A EP 05100202 A EP05100202 A EP 05100202A EP 1574701 A1 EP1574701 A1 EP 1574701A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail injector
common rail
injection
injector
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05100202A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Maier
Stefan Haug
Juergen Keinath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a common rail injector for a fuel injection system an internal combustion engine, with an injector, with a in the injector by a piston guide guided valve piston, with an injection nozzle needle is in operative connection, and a control chamber volume, which through the valve piston is limited, and a drain channel and at least one inlet channel.
  • Such common rail injectors are known from DE 199 36 668 A1.
  • a high-pressure pump delivers the fuel into the central high-pressure accumulator (Common rail).
  • High pressure accumulator high pressure lines lead to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders.
  • the injectors will be individually controlled by the engine electronics.
  • the rail pressure is in the pressure chamber and on the control valve. When the control valve opens, gets high pressure acted upon fuel at the lifted against the biasing force of the nozzle spring Nozzle needle passing in the combustion chamber.
  • the control room is here from one Sleeve limited, the sealing effect at the combustion chamber remote end of the nozzle needle is displaceable and with the help of the nozzle spring in contact with the injector is held.
  • a disadvantage of the common-rail injectors described above is that these either in the low volume range, a plateau in the characteristic curve, or, if so is not the case, over the entire tonnage range, especially in the Applied full load amount have a full ballistic history.
  • a common rail injector for a fuel injection system of an internal combustion engine which is an injector housing, a valve piston guided in the injector housing by a piston guide, which is in operative connection with an injection nozzle needle, and a control chamber volume, which is bounded by the valve piston, and a drain channel and Has at least one inlet channel, in the open state, the stroke of the valve piston on, the combustion chamber facing away from the end of the valve piston by a stroke stop is limited in the region of the drainage channel. This will be a limit the injection quantity, especially in the full load range, which in particular benefits in terms of quantity dispersion.
  • valve piston may be one opposite the diameter the valve piston tapered piston tip, in the open state stops the stroke stop.
  • the Piston tip at the end of a conical surface creating a better flow around is possible.
  • Such a valve piston can be made simply and very precisely as a turned part. Additional milling operations can be omitted.
  • the drainage channel has a throttle at which in the Area of the confluence into the control room volume separated by a paragraph followed by the diameter-expanded section.
  • the diameter of the extended Section is smaller than the diameter of the piston tip, causing the stroke stop is trained.
  • a valve seat In conjunction with the conical surface of the piston tip is reached a valve seat.
  • the stroke stop of the drainage channel at the transition of the extended section to the control room volume a conical surface which prevents sharp transitions in this area particularly positive on the outflow behavior of the fuel, especially in terms Material load and noise reduction effect.
  • the hub of the valve piston by the distance between the stroke stop and the conical surface be defined, whereby a narrow tolerance field is made possible.
  • the conical surface of the piston tip and the conical surface of the drainage channel can in preferred embodiment be designed such that in the direction of the throttle an acute tapered space is included.
  • a liquid cushion be formed, resulting in a quasi-mechanical stroke stop.
  • This results in a maximum valve lift which, depending on the geometry of the Control chamber volume, the map injection quantity vs. Injection time depending the injection pressure determined. To this is achieved by this embodiment, that the valve piston is centered with its piston tip.
  • a common rail injector having at least one of the above features has a characteristic curve injection quantity vs. Injection time for the total pressure range, which is largely in the range of the smallest quantities plateauless, steadily increasing course has. This can be in the smallest amount achieved as a result of the linear course of the characteristic zero-quantity calibration What, for example, in connection with a fast-opening 2-piece Armature assembly and a coordinated control room volume allows becomes.
  • the common rail injector also has a, im Range of large injection quantities (full load operation) compared to average injection quantities (Partial load operation) flattened characteristic curve injection quantity vs. Injection time on what quantity discrepancies in the injected quantity in the range of large quantities reduced at full load.
  • Fig. 1 shows schematically a section of a common rail injector 1 for a Fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the common-rail injector points an injector housing 10, with a in the injector 10 by a piston guide 60 guided valve piston 30, which in the lower area with a not shown here Injection nozzle needle 31 is in operative connection, which is an injection valve for Combustion chamber closes.
  • a control chamber volume 40 limited, which has at least one inlet channel 61.
  • valve ball 50 Above the drainage channel 20, this is closed by a valve ball 50. Above the valve ball 50 are not visible here, a magnet with an armature assembly, especially in 2-part design, arranged by spring force the valve ball 50 acts and presses it against a tapered sealing surface. By driving the magnet, the armature is raised so that the valve ball 50 an outflow cross section on the drain passage 20 releases, by the control room volume 40 can drain a certain amount of fuel. The pressure in the control room 40 thereby drops, so that the valve piston 30 is due to the imbalance in the forces acting on the valve piston 30 upwards in the direction Flow channel 20 can move. The injection nozzle needle 31 thus opens the injection valve and injects a certain amount of fuel into the combustion chamber. This Operation describes the basic function of the common-rail injector 1 as it comes from State of the art is known.
  • the stroke of the valve piston 30 on, the combustion chamber remote from the end of the valve piston 30 through a stroke stop 24 is limited in the region of the discharge channel 20.
  • the valve piston 30 a with respect to the diameter the valve piston 30 tapered piston tip 32, which in the open state stops the stroke stop 24.
  • the piston tip 32 has at its end a Cone surface 33.
  • the outlet channel 20 has a throttle 21, at which in the region of the junction in the control room volume 40 by a paragraph 22 separated in diameter extended section connects.
  • the diameter of the extended section is smaller than the diameter of the piston tip 32, causing the stroke stop 24 trains.
  • FIG Stroke stop 24 at the outlet channel 20 at the transition of the extended section to Control chamber volume 40 a conical surface 23 in the manner that the conical surface 33rd the piston tip 32 and the conical surface 23 of the flow channel 20 in a direction the throttle 21 includes an acute-angled gap.
  • Fig. 2 shows the details described above schematically in an enlarged Presentation.
  • Fig. 3 shows a typical characteristic curve injection quantity vs. Injection time according to the prior art. These are in the range of the smallest quantities Plateau up, which means that in this area is not a linear relationship between injection time and resulting injection quantity is what a Zero quantity calibration is difficult.
  • Common Rail injectors 1 first an area stronger slope between injection quantity and injection time. This ballistic said area then buckles and goes into a non-ballistic, flatter course above.
  • characteristic curves which in the smallest quantity range no plateaus but at larger injection rates throughout the work area, and so that even with the applied full load quantity a ballistic course with the in Have described prior art disadvantages.
  • FIG. 4 shows the characteristic curve injection quantity vs. Injection time at one Common rail injector 1 according to the preferred embodiment, which in Fig. 1 and 2 has been described.
  • Characteristic here is that the characteristic curve injection quantity vs.. Injection time for the entire pressure range in the range of the smallest quantities a largely plateauless, steadily increasing course has.
  • In the area of large injection quantities (Full load operation) have the characteristics one over average injection quantities (Partial load operation) flattened course (non-ballistic).
  • Ballistic In between run the characteristics, depending on the injection pressure, ballistic. This comes about because in This range of the characteristic not only the pressure increase in the fuel, but also over the injection time larger injection cross sections occur.
  • the location of the "Kinking range" in the characteristic curve at the transition from the ballistic into the not Ballistic area is in particular by the valve lift 41 of the valve piston 30th established.
  • the quasi mechanical stroke stop 24 is characterized by a hydraulic Cushion formed, which from the outflowing fuel between the Cone surfaces 23, 33 of the drain channel 20 and the piston tip 32 results. This Upholstery has a very small thickness close to zero.

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Abstract

The common rail fuel injector (1) is used in the engine of a road vehicle. It has a tapered cylinder (60) fitting inside an injector housing (10). It has a cylindrical bore accommodating a piston (30). The conical upper end of the piston (32,33) fits into a conical valve seat connected to a channel (20,21) with a ball valve (50) at the top.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Common-Rail Injektor für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse, mit einem im Injektorgehäuse durch eine Kolbenführung geführten Ventilkolben, der mit einer Einspritzdüsennadel in Wirkverbindung steht, und einem Steuerraumvolumen, welches durch den Ventilkolben begrenzt ist, und einem Ablaufkanal und mindestens einem Zulaufkanal.The invention relates to a common rail injector for a fuel injection system an internal combustion engine, with an injector, with a in the injector by a piston guide guided valve piston, with an injection nozzle needle is in operative connection, and a control chamber volume, which through the valve piston is limited, and a drain channel and at least one inlet channel.

Solche Common - Rail Injektoren sind aus der DE 199 36 668 A1 bekannt. Darin fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen Hochdruckspeicher (Common - Rail). 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. Der Steuerraum ist hier von einer Hülse begrenzt, die unter Dichtwirkung an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel verschiebbar ist und mit Hilfe der Düsenfeder in Anlage an das Injektorgehäuse gehalten wird.Such common rail injectors are known from DE 199 36 668 A1. In this a high-pressure pump delivers the fuel into the central high-pressure accumulator (Common rail). From the high pressure accumulator high pressure lines lead to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders. The injectors will be individually controlled by the engine electronics. The rail pressure is in the pressure chamber and on the control valve. When the control valve opens, gets high pressure acted upon fuel at the lifted against the biasing force of the nozzle spring Nozzle needle passing in the combustion chamber. The control room is here from one Sleeve limited, the sealing effect at the combustion chamber remote end of the nozzle needle is displaceable and with the help of the nozzle spring in contact with the injector is held.

Aus der DE 101 23 526 A1 ist bekannt, dass sich der Düsennadelhub durch den Abstand zwischen Hülse und einem Absatz in der Düsennadel definiert. Dieser Absatz bildet auch gleichzeitig den Anschlag der Düsennadel, wodurch der Hub exakt nachvollziehbar ist und ein hydraulisches Festkleben der Düsennadel vermieden wird. Um ein möglichst lineares Kraftstoffmengenkennfeld zu erzielen, ist es von Vorteil, den Düsennadelhubanschlag nicht rein hydraulisch zu realisieren. Bei rein hydraulischem Hubanschlag kann die Düsennadel auf einem Druckpolster schweben, was zu Schwingungen der Düsennadel führt und als Ergebnis nichtlineare Mengenkennfelder hervorbringt. Bei einem rein mechanischen Anschlag wird dieser Nachteil zwar vermieden, jedoch ist dafür eine etwas größere Steuermenge erforderlich, was sich ungünstig auf den Wirkungsgrad des Injektors auswirkt. Hier musste also ein Kompromiß gefunden werden, der beide negativen Auswirkungen minimiert.From DE 101 23 526 A1 it is known that the nozzle needle stroke by the distance defined between the sleeve and a shoulder in the nozzle needle. This paragraph also forms the stop of the nozzle needle at the same time, making the stroke exactly traceable is and a hydraulic sticking of the nozzle needle is avoided. Around To achieve a linear fuel quantity map as possible, it is advantageous to the No need to hydraulically realize the nozzle needle stroke stop. For purely hydraulic Stroke stop, the nozzle needle can float on a pressure pad, resulting in Vibrations of the nozzle needle leads and as a result non-linear quantity maps produces. In a purely mechanical stop this disadvantage is indeed avoided, but it requires a slightly larger amount of tax, which is unfavorable effect on the efficiency of the injector. So here was a compromise be found, which minimizes both negative effects.

Aus der DE 197 24 637 A1 ist bekannt, dass relativ lange Düsennadeln zum Einsatz gelangen. Im Betrieb wirken auf die Düsennadeln 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.From DE 197 24 637 A1 it is known that relatively long nozzle needles are used reach. In operation, the nozzle needles act due to the high pressures and the fast load changes very large forces. These forces cause the nozzle needle stretched and compressed in the longitudinal direction. That in turn means that the nozzle needle lift in function of the force acting on the nozzle needle Powers varies.

Wie in der DE 101 54 576 C1 beschrieben, beschreibt die innerhalb des Injektorkörpers bzw. vom Düsenkörper umschlossene Düsennadel im Teillastbereich ballistische Kurven, wobei die Düsennadel nicht bis zu ihrem Anschlag gelangt. Dadurch kommt es zu erheblichen Mengenstreuungen des eingespritzten Kraftstoffs. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Injektor, wie in der DE 101 57 872 C1 beschrieben, hinsichtlich seines Einspritzmengenverhältnisses im wesentlich stabileren nichtballistischen Betrieb arbeitet. Der Ausdruck nichtballistisch bezeichnet dabei einen stabilen Betriebszustand, da die Düsennadel ihren Endhub erreicht hat und keine undefinierten Teilhubzustände auftreten. Der nichtballistische Betrieb eines Common - Rail Injektors ermöglicht einen wesentlich stabileren Betrieb hinsichtlich seines Einspritzmengenverhaltens. Die Hubschwankungen der Einspritzmenge werden drastisch herabgesetzt, so dass eine Drift der Einspritzmenge über die Lebensdauer des Injektors wirksam vermieden werden kann.As described in DE 101 54 576 C1 describes that within the injector body or nozzle nozzle enclosed by the nozzle needle in the partial load range ballistic Curves, whereby the nozzle needle does not reach its stop. Thereby there are significant quantities of the injected fuel. However, it is advantageous if the injector, as described in DE 101 57 872 C1, in terms of its injection quantity ratio in the much more stable non-ballistic Operation works. The term non-ballistic refers to one stable operating condition, since the nozzle needle has reached its final stroke and no Undefined Teilhubzustände occur. The non-ballistic operation of a common - Rail injector allows a much more stable operation in terms of its Injection quantity behavior. The Hubschwankungen the injection quantity dramatically reduced, allowing a drift in injection quantity over the lifetime of the injector can be effectively avoided.

Aus der EP 0 246 373 A1 ist ein Einspritzsystem bekannt, das durch axiale Verstellung des Hubanschlags einer Düsennadel unterschiedliche Einspritzquerschnitte für den Teillast- und den Volllastbereich realisiert. Bis auf den Maximalhub ist die Öffnungs- und Schließcharakteristik der Düsennadel für den Teillast- und Volllastbereich im Wesentlichen gleich, so dass diesbezüglich Kompromisse bei der Dimensionierung der Schließfeder und der Einspritzlöcher gemacht werden müssen. Dies beeinflußt die Gemischbildung und die Emissionen nachteilig.From EP 0 246 373 A1 an injection system is known, which by axial adjustment the stroke of a nozzle needle different injection cross sections for realized the partial load and full load range. Except for the maximum lift is the Opening and closing characteristics of the nozzle needle for the part-load and full-load range essentially the same, so compromises on dimensioning the closing spring and the injection holes must be made. This Affects the mixture formation and emissions adversely.

Nachteilig bei den oben beschriebenen Common-Rail Injektoren ist, dass diese entweder im Niedrigmengenbereich ein Plateau im Kennlinienverlauf, oder, falls dies nicht der Fall ist, über den gesamten Mengenbereich, insbesondere auch bei der applizierten Volllastmenge einen voll ballistischen Verlauf aufweisen.A disadvantage of the common-rail injectors described above is that these either in the low volume range, a plateau in the characteristic curve, or, if so is not the case, over the entire tonnage range, especially in the Applied full load amount have a full ballistic history.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Common-Rail Injektor bereit zustellen, der zum einen einen plateaulosen Kennlinienverlauf bei Kleinstmengen und zum anderen einen nicht ballistischen Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit im Volllastbetrieb ermöglicht.It is an object of the invention to provide a common rail injector ready to a plateauless characteristic curve with very small quantities and on the other a non-ballistic characteristic curve injection quantity vs. Injection time in full load operation allows.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass bei einem Common-Rail Injektor für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, welcher ein Injektorgehäuse, einen im Injektorgehäuse durch eine Kolbenführung geführten Ventilkolben, der mit einer Einspritzdüsennadel in Wirkverbindung steht, und ein Steuerraumvolumen, welches durch den Ventilkolben begrenzt ist, und einen Ablaufkanal und mindestens einen Zulaufkanal aufweist, im geöffneten Zustand der Hub des Ventilkolben am, dem Brennraum abgewandten Ende des Ventilkolbens durch einen Hubanschlag im Bereich des Ablaufkanals begrenzt ist. Dadurch wird eine Begrenzung der Einspritzmenge, insbesondere im Volllastbereich erreicht, was insbesondere Vorteile hinsichtlich der Mengenstreuung zur Folge hat. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf eine bessere Einhaltung der Abgasgrenzwerte im Neuzustand als auch über die Lebensdauer aus, und führt auch zu weniger Motorschäden im Volllastbetrieb. Weiterhin wird die Ausbeute bei der Herstellung infolge geringerer Toleranzen erhöht. Aufwendige Softwarefunktionen, die die großen Mengenstreuungen der Volllast beim vollballistischen Injektor korrigieren sollen, können wegfallen, welche zusätzliche Kosten und Fehlerpotenziale vermeiden.The object of the invention is achieved in that in a common rail injector for a fuel injection system of an internal combustion engine, which is an injector housing, a valve piston guided in the injector housing by a piston guide, which is in operative connection with an injection nozzle needle, and a control chamber volume, which is bounded by the valve piston, and a drain channel and Has at least one inlet channel, in the open state, the stroke of the valve piston on, the combustion chamber facing away from the end of the valve piston by a stroke stop is limited in the region of the drainage channel. This will be a limit the injection quantity, especially in the full load range, which in particular benefits in terms of quantity dispersion. This has a positive effect in particular to a better adherence to the emission limits in new condition as well as over the lifetime, and also leads to less engine damage in full load operation. Furthermore, the yield in the production is increased due to lower tolerances. Elaborate software features that reduce the large quantities of full load correct with the full ballistic injector can be omitted, what additional Avoid costs and potential mistakes.

In einer Ausführungsform kann der Ventilkolben eine gegenüber dem Durchmesser des Ventilkolbens verjüngte Kolbenspitze aufweisen, die im geöffneten Zustand an den Hubanschlag anschlägt. In besonders bevorzugter Ausführungsform weist die Kolbenspitze an deren Ende eine Konusfläche auf, wodurch eine bessere Umströmung ermöglicht wird. Gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere gegenüber der DE 101 23 526 A1, bei der die Stirnfläche beispielsweise Nutfräsungen aufweist, lässt sich ein derartiger Ventilkolben einfach und sehr präzise als Drehteil anfertigen. Zusätzliche Fräsbearbeitungsschritte können entfallen. Weiterhin lässt sich über die Konusfläche der Steuerraum sehr leicht abdichten.In one embodiment, the valve piston may be one opposite the diameter the valve piston tapered piston tip, in the open state stops the stroke stop. In a particularly preferred embodiment, the Piston tip at the end of a conical surface, creating a better flow around is possible. Compared to the prior art, especially opposite DE 101 23 526 A1, in which the end face has groove cuts, for example, Such a valve piston can be made simply and very precisely as a turned part. Additional milling operations can be omitted. Furthermore, can be about the Conical surface of the control room very easily seal.

In einer Ausführungsvariante besitzt der Ablaufkanal eine Drossel, an der sich im Bereich der Einmündung in das Steuerraumvolumen ein durch einen Absatz getrennter im Durchmesser erweiterter Abschnitt anschließt. Der Durchmesser des erweiterten Abschnitts ist kleiner als der Durchmesser der Kolbenspitze, wodurch der Hubanschlag ausgebildet ist. In Verbindung mit der Konusfläche der Kolbenspitze wird ein Ventilsitz erreicht. In one embodiment, the drainage channel has a throttle at which in the Area of the confluence into the control room volume separated by a paragraph followed by the diameter-expanded section. The diameter of the extended Section is smaller than the diameter of the piston tip, causing the stroke stop is trained. In conjunction with the conical surface of the piston tip is reached a valve seat.

In besonders bevorzugter Ausführungsform weist der Hubanschlag des Ablaufkanals am Übergang des erweiterten Abschnitts zum Steuerraumvolumen eine Konusfläche auf, was zum einen scharfe Übergänge in diesem Bereich verhindert, was sich besonders positiv auf das Ausströmverhalten des Kraftstoffes, insbesondere hinsichtlich Materialbelastung und Geräuschdämpfung auswirkt. Zum anderen kann der Hub des Ventilkolbens durch den Abstand zwischen dem Hubanschlag und der Konusfläche definiert sein, wodurch ein enges Toleranzfeld ermöglicht wird.In a particularly preferred embodiment, the stroke stop of the drainage channel at the transition of the extended section to the control room volume a conical surface which prevents sharp transitions in this area particularly positive on the outflow behavior of the fuel, especially in terms Material load and noise reduction effect. On the other hand, the hub of the valve piston by the distance between the stroke stop and the conical surface be defined, whereby a narrow tolerance field is made possible.

Die Konusfläche der Kolbenspitze und die Konusfläche des Ablaufkanals können in bevorzugter Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass in Richtung der Drossel ein spitzwinklig zulaufender Zwischenraum eingeschlossen ist. Beim Ausströmen des Kraftstoffs durch den Ablaufkanal kann im Bereich der Konusflächen ein Flüssigkeitspolster ausgebildet sein, wodurch sich ein quasi mechanischer Hubanschlag ergibt. Daraus resultiert ein maximaler Ventilhub, der, abhängig von der Geometrie des Steuerraumvolumens, das Kennfeld Einspritzmenge vs. Einspritzzeit in Abhängigkeit des Einspritzdruckes bestimmt. Zu dem wird durch diese Ausgestaltung erreicht, dass der Ventilkolben mit seiner Kolbenspitze zentriert geführt wird.The conical surface of the piston tip and the conical surface of the drainage channel can in preferred embodiment be designed such that in the direction of the throttle an acute tapered space is included. When flowing out of the Fuel through the drainage channel can in the area of the cone surfaces a liquid cushion be formed, resulting in a quasi-mechanical stroke stop. This results in a maximum valve lift, which, depending on the geometry of the Control chamber volume, the map injection quantity vs. Injection time depending the injection pressure determined. To this is achieved by this embodiment, that the valve piston is centered with its piston tip.

Ein Common-Rail Injektor, der mindestens einen der oben genannten Merkmale aufweist, besitzt einen Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit für den gesamten Druckbereich, der im Bereich der Kleinstmengen einen weitgehend plateaulosen, stetig ansteigenden Verlauf aufweist. Dadurch kann im Kleinstmengenbereich infolge des linearen Verlaufs der Kennlinie eine Nullmengenkalibrierung erreicht werden, was beispielsweise in Verbindung mit einer schnell öffnenden 2-teiligen Ankerbaugruppe und ein darauf abgestimmtes Steuerraumvolumen ermöglicht wird.A common rail injector having at least one of the above features, has a characteristic curve injection quantity vs. Injection time for the total pressure range, which is largely in the range of the smallest quantities plateauless, steadily increasing course has. This can be in the smallest amount achieved as a result of the linear course of the characteristic zero-quantity calibration What, for example, in connection with a fast-opening 2-piece Armature assembly and a coordinated control room volume allows becomes.

In optimierter Ausgestaltung weist der Common-Rail Injektor zudem einen, im Bereich großer Einspritzmengen (Volllastbetrieb) gegenüber mittleren Einspritzmengen (Teillastbetrieb) abgeflachten Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit auf, was Mengenstreuungen in der eingespritzten Menge im Bereich großer Mengen bei Volllast reduziert.In an optimized embodiment, the common rail injector also has a, im Range of large injection quantities (full load operation) compared to average injection quantities (Partial load operation) flattened characteristic curve injection quantity vs. Injection time on what quantity discrepancies in the injected quantity in the range of large quantities reduced at full load.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • Figur 1 schematisch einen Ausschnitt eines Common-Rail Injektors;
  • Figur 2 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt eines Steuerraums und eines Ablaufkanals als Teil eines Common-Rail Injektors;
  • Figur 3 einen Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit gemäß dem Stand der Technik;
  • Figur 4 einen Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit gemäß der Erfindung.
    • The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
  • Figure 1 shows schematically a section of a common rail injector;
  • FIG. 2 schematically shows an enlarged detail of a control chamber and a drainage channel as part of a common rail injector;
  • 3 shows a characteristic curve injection quantity vs. Injection time according to the prior art;
  • FIG. 4 shows a characteristic curve injection quantity vs. Injection time according to the invention.

    • Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

    Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Common-Rail Injektors 1 für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Der Common-Rail Injektor weist ein Injektorgehäuse 10, mit einem im Injektorgehäuse 10 durch eine Kolbenführung 60 geführten Ventilkolben 30 auf, der im unteren Bereich mit einer hier nicht dargestellten Einspritzdüsennadel 31 in Wirkverbindung steht, die ein Einspritzventil zum Brennraum verschließt. Durch den Ventilkolben 30 und einem Ablaufkanal 20 wird ein Steuerraumvolumen 40 begrenzt, welches mindestens einen Zulaufkanal 61 aufweist.Fig. 1 shows schematically a section of a common rail injector 1 for a Fuel injection system of an internal combustion engine. The common-rail injector points an injector housing 10, with a in the injector 10 by a piston guide 60 guided valve piston 30, which in the lower area with a not shown here Injection nozzle needle 31 is in operative connection, which is an injection valve for Combustion chamber closes. By the valve piston 30 and a drain passage 20 is a control chamber volume 40 limited, which has at least one inlet channel 61.

    Oberhalb des Ablaufkanals 20 wird dieser durch eine Ventilkugel 50 verschlossen. Oberhalb der Ventilkugel 50 sind, hier nicht sichtbar, ein Magnet mit einer Ankerbaugruppe, insbesondere in 2-teiliger Ausführung, angeordnet, der durch Federkraft auf die Ventilkugel 50 einwirkt und diese an eine konisch zulaufende Dichtfläche presst. Durch Ansteuern des Magneten wird der Anker angehoben, so dass die Ventilkugel 50 einen Abströmquerschnitt am Ablaufkanal 20 freigibt, durch den vom Steuerraumvolumen 40 eine bestimmte Menge Kraftstoff abfließen kann. Der Druck im Steuerraum 40 fällt dadurch ab, so dass der Ventilkolben 30 sich infolge des Ungleichgewichts in den Kräften, die auf den Ventilkolben 30 wirken nach oben in Richtung Ablaufkanal 20 bewegen kann. Die Einspritzdüsennadel 31 öffnet somit das Einspritzventil und spritzt eine bestimmte Menge Kraftstoff in den Brennraum ein. Dieser Vorgang beschreibt die Grundfunktion des Common-Rail Injektors 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.Above the drainage channel 20, this is closed by a valve ball 50. Above the valve ball 50 are not visible here, a magnet with an armature assembly, especially in 2-part design, arranged by spring force the valve ball 50 acts and presses it against a tapered sealing surface. By driving the magnet, the armature is raised so that the valve ball 50 an outflow cross section on the drain passage 20 releases, by the control room volume 40 can drain a certain amount of fuel. The pressure in the control room 40 thereby drops, so that the valve piston 30 is due to the imbalance in the forces acting on the valve piston 30 upwards in the direction Flow channel 20 can move. The injection nozzle needle 31 thus opens the injection valve and injects a certain amount of fuel into the combustion chamber. This Operation describes the basic function of the common-rail injector 1 as it comes from State of the art is known.

    Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass im geöffneten Zustand der Hub des Ventilkolbens 30 am, dem Brennraum abgewandten Ende des Ventilkolbens 30 durch einen Hubanschlag 24 im Bereich des Ablaufkanals 20 begrenzt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Ventilkolben 30 eine, gegenüber dem Durchmesser des Ventilkolbens 30 verjüngte Kolbenspitze 32 auf, die im geöffneten Zustand an den Hubanschlag 24 anschlägt. Die Kolbenspitze 32 besitzt an deren Ende eine Konusfläche 33.According to the invention it is provided that in the open state, the stroke of the valve piston 30 on, the combustion chamber remote from the end of the valve piston 30 through a stroke stop 24 is limited in the region of the discharge channel 20. Im shown Embodiment, the valve piston 30 a, with respect to the diameter the valve piston 30 tapered piston tip 32, which in the open state stops the stroke stop 24. The piston tip 32 has at its end a Cone surface 33.

    Der Ablaufkanal 20 weist eine Drossel 21 auf, an der sich im Bereich der Einmündung in das Steuerraumvolumen 40 ein durch einen Absatz 22 getrennter im Durchmesser erweiterter Abschnitt anschließt. Der Durchmesser des erweiterten Abschnitts ist kleiner als der Durchmesser der Kolbenspitze 32, wodurch sich der Hubanschlag 24 ausbildet. In bevorzugter, hier dargestellter Ausführungsform, weist der Hubanschlag 24 am Ablaufkanal 20 am Übergang des erweiterten Abschnitts zum Steuerraumvolumen 40 eine Konusfläche 23 in der Art auf, dass die Konusfläche 33 der Kolbenspitze 32 und die Konusfläche 23 des Ablaufkanals 20 einen in Richtung der Drossel 21 spitzwinklig zulaufenden Zwischenraum einschließt.The outlet channel 20 has a throttle 21, at which in the region of the junction in the control room volume 40 by a paragraph 22 separated in diameter extended section connects. The diameter of the extended section is smaller than the diameter of the piston tip 32, causing the stroke stop 24 trains. In a preferred embodiment shown here, FIG Stroke stop 24 at the outlet channel 20 at the transition of the extended section to Control chamber volume 40 a conical surface 23 in the manner that the conical surface 33rd the piston tip 32 and the conical surface 23 of the flow channel 20 in a direction the throttle 21 includes an acute-angled gap.

    Fig. 2 zeigt die oben beschriebenen Details schematisch in einer vergrößerten Darstellung. Fig. 2 shows the details described above schematically in an enlarged Presentation.

    Durch die geometrische Ausgestaltung der Konusflächen 23, 33, insbesondere durch die Konuswinkel wird erreicht, dass beim Ausströmen des Kraftstoffs durch den Ablaufkanal 20 im Bereich der Konusflächen 23, 33 ein Flüssigkeitspolster ausgebildet ist, welches den quasi mechanischen Hubanschlag 24 ausbildet. Daraus resultiert ein maximaler Ventilhub 41, der, abhängig von der Geometrie des Steuerraumvolumens 40, das Kennfeld Einspritzmenge vs. Einspritzzeit in Abhängigkeit des Einspritzdruckes bestimmt.Due to the geometric configuration of the conical surfaces 23, 33, in particular by The cone angle is achieved when the fuel flows through the drainage channel 20 formed in the region of the conical surfaces 23, 33 a liquid cushion is, which forms the quasi mechanical stroke stop 24. This results a maximum valve lift 41, which, depending on the geometry of the control chamber volume 40, the map injection quantity vs. Injection time depending on the injection pressure certainly.

    Fig. 3 zeigt einen typischen Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit gemäß dem Stand der Technik. Diese weisen im Bereich der Kleinstmengen ein Plateau auf, was bedeutet, dass in diesem Bereich kein linearer Zusammenhang zwischen Einspritzzeit und daraus resultierender Einspritzmenge besteht, was eine Nullmengenkalibrierung erschwert. Im weiteren Verlauf der Kennlinien weisen Common-Rail Injektoren 1 gemäß dem Stand der Technik zunächst einen Bereich stärkerer Steigung zwischen Einspritzmenge und Einspritzzeit auf. Dieser ballistisch genannte Bereich knickt dann ab und geht in einen nichtballistischen, flacheren Verlauf über. Typisch sind auch Kennlinien, die im Kleinstmengenbereich keine Plateaus aufweisen, aber bei größeren Einspritzmengen im gesamten Arbeitsbereich, und damit auch bei der applizierten Volllastmenge einen ballistischen Verlauf mit den im Stand der Technik beschriebenen Nachteilen aufweisen.Fig. 3 shows a typical characteristic curve injection quantity vs. Injection time according to the prior art. These are in the range of the smallest quantities Plateau up, which means that in this area is not a linear relationship between injection time and resulting injection quantity is what a Zero quantity calibration is difficult. In the further course of the characteristics point Common Rail injectors 1 according to the prior art, first an area stronger slope between injection quantity and injection time. This ballistic said area then buckles and goes into a non-ballistic, flatter course above. Also characteristic are characteristic curves, which in the smallest quantity range no plateaus but at larger injection rates throughout the work area, and so that even with the applied full load quantity a ballistic course with the in Have described prior art disadvantages.

    Fig. 4 zeigt den Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit bei einem Common-Rail Injektor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.4 shows the characteristic curve injection quantity vs. Injection time at one Common rail injector 1 according to the preferred embodiment, which in Fig. 1 and 2 has been described.

    Kennzeichnend ist hierbei, dass der Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit für den gesamten Druckbereich im Bereich der Kleinstmengen einen weitgehend plateaulosen, stetig ansteigenden Verlauf aufweist. Im Bereich großer Einspritzmengen (Volllastbetrieb) besitzen die Kennlinien einen gegenüber mittleren Einspritzmengen (Teillastbetrieb) abgeflachten Verlauf (nicht ballistisch). Dazwischen verlaufen die Kennlinien, abhängig vom Einspritzdruck, ballistisch. Dies kommt zustande, da in diesem Bereich der Kennlinie nicht nur der Druckanstieg im Kraftstoff, sondern auch über der Einspritzzeit größer werdende Einspritzquerschnitte auftreten. Die Lage des "Knickbereichs" in der Kennlinie beim Übergang vom ballistischen in den nicht ballistischen Bereich wird insbesondere durch den Ventilhub 41 des Ventilkolbens 30 festgelegt. Der quasi mechanische Hubanschlag 24 wird dabei durch ein hydraulisches Polster gebildet, welches aus dem abströmenden Kraftstoff zwischen den Konusflächen 23, 33 des Ablaufkanals 20 und der Kolbenspitze 32 resultiert. Dieses Polster besitzt eine sehr geringe Dicke nahe Null.Characteristic here is that the characteristic curve injection quantity vs.. Injection time for the entire pressure range in the range of the smallest quantities a largely plateauless, steadily increasing course has. In the area of large injection quantities (Full load operation) have the characteristics one over average injection quantities (Partial load operation) flattened course (non-ballistic). In between run the characteristics, depending on the injection pressure, ballistic. This comes about because in This range of the characteristic not only the pressure increase in the fuel, but also over the injection time larger injection cross sections occur. The location of the "Kinking range" in the characteristic curve at the transition from the ballistic into the not Ballistic area is in particular by the valve lift 41 of the valve piston 30th established. The quasi mechanical stroke stop 24 is characterized by a hydraulic Cushion formed, which from the outflowing fuel between the Cone surfaces 23, 33 of the drain channel 20 and the piston tip 32 results. This Upholstery has a very small thickness close to zero.

    Für einen plateaulosen Verlauf der Kennlinie im Kleinstmengenbereich eignen sich vor allem Ankerbaugruppen in 2-teiliger Ausführung, die als besonders schnell öffnend ausgeführt sein können. Diese werden kombiniert mit einem definierten Steuerraumvolumen 40 eingesetzt.For a plateauless course of the characteristic in the smallest amount range are suitable especially anchor assemblies in 2-piece design, which are particularly fast can be performed opening. These are combined with a defined one Control room volume 40 used.

    Aus dieser Kombination ergeben sich für den Betrieb derartiger Common-Rail Injektoren 1 zusammenfassend folgende Vorteile:This combination results in the operation of such common rail injectors 1 summarizing the following advantages:

    Im Kleinstmengenbereich kann zum einen infolge des linearen Verlaufs der Kennlinie eine Nullmengenkalibrierung erreicht werden. Andererseits können im Bereich großer Mengen bei Volllast geringere Streuungen in der eingespritzten Menge auftreten. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf eine bessere Einhaltung der Abgasgrenzwerte im Neuzustand als auch über die Lebensdauer aus, und führt auch zu weniger Motorschäden im Volllastbetrieb. Weiterhin wird die Ausbeute bei der Herstellung infolge geringerer Einspritzmengenstreuungen erhöht. Aufwendige Softwarefunktionen, die die großen Mengenstreuungen der Volllast beim vollballistischen Injektor korrigieren sollen, können wegfallen, welche zusätzliche Kosten und Fehlerpotenziale vermeiden.In the smallest quantity range, on the one hand, due to the linear course of the characteristic curve a zero-quantity calibration can be achieved. On the other hand, in the area large quantities at full load lower scattering in the injected amount occur. This has a particularly positive effect on better compliance with the exhaust emission limits in new condition as well as over the life span, and also leads to less engine damage during full load operation. Furthermore, the yield in the production increased due to lower injection quantity scattering. Elaborate software functions, the large quantity spreads of full load at the full ballistic To correct the injector can eliminate the additional costs and potential for errors avoid.

    Claims (12)

    Common-Rail Injektor (1) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorgehäuse (10), mit einem im Injektorgehäuse (10) durch eine Kolbenführung (60) geführten Ventilkolben (30), der mit einer Einspritzdüsennadel (31) in Wirkverbindung steht, und einem Steuerraumvolumen (40), welches durch den Ventilkolben (30) begrenzt ist, und einem Ablaufkanal (20) und mindestens einem Zulaufkanal (61), dadurch gekenn-zeichnet, dass im geöffneten Zustand der Hub des Ventilkolben (30) am, dem Brennraum abgewandten Ende des Ventilkolbens (30) durch einen Hubanschlag (24) im Bereich des Ablaufkanals (20) begrenzt ist.Common rail injector (1) for a fuel injection system of an internal combustion engine, comprising an injector housing (10), with a valve piston (30) guided in the injector housing (10) by a piston guide (60) and in operative connection with an injection nozzle needle (31) is, and a control chamber volume (40), which is bounded by the valve piston (30), and a flow channel (20) and at least one inlet channel (61), characterized marked characterized in that in the open state, the stroke of the valve piston (30) on , the combustion chamber facing away from the end of the valve piston (30) by a stroke stop (24) in the region of the flow channel (20) is limited. Common-Rail Injektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (30) eine gegenüber dem Durchmesser des Ventilkolbens (30) verjüngte Kolbenspitze (32) aufweist, die im geöffneten Zustand an den Hubanschlag (24) anschlägt.Common-rail injector (1) according to claim 1, characterized in that the valve piston (30) has a relation to the diameter of the valve piston (30) tapered piston tip (32) which abuts the stroke stop (24) in the open state. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenspitze (32) an deren Ende eine Konusfläche (33) aufweist. Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the piston tip (32) at its end a conical surface (33). Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufkanal (20) eine Drossel (21) aufweist, an der sich im Bereich der Einmündung in das Steuerraumvolumen (40) ein durch einen Absatz (22) getrennter im Durchmesser erweiterter Abschnitt anschließt.Common-rail injector (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outlet channel (20) has a throttle (21) at which in the region of the confluence in the control chamber volume (40) by a paragraph (22 ) followed by a separate diameter-extended section. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des erweiterten Abschnitts kleiner ist als der Durchmesser der Kolbenspitze (32) ist und damit der Hubanschlag (24) ausbildbar ist.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the diameter of the widened portion is smaller than the diameter of the piston tip (32) and thus the stroke stop (24) can be formed. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubanschlag (24) des Ablaufkanals (20) am Übergang des erweiterten Abschnitts zum Steuerraumvolumen (40) eine Konusfläche (23) aufweist.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stroke stop (24) of the flow channel (20) at the transition of the extended portion to the control chamber volume (40) has a conical surface (23). Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Ventilkolbens (30) durch den Abstand zwischen dem Hubanschlag (24) und der Konusfläche (33) definiert ist.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the stroke of the valve piston (30) by the distance between the stroke stop (24) and the conical surface (33) is defined. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusfläche (33) der Kolbenspitze (32) und die Konusfläche (23) des Ablaufkanals (20) derart ausgebildet ist, dass in Richtung der Drossel (21) ein spitzwinklig zulaufender Zwischenraum eingeschlossen ist.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conical surface (33) of the piston tip (32) and the conical surface (23) of the discharge channel (20) is designed such that in the direction of the throttle ( 21) an acute-angled gap is enclosed. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausströmen des Kraftstoffs durch den Ablaufkanal (20) im Bereich der Konusflächen (23, 33) ein Flüssigkeitspolster ausgebildet ist.Common-rail injector (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that during the outflow of the fuel through the discharge channel (20) in the region of the conical surfaces (23, 33) a liquid cushion is formed. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankerbaugruppe, insbesondere eine 2-teilig ausgeführte Ankerbaugruppe, auf eine Ventilkugel (50) wirkt, die im geschlossenen Zustand des Common-Rail Injektors (1) den Ablaufkanal (20) verschließt.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that an armature assembly, in particular a two-part executed armature assembly, acts on a valve ball (50) in the closed state of the common rail injector (1) the drainage channel (20) closes. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens einen der Merkmale gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 ein Kennlinienverlauf Einspritzmenge vs. Einspritzzeit für den gesamten Druckbereich im Bereich der Kleinstmengen einen weitgehend plateaulosen, stetig ansteigenden Verlauf aufweist.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that by at least one of the features according to claims 1 to 8, a characteristic curve injection quantity. Injection time for the entire pressure range in the range of the smallest amounts has a largely plateau-less, steadily increasing course. Common-Rail Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinien Einspritzmenge vs. Einspritzzeit im Bereich großer Einspritzmengen (Volllastbetrieb) einen gegenüber mittleren Einspritzmengen (Teillastbetrieb) abgeflachten Verlauf aufweisen.Common rail injector (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the characteristics injection quantity vs.. Injection time in the range of large injection quantities (full load operation) have a flattened compared to average injection quantities (partial load operation) course.
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