EP1979605B1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP1979605B1
EP1979605B1 EP06830145A EP06830145A EP1979605B1 EP 1979605 B1 EP1979605 B1 EP 1979605B1 EP 06830145 A EP06830145 A EP 06830145A EP 06830145 A EP06830145 A EP 06830145A EP 1979605 B1 EP1979605 B1 EP 1979605B1
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EP
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valve
leakage oil
return line
oil return
fuel injector
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Maik Paehrisch
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/002—Arrangement of leakage or drain conduits in or from injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • Diesel common rail systems including fuel injectors or their components are subject to high pressure loads during operation.
  • the amount of pressure corresponds approximately to the injection pressures to be achieved in the engine.
  • these pressures should be increased as much as possible.
  • previous designs have reached their limits in their geometry design.
  • leakage is discharged from the holding body via a leakage oil return line which extends in the holding body and opens into a separate low-pressure side space of the holding body, as recordable in DE 100 52 604 A disclosed.
  • a fuel injector which has a channel extending in the valve piece, which connects the control chamber with the low-pressure region.
  • DE10312913A1 discloses a fuel injector for internal combustion engines, with a nozzle body in an axially displaceable guided nozzle needle, which releases at least one injection hole for fuel injection or closes, with a axially displaceably guided in a holding body valve piston which controls the opening and closing movement of the nozzle needle, with a valve piece in which an auxiliary piston delimits a control space connected to a high pressure side, which is connected via a control valve to a low pressure side, and with a leakage oil return line which discharges leak oil from the area between the auxiliary piston and the valve piston, wherein the leakage oil return line at least partially in the valve piece runs.
  • the auxiliary piston is mechanically coupled to the valve piston to actuate the latter.
  • the fuel injector for internal combustion engines according to the invention with the characterizing features of claim 1 is used to increase pressure, cost reduction and quality improvement. It can be eliminated by the invention strength-reducing manufacturing process on the holding body.
  • the burr formation due to the current construction in the region of the intersection of the leak oil pocket / leak oil groove is eliminated. This eliminates the operation of deburring, and eliminates several operations. Wall thickness problems are solved so that e.g. a longer and more robust valve tightening screw (more carrying aisles) can be used to tighten the holding body, which in turn allows for pressure increases.
  • the construction of the invention simplifies the structure of the fuel injector and reduces the number of processing steps.
  • an increase in the strength of the holding body and a pressure increase of the fuel injector are possible.
  • the in Fig. 1 shown fuel injector 1 is arranged in a pressurized high pressure injection line 2 of the fuel and protrudes into the combustion chamber of the engine to be supplied.
  • a piston-shaped valve member (nozzle needle) 5 is slidably mounted with a conical valve sealing surface 6 , which is pressed by a closing spring 7 against a conical valve seat 8 of the nozzle body 4 and closes the injection holes 9 provided there.
  • the injection line 2 opens into the nozzle body 4 in an annular pressure chamber 10, from which an annular gap extending between the guide bore 3 and the nozzle needle 5 leads to the valve seat surface 8.
  • the nozzle needle 5 has in the region of the pressure chamber 10 designed as a pressure shoulder control surface 11 to which the supplied via the injection line 2 fuel attacks in the opening direction of the nozzle needle 5.
  • valve piston 12 which is axially displaceably guided in a guide bore 13 of a holding body 14 and with its one end on the valve sealing surface 6 facing away from the end face of the nozzle needle 5 acts axially.
  • Fig. 2 shows limited at the other end of the valve piston 12 with a force acting in the closing direction control surface 15 in a valve member 16 a control chamber 17 which is connected via a Z-throttle 18 to the injection line 2.
  • A-throttle 19 From the control chamber 17 is an A-throttle 19 , which is connected via a formed, for example, as a 2/2-way solenoid valve control valve 20 (valve closure member 21 ) with a low-pressure-side Ab Kunststoffraum 22 .
  • a leakage oil return line 23 in the form of an axial through hole, which goes off from the low-pressure loaded guide bore 13 of the holding body 14 and extends into the discharge chamber 22.
  • the holding body 14 can be made with a greater wall thickness, so that, for example, a longer and more robust valve clamping screw 24 (more carrying gears) can be used for clamping the valve member 16, which in turn allows pressure increases.
  • the control surfaces 11, 14 and the closing spring 7 are designed so that when the control valve 20 is closed, i. at the same pressure in the pressure chamber 10 and in the control chamber 17, the nozzle needle 5, the injection holes 9 closes.
  • the Z-throttle 18 is smaller than the A-throttle 19, so that by opening the control valve 20 of the pressure prevailing in the control chamber 17 pressure is reduced via the Abêtraum 22 and the pressure prevailing in the pressure chamber 10 pressure is sufficient, the nozzle needle 5 against the effect of Aufzu juryn closing spring 7.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffinjektor nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Diesel Common Rail Systeme einschließlich Kraftstoffinjektoren bzw. deren Komponenten unterliegen während des Betriebes starken Druckbelastungen. Die Höhe des Druckes entspricht ungefähr den zu erzielenden Einspritzdrücken im Motor. Je höher diese Einspritzdrücke, desto besser ist das Motorverhalten (Leistung/Verbrauch/Geräusch/Emissionen). In der Vergangenheit und auch in Zukunft sind diese Drücke möglichst zu erhöhen. Allerdings stoßen bisherige Konstruktionen in ihrer Geometrieauslegung an die Grenzen.
  • Bei bekannten Kraftstoffinjektoren wird Leckage aus dem Haltekörper über eine Lecköl-Rückführungsleitung abgeführt, die im Haltekörper verläuft und in einen separaten niederdruckseitigen Raum des Haltekörpers mündet, wie bespielsweise in DE 100 52 604 A offenbart.
  • Aus der DE 103 12 913 A1 ist bereits ein Kraftstoffinjektor bekannt, der einen im Ventilstück verlaufenden kanal aufweist, welcher den Steuerraum mit dem Niederdruckbereich verbindet.
  • DE10312913A1 offenbart ein Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen, mit einer in einem Düsenkörper axial verschiebbar geführten Düsennadel, welche mindestens ein Spritzloch für eine Kraftstoffeinspritzung freigibt oder verschließt, mit einem in einem Haltekörper axial verschiebbar geführten Ventilkolben, der die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel steuert, mit einem Ventilstück, in welchem ein Hilfskolben einen an eine Hochdruckseite angeschlossenen Steuerraum begrenzt, der über ein Steuerventil an eine Niederdruckseite angeschlossen ist, und mit einer Lecköl-Rückführungsleitung, die Lecköl aus dem Bereich zwischen Hilfskolben und Ventilkolben abführt, wobei die Lecköl-Rückführungsleitung zumindest teilweise im Ventilstück verläuft. Dabei ist der Hilfskolben mit dem Ventilkolben mechanisch gekoppelt, um letzteren zu betätigen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 dient der Drucksteigerung, der Kostenreduzierung und der Qualitätsverbesserung. Es können durch die Erfindung festigkeitsreduzierende Fertigungsverfahren am Haltekörper entfallen. Die durch die jetzige Konstruktion bedingte Gratbildung im Bereich der Verschneidung Lecköltasche/Leckölnut wird eliminiert. Dadurch entfällt dort der Arbeitsgang des Entgratens, und insgesamt entfallen mehrere Arbeitsgänge. Wandstärkeprobleme werden gelöst, so dass z.B. eine längere und robustere Ventilspannschraube (mehr tragende Gänge) zum Verspannen des Haltekörpers verwendet werden kann, was wiederum Drucksteigerungen zulässt. Durch die Erfindung ist es möglich, Kraftstoffinjektoren mit höherem Betriebsdruck zu realisieren oder zumindest diesem Ziel näher zu kommen. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird der Aufbau des Kraftstoffinjektors vereinfacht, und die Anzahl an Bearbeitungsschritten wird verringert. Außerdem sind eine Festigungssteigerung des Haltekörpers und eine Drucksteigerung des Kraftstoffinjektors möglich.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnungen
  • Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors;
    Fig. 2
    eine Detailansicht im Bereich des Ventilstücks von Fig. 1; und
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einer Darstellung analog zu Fig. 2.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffinjektor 1 ist in einer mit Hochdruck beaufschlagten Einspritzleitung 2 des Kraftstoffs angeordnet und ragt in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine.
  • In einer axialen Führungsbohrung 3 eines Düsenkörpers 4 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 5 mit einer konischen Ventildichtfläche 6 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 7 gegen eine konische Ventilsitzfläche 8 des Düsenkörpers 4 gedrückt wird und die dort vorgesehenen Spritzlöcher 9 verschließt. Die Einspritzleitung 2 mündet im Düsenkörper 4 in einen ringförmigen Druckraum 10, von dem ein zwischen Führungsbohrung 3 und Düsennadel 5 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 8 führt. Die Düsennadel 5 hat im Bereich des Druckraumes 10 eine als Druckschulter ausgebildete Steuerfläche 11, an welcher der über die Einspritzleitung 2 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn an der Düsennadel 5 angreift.
  • Die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 5 wird durch einen Ventilkolben 12 gesteuert, der in einer Führungsbohrung 13 eines Haltekörpers 14 axial verschiebbar geführt ist und mit seinem einen Ende auf die der Ventildichtfläche 6 abgewandte Stirnseite der Düsennadel 5 axial einwirkt. Wie in Fig. 2 zeigt, begrenzt anderenends der Ventilkolben 12 mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 15 in einem Ventilstück 16 einen Steuerraum 17, der über eine Z-Drossel 18 mit der Einspritzleitung 2 verbunden ist. Vom Steuerraum 17 geht eine A-Drossel 19 ab, die über ein z.B. als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildetes Steuerventil 20 (Ventilschließglied 21) mit einem niederdruckseitigen Absteuerraum 22 verbindbar ist. Um Lecköl aus dem Bereich des Haltekörpers 14 abzuführen, ist im Ventilstück 16 eine Lecköl-Rückführungsleitung 23 in Form einer axialen Durchgangsbohrung vorgesehen, die von der niederdruckbelasteten Führungsbohrung 13 des Haltekörpers 14 abgeht und sich bis in den Absteuerraum 22 erstreckt. Der Haltekörper 14 kann mit einer größeren Wandstärke gefertigt werden, so dass z.B. eine längere und robustere Ventilspannschraube 24 (mehr tragende Gänge) zum Verspannen des Ventilstücks 16 verwendet werden kann, was wiederum Drucksteigerungen zulässt.
  • Die Steuerflächen 11, 14 und die Schließfeder 7 sind so ausgelegt, dass bei geschlossenem Steuerventil 20, d.h. bei gleichem Druck im Druckraum 10 und im Steuerraum 17, die Düsennadel 5 die Spritzlöcher 9 verschließt. Die Z-Drossel 18 ist kleiner als die A-Drossel 19, so dass durch Öffnen des Steuerventils 20 der im Steuerraum 17 herrschende Druck über den Absteuerraum 22 abgebaut wird und der im Druckraum 10 herrschende Druck nun ausreicht, die Düsennadel 5 gegen die Wirkung der Schließfeder 7 aufzusteuern.
  • Von der Ausführung der Fig. 2 unterscheidet sich die in Fig. 3 gezeigte Ausführung lediglich dadurch, dass hier die Lecköl-Rückführungsleitung 23' nicht direkt in den Absteuerraum 22, sondern - bei gleicher hydraulischer Funktionsweise - seitlich in eine Außenfläche 25 des Ventilstücks 16 mündet und von dort nach oben zur Niederdruckseite geführt ist.

Claims (5)

  1. Kraftstoffinjektor (1) für Brennkraftmaschinen, mit einer in einem Düsenkörper (4) axial verschiebbar geführten Düsennadel (5), welche mindestens ein Spritzloch (9) für eine Kraftstoffeinspritzung freigibt oder verschließt, mit einem in einem Haltekörper (14) axial verschiebbar geführten Ventilkolben (12), der die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel (5) steuert, mit einem Ventilstück (16), in welchem der Ventilkolben (12) einen an eine Hochdruckseite (2) angeschlossenen Steuerraum (17) begrenzt, der über ein Steuerventil (20) an eine Niederdruckseite (22) angeschlossen ist, und mit einer Lecköl-Rückführungsleitung (23; 23'), die Lecköl aus dem Bereich des Haltekörpers (14) abführt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lecköl-Rückführungsleitung (23; 23') zumindest teilweise im Ventilstück (16) verläuft.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lecköl-Rückführungsleitung (23) in einen niederdruckseitigen Absteuerraum (22) des Steuerventils (20) mündet.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lecköl-Rückführungsleitung (23) durch eine einzige Durchgangsbohrung gebildet ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lecköl-Rückführungsleitung (23) ausschließlich im Ventilstück (16) verläuft.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lecköl-Rückführungsleitung (23') seitlich in eine Außenfläche (25) des Ventilstücks (16) mündet und von dort zur Niederdruckseite geführt ist.
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