EP2123898B1 - Fuel injector - Google Patents
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- EP2123898B1 EP2123898B1 EP20090100198 EP09100198A EP2123898B1 EP 2123898 B1 EP2123898 B1 EP 2123898B1 EP 20090100198 EP20090100198 EP 20090100198 EP 09100198 A EP09100198 A EP 09100198A EP 2123898 B1 EP2123898 B1 EP 2123898B1
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- F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
- F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided
Definitions
- the position of the sealing edge in contrast to the prior art is well defined, which can be realized in a simple manner in the closed position in the axial direction pressure compensated control valve.
- a trained according to the concept of the invention fuel injector has a good tightness - even at very high pressures of over 2000 bar - on.
- a further advantage is that the high-pressure side conical surface of the sections of double-conical Control valve seat member in the region of the fuel inlet to the control valve seat together with the seat of the control valve seat limited in the direction of the sealing edge tapered inlet gap. This results in a protection of the sealing edge against particles in the fuel, since arriving (larger) particles are partially stopped first in the inlet gap to the sealing edge and thus kept away from the sealing edge.
- control valve element is in the closed state, at least approximately pressure-balanced in the axial direction, which means that the control valve element is designed such that act on this in its closed position no or only very small hydraulic forces.
- This axial pressure balance can be achieved, for example, with a sleeve-shaped control valve element.
- a sleeve-shaped control valve element is understood to mean a control valve element which has a, preferably centric, continuous opening or a continuous, if necessary also formed as a stepped bore channel, wherein in the channel, as will be explained later, a pressure pin can be added which axially closes the channel and which is preferably a separate component from the valve body having the control valve seat.
- Fig. 1 is designed as a common-rail injector fuel injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, also shown an internal combustion engine, also not shown.
- a high pressure pump 2 delivers fuel from a reservoir 3 in a high-pressure fuel storage 4 (Rail). In this fuel, especially diesel or gasoline, under high pressure, of about 2000 bar in this embodiment, stored.
- the fuel injector 1 is connected, among other fuel injectors, not shown, via a supply line 5.
- the supply line 5 discharges into a high-pressure reservoir 6 which acts as a mini-rail for minimizing the pressure oscillation and flows into the high pressure reservoir 6 in the axial direction into the combustion chamber of the internal combustion engine during an injection process.
- the injection valve element 10 has at its tip 12 a closing surface 13 (sealing surface), with which the injection valve element 10 can be brought into a tight contact with an injection valve element seat 14 formed inside the nozzle body 11.
- a closing surface 13 closing surface
- a control chamber 22 is limited, via a radially extending in the sleeve-shaped portion 20 of the valve body 21 inlet throttle 23 with high-pressure fuel from the high-pressure reservoir 6 is supplied.
- the sleeve-shaped portion 20 with the control chamber 22 enclosed therein is enclosed radially on the outside by high-pressure fuel, so that an annular guide gap 24 is comparatively fuel-tight radially between the sleeve-shaped portion 20 and the injection valve element 10.
- an electromagnetic actuator 32 is provided with an electromagnet 33 which cooperates with the armature plate 31 which is arranged in an anchor plate space 34 and subsequently with the sleeve-shaped control valve element 28.
- the electromagnetic actuator 32 raises the control valve element 28 from its arranged on the valve body 21, formed in this embodiment as an inner cone-shaped inner cone, control valve seat 35 from.
- the flow cross sections of the inlet throttle 23 and the outlet throttle 26 are matched to one another such that when open control valve 29, a net outflow of fuel (fuel control amount) from the control chamber 22 in the low pressure region 30 of the fuel injector 1 and from there via the Injektor Weglaufan gleich 7 and Return line 8 results in the reservoir 3.
- the pressure in the control chamber 22 drops rapidly, whereby the injection valve element 10 lifts off from an injection valve element seat 14, so that fuel can flow out of the high-pressure reservoir 6 through the nozzle hole arrangement 15.
- the energization of the electromagnetic actuator 32 is interrupted, whereby the sleeve-shaped control valve element 28 is adjusted with a control spring 36 which is supported on the armature plate 31 in the drawing plane down to its control valve seat 35.
- the fuel flowing in through the inlet throttle 23 into the control chamber 22 provides for a rapid pressure increase in the control chamber 22 and thus for a force acting on the injection valve element 10 Closing force.
- the resulting closing movement of the injection valve element 10 is assisted by a closing spring 37, which is supported at one end on a circumferential collar 38 and at the other end on the lower, annular end face 39 of the sleeve-shaped section 20 of the valve body 21 in the plane of the drawing.
- a loose pressure pin 42 is accommodated, which is designed as a separate component from the valve body 21.
- the purpose of the cylindrical pressure pin 42 is to seal up the valve chamber 27 formed by the stepped bore 40 in the axial direction in order to prevent fuel from the drainage channel 25 from flowing into the low-pressure region 30 when the control valve element 28 is closed.
- the pressure pin 42 further serves to guide the control valve element 28 at its inner periphery formed by the stepped bore 40 and the portion 41.
- the sleeve-shaped, in the closed state in the axial direction pressure balanced control valve element 28 is guided on its outer circumference 43.
- a guide section 44 protruding upward in the plane of the drawing is provided on the valve body 21, which surrounds the control valve element 28 radially on the outside.
- the control valve seat 35 was made through the guide portion 44 of the valve body 21 in the axial direction. Holes 45 are radially introduced into the guide section 44, via which fuel flowing out of the outlet channel 25 when the control valve element 28 is open can flow radially outwards into the anchor plate space 34.
- a radial channel 48 is introduced through the fuel into an annular chamber 49 in a support ring 46 which delimits the armature plate space 34 and carries the electromagnet arrangement 47 of the electromagnetic actuator 32 can flow, both the support ring 46 and Also, the solenoid assembly 47 radially encloses the outside.
- a radial passage 50 which is axially spaced from the radial passage 48, the fuel from the annular chamber 49 can again flow radially inward toward the injector return port 7 and from there via the return line 8 to the reservoir 3.
- Fig. 2 the sleeve-shaped control valve element 28 is shown in an enlarged view, wherein in the sleeve-shaped control valve element 28, the stepped bore 40 is introduced, which forms a closed by the pressure pin 42 through-channel.
- the pressure pin 42 which is supported axially on a cover 51 of the fuel injector 1 has the function of sealing a formed inside the control valve element 28 valve chamber 27 in the axial direction upwards.
- an inner channel 52 leads from the axial direction of the drawing plane below, wherein the inner channel 52 is formed by a lower surface in the drawing plane 53 of the stepped bore 40.
- the diameter of the inner channel 52 is less than the diameter of the upper plane in the plane of the drawing 41 of the stepped bore 40th
- annular sealing edge 54 is formed, which forms the line of contact or intersection of two axially adjacent, each cone-shaped conical surfaces 55, 56, wherein the two conical conical surfaces 55, 56 one another Cone angle (here cone angle) have. It is in the drawing plane lower conical surface 55 to a high pressure side and the axially immediately adjacent in the drawing plane upper conical surface 56 to a low-pressure side conical surface.
- the lower in the drawing plane, high-pressure side Cone surface 55 in this case has a larger cone angle ⁇ , as in the drawing plane, axially adjacent, upper, low-pressure side cone surface 50 whose cone angle ⁇ is smaller.
- a cone angle is understood to mean the angle between two diametrically opposite surface sections of the respective annular conical surface.
- the sealing edge 54 formed axially between the conical surfaces 55, 56 cooperates in its closed position with the internal conical control valve seat 35, which is formed on the valve body 21.
- the cone angle of the inner cone-shaped control valve seat 35 is smaller than the cone angle ⁇ between the lower in the drawing plane conical surfaces 55 and greater than the cone angle ⁇ between the upper in the drawing plane conical surfaces 56th
- the radial extent R (here 150 ⁇ m) of the high-pressure side cone surface 55 a maximum of 15%, preferably not more than 10% of the diameter D I (here 2 mm) of the sealing edge 54 corresponds to negative flow influences of high pressure side conical surface 55 to minimize.
- the high pressure applied within the control valve element 28 is the innermost diameter of the sealing edge 54, which is not ideally linear due to wear. In the case of a fuel injector 1 with external high pressure, it would be the act extreme diameter of the sealing edge 54.
- Axially between the radially inner, high-pressure side conical surface 55 and the inner conical control valve seat 35 is formed in the radial direction to the sealing edge 54 tapered inlet gap 57, which in addition to a formed between the conical surface 55 and the inner channel 52 edge 58 for comminution contained in the fuel Contributes particles.
- a particle 59 is shown in the transition between the drainage channel 25 and the sealing edge 54.
- a particle 59 of this size does not flow directly to the sealing edge 54, but usually initially remains in the inlet gap 57 and is crushed during a closing movement of the control valve element 28 between the control valve element 28 and the high-pressure side conical surface 55. Alternatively, the particle is smashed by striking against the inlet gap 57 bounding edges and surfaces.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kraftstoff-Injektor mit einem ein hülsenförmiges Steuerventilelement aufweisenden Steuerventil vorzuschlagen, das zum einen auf einfache Weise fertigbar und zum anderen einen vergleichsweise geringen Verschleiß im Sitzbereich garantiert.The invention has for its object to propose a fuel injector with a sleeve-shaped control valve member having control valve that on the one hand in a simple manner and on the other hand guarantees a relatively low wear in the seating area.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeben.This object is achieved with a fuel injector having the features of
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, am Steuerventilelement als Dichtfläche zum Zusammenwirken mit dem in axialer Richtung gegenüberliegenden Steuerventilsitz, eine Dichtkante vorzusehen, die zwischen zwei winklig zueinander angeordneten, vorzugsweise in axialer Richtung benachbarten, insbesondere konusförmigen, Kegelflächen (Ringflächen) ausgebildet ist, von denen sich eine in den Hochdruckbereich des Kraftstoff-Injektors und die andere in den Niederdruckbereich erstreckt. Hierdurch wird die Belastung des Steuerventilsitzes im Bereich seiner Dichtfläche im Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoff-Injektoren minimiert, da durch die Ausbildung einer Dichtkante an einem Doppelkegel eine gute Verteilung der Kontaktkräfte im Steuerventilelement realisiert werden kann. Zudem ist die Lage der Dichtkante im Gegensatz zum Stand der Technik genau definiert, wodurch sich auf einfache Weise ein in Schließstellung in axialer Richtung druckausgeglichenes Steuerventil realisieren lässt. Zudem weist ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeter Kraftstoff-Injektor eine gute Dichtheit - auch bei sehr hohen Drücken von über 2000 bar - auf. Ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeter Kraftstoff-Injektor ist nicht nur vorteilhaft gegenüber einem Kraftstoff-Injektor, bei dem am Steuerventilelement eine Kegelfläche ausgebildet ist, sondern auch gegenüber einem Kraftstoff-Injektor, bei dem das hülsenförmige Steuerventilelement endseitig mit einer Teilkugelfläche versehen ist, da zwei winklig zueinander verlaufende, insbesondere axial, zwischen sich eine Dichtkante ausbildende Kegelflächen einfacher zu fertigen sind und zum anderen zu einer definierten Lage der Dichtkante führen. Auch lassen sich zwei gerade, kegelförmige Flächen messtechnisch besser überprüfen als eine Kugelform. Besonders bevorzugt ist die Kombination eines hülsenförmigen Steuerventilelementes mit daran ausgebildeter, zwischen zwei Kegelflächen angeordneter Dichtkante, mit einem elektromagnetischen Aktuator, der mit einer mit dem Steuerventilelement wirkverbundenen, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildeten, Ankerplatte zusammenwirkt. Weiterhin von Vorteil ist, dass die hochdruckseitige Kegelfläche des abschnittsweise doppelkegelförmigen Steuerventilsitzelementes im Bereich des Kraftstoff-Zulaufes zum Steuerventilsitz zusammen mit der Sitzfläche des Steuerventilsitzes einen in Richtung der Dichtkante spitz zulaufenden Zulaufspalt begrenzt. Hieraus resultiert ein Schutz der Dichtkante vor im Kraftstoff befindlichen Partikeln, da ankommende (größere) Partikel zum Teil zunächst im Zulaufspalt zur Dichtkante angehalten und somit von der Dichtkante ferngehalten werden. Zudem kommt es bereits vor Erreichen der im Betrieb durch Verschleißerscheinungen unvermeidlich breiter werdenden Dichtkante im Bereich des spitz in Richtung der Dichtkante zulaufenden Zulaufspaltes zu einer Zerkleinerung der Partikel durch Anschlagen an die den Zulaufspalt begrenzenden Flächen und/oder Kanten, und/oder durch eine die Partikel zerdrückende Schließbewegung des Steuerventilelementes, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Dichtkante minimiert wird.The invention is based on the idea to provide on the control valve element as a sealing surface for cooperation with the axially opposite control valve seat, a sealing edge which is arranged between two angularly mutually, preferably in the axial direction adjacent, in particular conical, conical surfaces (annular surfaces), of which one extends into the high pressure region of the fuel injector and the other into the low pressure region. As a result, the load of the control valve seat is minimized in the region of its sealing surface in comparison with the fuel injectors known from the prior art, since a good distribution of the contact forces in the control valve element can be realized by the formation of a sealing edge on a double cone. In addition, the position of the sealing edge in contrast to the prior art is well defined, which can be realized in a simple manner in the closed position in the axial direction pressure compensated control valve. In addition, a trained according to the concept of the invention fuel injector has a good tightness - even at very high pressures of over 2000 bar - on. A trained according to the concept of the invention fuel injector is not only advantageous over a fuel injector in which the control valve element is formed a conical surface, but also with respect to a fuel injector, in which the sleeve-shaped control valve member is provided at the end with a part spherical surface, there two angle to each other extending, in particular axially, between a sealing edge forming conical surfaces are easier to manufacture and on the other lead to a defined position of the sealing edge. Also, two straight, conical surfaces can be metrologically better checked than a spherical shape. Particularly preferred is the combination of a sleeve-shaped control valve element formed thereon, arranged between two conical surfaces sealing edge, with an electromagnetic actuator which cooperates with an operatively connected to the control valve element, in particular integrally formed with this, anchor plate. A further advantage is that the high-pressure side conical surface of the sections of double-conical Control valve seat member in the region of the fuel inlet to the control valve seat together with the seat of the control valve seat limited in the direction of the sealing edge tapered inlet gap. This results in a protection of the sealing edge against particles in the fuel, since arriving (larger) particles are partially stopped first in the inlet gap to the sealing edge and thus kept away from the sealing edge. In addition, even before the sealing edge inevitably widens in operation in the region of the inlet gap tapering in the direction of the sealing edge, comminution of the particles by striking the surfaces delimiting the inlet gap and / or edges occurs, and / or by the particles Crushing closing movement of the control valve element, whereby the risk of damage to the sealing edge is minimized.
Nachteilig an dem Vorsehen einer hochdruckseitigen Kegelfläche ist jedoch, dass durch diese negative Strömungskräfte entstehen, die sich negativ auf das Schaltverhalten auswirken. Insbesondere werden die Öffnungsgeschwindigkeit und die Schaltgenauigkeit reduziert. Akzeptabel bis gute Strömungseigenschaften bei gleichzeitiger Gewährleistung von guten Partikelzerstörungseigenschaften sowie einer ausreichenden Stützung der Dichtkante werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Radialerstreckung der hochdruckseitigen Kegelfläche maximal 15 %, vorzugsweise maximal 10 %, des Durchmessers der Dichtkante entspricht. Hierbei ist unter dem Durchmesser der Dichtkante der Durchmesser der hochdruckseitigen Grenzlinie, der sich im Betrieb des Kraftstoff-Injektors verschleißbedingt abplattenden Dichtkante zu verstehen. Unter der Radialerstreckung der hochdruckseitigen Kegelfläche ist die (radiale) Breite der axialen Projektionsfläche der hochdruckseitigen Kegelfläche zu verstehen.However, a disadvantage of the provision of a high-pressure-side conical surface is that it creates negative flow forces which have a negative effect on the switching behavior. In particular, the opening speed and the switching accuracy are reduced. Acceptable to good flow properties while ensuring good particle destruction properties and a sufficient support of the sealing edge according to the invention achieved in that the radial extent of the high pressure side cone surface corresponds to a maximum of 15%, preferably not more than 10%, of the diameter of the sealing edge. Here, by the diameter of the sealing edge, the diameter of the high-pressure-side boundary line is understood to mean the sealing edge flaking off during operation of the fuel injector due to wear. The radial extent of the high-pressure-side conical surface is to be understood as meaning the (radial) width of the axial projection surface of the conical surface on the high-pressure side.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der dieser Durchmesser der Dichtkante 3 mm oder geringer ist und in der Folge die Radialerstreckung der hochdruckseitigen Kegelfläche maximal 450 µm, vorzugsweise zwischen 30 µm und 300 µm beträgt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Dichtkante weniger als 2 mm und in der Folge die Radialerstreckung der Dichtkante weniger als 300 µm, vorzugsweise zwischen 30 µm und 200 µm.Particularly preferred is an embodiment in which this diameter of the sealing edge is 3 mm or less and as a result the radial extent of the high-pressure side conical surface amounts to a maximum of 450 μm, preferably between 30 μm and 300 μm. In a particularly preferred embodiment, the diameter of the sealing edge is less than 2 mm and as a result the radial extent of the sealing edge is less than 300 μm, preferably between 30 μm and 200 μm.
Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Steuerventilelement ist in axialer Richtung in seinem geschlossenen Zustand, zumindest näherungsweise druckausgeglichen, was bedeutet, dass das Steuerventilelement derart ausgebildet ist, dass auf dieses in seiner Schließstellung keine oder nur sehr geringe hydraulische Kräfte wirken. Diese axiale Druckausgeglichenheit kann beispielsweise mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement erzielt werden. Unter einem hülsenförmigen Steuerventilelement wird dabei ein Steuerventilelement verstanden, das eine, vorzugsweise zentrische, durchgehende Öffnung bzw. einen durchgehenden, bei Bedarf auch als Stufenbohrung ausgebildeten, Kanal aufweist, wobei in dem Kanal, wie später noch erläutert werden wird, ein Druckstift aufgenommen werden kann, der den Kanal axial verschließt und bei dem es sich bevorzugt um ein von dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilkörper separates Bauteil handelt. Ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Steuerventilelement kann alternativ auch mit einem bolzenförmigen Steuerventil (ohne Durchgangsbohrung) realisiert werden, beispielsweise indem dieses mit einer ringnutförmigen, randseitigen Ventilkammer versehen wird, deren in beide Axialrichtungen wirksamen Druckangriffsflächen gleich groß sind.The trained according to the concept of the invention control valve element is in the closed state, at least approximately pressure-balanced in the axial direction, which means that the control valve element is designed such that act on this in its closed position no or only very small hydraulic forces. This axial pressure balance can be achieved, for example, with a sleeve-shaped control valve element. A sleeve-shaped control valve element is understood to mean a control valve element which has a, preferably centric, continuous opening or a continuous, if necessary also formed as a stepped bore channel, wherein in the channel, as will be explained later, a pressure pin can be added which axially closes the channel and which is preferably a separate component from the valve body having the control valve seat. A pressure-compensated in the axial direction control valve element can alternatively be realized with a bolt-shaped control valve (without through-hole), for example by this is provided with an annular groove-shaped, edge-side valve chamber, which are effective in both axial directions pressure application surfaces.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die von einem Doppelkegel ausgebildete Dichtkante mit einem innenkegelförmigen Steuerventilsitz zusammenwirkt. Ein innenkegelförmiger Steuerventilsitz zeichnet sich, wie das Doppel-Kegel-Steuerventilelement, durch eine einfache und genaue Fertigbarkeit aus. Zudem bietet die Kombination einer zwischen zwei Kegelflächen ausgebildeten Dichtkante mit einem innenkegelförmigen Steuerventilsitz die Möglichkeit, Winkeltoleranzen zwischen dem Steuerventilelement und dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilkörper auszugleichen. Insgesamt werden hierdurch vergleichsweise kostengünstig herstellbare, mehrteilige Steuerventilaufbauten realisierbar. Darüber hinaus werden gute Zuströmbedingungen zum Steuerventilsitz ohne eine scharfe Kraftstoff-Umlenkung in einem Bereich zwischen einer Ablaufdrossel und dem Steuerventilsitz realisiert.In a further development of the invention is advantageously provided that the sealing edge formed by a double cone cooperates with an internal cone-shaped control valve seat. An internal cone-shaped control valve seat, like the double-cone control valve element, is characterized by a simple and accurate manufacturability. In addition, the combination of a sealing edge formed between two conical surfaces with an internal cone-shaped control valve seat offers the possibility of compensating for angular tolerances between the control valve element and the valve body having the control valve seat. Overall, this comparatively inexpensive producible, multi-part control valve bodies feasible. In addition, good inflow conditions to the control valve seat are realized without a sharp fuel diversion in a region between an outlet throttle and the control valve seat.
Im Hinblick auf einen möglichst einfachen, wenige Bauteile aufweisenden Injektoraufbau ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der, insbesondere innenkegelförmige, Steuerventilsitz an demselben Ventilkörper ausgebildet ist, der auch eine Steuerkammer begrenzt, welche, vorzugsweise unmittelbar, mit einem in axialer Richtung verstellbaren Einspritzventilelement zusammenwirkt. Die Steuerkammer kann dabei mittels des Steuerventils mit einem Niederdruckbereich des Injektors verbunden oder von diesem getrennt werden, wobei bei mit dem Niederdruckbereich verbundener Steuerkammer aufgrund des sinkenden Drucks in der Steuerkammer eine auf das Einspritzventilelement wirkende Kraft in Öffnungsrichtung erzielt wird. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der auf das Steuerventilelement in seiner Schließstellung keine oder allenfalls minimale Kräfte in Öffnungsrichtung wirken. Ein in seiner Schließstellung in axialer Richtung druckausgeglichenes Steuerventilelement kann bei einem hülsenförmigen Steuerventilelement dadurch realisiert werden, dass der innere Führungsdurchmesser mit dem das Steuerventilelement an einem inneren, später noch zu erläuternden, Druckstift geführt ist, dem Dichtkantendurchmesser entspricht, mit dem das Steuerventilelement an seinem Steuerventilsitz anliegt. Um Prellereffekte beim Schließen des Steuerventilelementes zu minimieren, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der keine exakte axiale Druckausgeglichenheit in Schließstellung realisiert wird, sondern bei der auf das Steuerventilelement eine "kleine" hydraulische Schließkraft wirkt. Diese kann durch das Vorsehen einer kleinen schließenden Druckstufe realisiert werden, beispielsweise indem der innere Führungsdurchmesser etwas größer gewählt wird als der Dichtkantendurchmesser.With regard to a simple as possible, having a few components Injektoraufbau an embodiment is preferred in which the, in particular innenkegelförmige, control valve seat is formed on the same valve body, which also limits a control chamber which, preferably directly, cooperates with an adjustable in the axial direction injection valve element. The control chamber can be connected by means of the control valve with a low pressure region of the injector or separated therefrom, wherein when acting in the low pressure region control chamber due to the decreasing pressure in the control chamber acting on the injection valve element force is achieved in the opening direction. Of particular advantage is an embodiment of the fuel injector in which act on the control valve element in its closed position no or at most minimal forces in the opening direction. A pressure-compensated in its closed position in the axial direction of the control valve element can be realized in a sleeve-shaped control valve element, that the inner guide diameter is performed with the control valve element on an inner, to be explained later, pressure pin, the sealing edge diameter, with which the control valve element at its control valve seat is applied. In order to minimize bounce effects when closing the control valve element, an embodiment is preferred in which no exact axial pressure balance is realized in the closed position, but in which acts on the control valve member a "small" hydraulic closing force. This can be realized by providing a small closing pressure stage, for example, by the inner guide diameter is chosen to be slightly larger than the sealing edge diameter.
Besonders vorteilhaft ist die vorgeschlagene Dichtkante in Kombination mit einem Steuerventilelement, das mit seinem Innenumfang an einem Druckstift geführt ist, der den im Steuerventilelement ausgebildeten Kanal in axialer Richtung nach oben abdichtet. Bevorzugt ist dieser Druckstift als von dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilkörper separates Bauteil ausgebildet, welches vorzugsweise lose innerhalb des Steuerventilelementes aufgenommen ist. Im Betrieb des Kraftstoff-Injektors wird dieser Druckstift von dem aus der Steuerkammer nachströmenden Kraftstoff in axialer Richtung, in Richtung von dem Steuerventilsitz weg kraftbeaufschlagt, vorzugsweise derart, dass sich der Druckstift an einem Injektorbauteil, vorzugsweise an einem Injektordeckel in axialer Richtung abstützt.Particularly advantageous is the proposed sealing edge in combination with a control valve element, which is guided with its inner circumference on a pressure pin which seals the channel formed in the control valve element in the axial direction upwards. This pressure pin is preferably designed as a separate component from the valve body having the control valve seat, which component is preferably accommodated loosely within the control valve element. During operation of the fuel injector, this pressure pin is acted upon by the fuel flowing out of the control chamber in the axial direction in the direction away from the control valve seat, preferably such that the pressure pin is supported on an injector component, preferably on an injector cover in the axial direction.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der das, insbesondere hülsenförmige, Steuerventilelement, vorzugsweise zusätzlich zu einer Führung am Innenumfang, an seinem Außenumfang geführt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform hat ein ggf. vorgesehener Druckstift im Wesentlichen nur noch die Funktion der Abdichtung des inneren Steuerventilelementkanals in axialer Richtung nach oben.Of particular advantage is an embodiment of the fuel injector, in which the, in particular sleeve-shaped, control valve element, preferably in addition to a guide on the inner circumference, is guided on its outer circumference. In such an embodiment, a possibly provided pressure pin essentially only has the function of sealing the inner control valve element channel in the axial direction upward.
Im Hinblick auf die Minimierung der Bauteilzahl ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das hülsenförmige Steuerventilelement mit seinem Außenumfang an dem Bauteil geführt ist, an dem auch der Steuerventilsitz ausgebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil auch um das die Steuerkammer radial außen begrenzende Bauteil. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere dann auf vergleichbar einfache Art und Weise realisierbar, wenn der Steuerventilsitz von einem Innenkegel gebildet ist, da der Innenkegel durch die Führung (Führungsbohrung) in axialer Richtung hindurch gefertigt werden kann.With regard to the minimization of the number of components, an embodiment is preferred in which the sleeve-shaped control valve element is guided with its outer circumference on the component on which the control valve seat is also formed. Preferably, the component is also the component that radially outwardly delimits the control chamber. Such an embodiment is particularly feasible in a comparatively simple manner, when the control valve seat is formed by an inner cone, since the inner cone can be made through the guide (guide bore) in the axial direction.
Um an der dem Steuerventilsitz zugewandten Stirnseite des Steuerventilelementes einen Flächengewinn zu realisieren, der die Ausbildung ausreichend großer Kegelflächen zur Bildung der Dichtkante ermöglicht, ist eine Ausführungsform zu bevorzugen, bei der das hülsenförmige Steuerventilelement nicht einen durchgehenden Zentralkanal (Innenkanal) aufweist, sondern bei dem in dem Steuerventilelement eine, vorzugsweise zentrische, Stufenbohrung realisiert ist, wobei ein oberer, von dem Steuerventilsitz abgewandter Abschnitt der Stufenbohrung einen größeren Durchmesser aufweist, als der untere Bohrungsabschnitt. Bevorzugt dient der größere Durchmesserabschnitt zur Führung des Steuerventilelementes an einem (losen) Druckstift.In order to realize at the control valve seat facing the front side of the control valve element, an area gain, the formation of sufficiently large conical surfaces to form the Sealing edge allows, an embodiment is preferable in which the sleeve-shaped control valve member does not have a continuous central channel (inner channel), but in which in the control valve element a, preferably concentric, stepped bore is realized, wherein an upper, remote from the control valve seat portion of the stepped bore a larger diameter than the lower bore portion. The larger diameter section preferably serves to guide the control valve element on a (loose) pressure pin.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Einspritzventilelement niederdruckstufenfrei ausgebildet ist. Um bei dieser Ausführungsform dennoch ein schnelles Nadelschließen zu realisieren, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der am Außenumfang des Einspritzventilelementes realisierte Axialkanäle als Drosselkanäle ausgebildet sind, um den aus einem internen Hochdruckspeicherraum (Minirail) axial in Richtung eines Düsenraums strömenden Kraftstoff zu drosseln.In a further development of the invention is advantageously provided that the injection valve element is formed low pressure stage. In order to nevertheless realize a fast needle closing in this embodiment, an embodiment is preferred in which axial channels realized on the outer circumference of the injection valve element are designed as throttle channels in order to throttle the fuel flowing axially from an internal high-pressure storage chamber (minirail) in the direction of a nozzle chamber.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines als Common-Rail- Injektor ausgebildeten Kraftstoff-Injektors mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement, das endseitig ei- ne Dichtkante aufweist, die zwischen zwei winklig zu- einander verlaufenden Kegelflächen ausgebildet ist, wobei die Dichtkante mit einem innenkonusförmigen Steuerventilsitz zusammenwirkt und
- Fig. 2
- eine vergrößerte Darstellung des Injektorkopfes aus
Fig. 1 .
- Fig. 1
- a schematic representation of a trained as a common rail injector fuel injector with a sleeve-shaped control valve element which has a ne sealing edge, which is formed between two angularly extending conical surfaces, wherein the sealing edge cooperates with an inner cone-shaped control valve seat and
- Fig. 2
- an enlarged view of the injector from
Fig. 1 ,
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same components and components with the same function with the same reference numerals.
In
Innerhalb eines Injektorkörpers 9 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel zweiteiliges Einspritzventilelement 10, das bei Bedarf auch einteilig ausgeführt sein kann, in axialer Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 10 innerhalb eines Düsenkörpers 11 an seinem Außenumfang geführt. Dieser Düsenkörper 11 ist mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Injektorkörper 9 verschraubt.Within an injector body 9 is a two-part
Das Einspritzventilelement 10 weist an seiner Spitze 12 eine Schließfläche 13 (Dichtfläche) auf, mit welcher das Einspritzventilelement 10 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 11 ausgebildeten Einspritzventilelementsitz 14 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 10 an seinem Einspritzventilelementsitz 14 anliegt, d.h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 15 gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 14 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum 6 durch in einem Führungsabschnitt 16 am Außenumfang durch Anschliffe gebildete Axialkanäle 17 in einen in der Zeichnungsebene unteren, radial zwischen dem Einspritzventilelement 10 und dem Düsenkörper 11 ausgebildeten Ringraum 18 (Düsenraum) an dem Einspritzventilelementsitz 14 vorbei zur Düsenlochanordnung 15 strömen und dort im Wesentlichen unter dem Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt werden.The
Von einer oberen Stirnseite 19 des Einspritzventilelementes 10 und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 20 eines Ventilkörpers 21 wird eine Steuerkammer 22 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 20 des Ventilkörpers 21 verlaufende Zulaufdrossel 23 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 20 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 22 ist radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, sodass ein ringförmiger Führungsspalt 24 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 20 und dem Einspritzventilelement 10 vergleichsweise kraftstoffdicht ist.From an upper end face 19 of the
Die Steuerkammer 22 ist über einen, in dem Ventilkörper 21 angeordneten, axialen Ablaufkanal 25 mit Ablaufdrossel 26 mit einer Ventilkammer 27 verbunden, die radial außen von einem in axialer Richtung verstellbaren, hülsenförmigen Steuerventilelement 28 eines in axialer Richtung im geschlossenen Zustand druckausgeglichenen Steuerventils 29 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus dem Ablaufkanal 25 kann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 30 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 strömen, wenn das hülsenförmige Steuerventilelement 28, das mit einer Ankerplatte 31 fest verbunden ist, von seinem am Ventilkörper 21 ausgebildeten Steuerventilsitz abgehoben, d.h. das Steuerventil 29 geöffnet ist. Zum Verstellen des hülsenförmigen Steuerventilelementes 28 in der Zeichnungsebene nach oben ist ein elektromagnetischer Aktuator 32 mit einem Elektromagneten 33 vorgesehen, der mit der Ankerplatte 31, die in einem Ankerplattenraum 34 angeordnet ist, zusammenwirkt und in der Folge auch mit dem hülsenförmigen Steuerventilelement 28. Bei Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 32 hebt das Steuerventilelement 28 von seinem am Ventilkörper 21 angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel als innenkonusförmiger Innenkegel ausgebildeten, Steuerventilsitz 35 ab. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 23 und der Ablaufdrossel 26 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 29 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Kraftstoffsteuermenge) aus der Steuerkammer 22 in den Niederdruckbereich 30 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus über den Injektorrücklaufanschluss 7 und die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 resultiert. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 22 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 10 von einem Einspritzventilelementsitz 14 abhebt, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherraum 6 durch die Düsenlochanordnung 15 ausströmen kann.The
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 32 unterbrochen, wodurch das hülsenförmige Steuerventilelement 28 mit einer Steuerfeder 36, die sich auf der Ankerplatte 31 abstützt, in der Zeichnungsebene nach unten auf ihren Steuerventilsitz 35 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 23 in die Steuerkammer 22 nachströmende Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung in der Steuerkammer 22 und damit für eine auf das Einspritzventilelement 10 wirkende Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung des Einspritzventilelementes 10 wird von einer Schließfeder 37 unterstützt, die sich einenends an einem Umfangsbund 38 und anderenends an der in der Zeichnungsebene unteren, ringförmigen Stirnseite 39 des hülsenförmigen Abschnitts 20 des Ventilkörpers 21 abstützt.To stop the injection process, the energization of the
Aus
Zusätzlich ist das hülsenförmige, in geschlossenem Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenes Steuerventilelement 28 an seinem Außenumfang 43 geführt. Hierzu ist am Ventilkörper 21 ein in der Zeichnungsebene nach oben ragender Führungsabschnitt 44 vorgesehen, der das Steuerventilelement 28 radial außen umschließt. Der Steuerventilsitz 35 wurde durch den Führungsabschnitt 44 des Ventilkörpers 21 in axialer Richtung hindurch gefertigt. Radial in den Führungsabschnitt 44 sind Bohrungen 45 eingebracht, über die aus dem Ablaufkanal 25 bei geöffnetem Steuerventilelement 28 strömender Kraftstoff radial nach außen in den Ankerplattenraum 34 strömen kann. Damit dieser in den Niederdruckbereich 30 strömende Kraftstoff möglichst wenige hydraulische Kraftimpulse auf die Ankerplatte 31 verursacht, ist in einem den Ankerplattenraum 34 begrenzenden Stützring 46, der die Elektromagnetanordnung 47 des elektromagnetischen Aktuators 32 trägt, ein Radialkanal 48 eingebracht, durch den Kraftstoff in eine Ringkammer 49 strömen kann, die sowohl den Stützring 46 als auch die Elektromagnetanordnung 47 radial außen umschließt. Über einen axial von dem Radialkanal 48 beabstandeten Radialkanal 50 kann der Kraftstoff aus der Ringkammer 49 wieder nach radial innen zum Injektorrücklaufanschluss 7 und von dort aus über die Rücklaufleitung 8 zum Vorratsbehälter 3 fließen.In addition, the sleeve-shaped, in the closed state in the axial direction pressure balanced
Im Folgenden werden Details des Kraftstoff-Injektors 1 anhand einer vergrößerten Darstellung des Injektorkopfes gemäß
In
An dem dem innenkegelförmigen Steuerventilsitz 35 zugewandten Ende des Steuerventilelementes 28 ist eine ringförmige Dichtkante 54 ausgebildet, die die Kontaktlinie bzw. Schnittlinie von zwei in axialer Richtung benachbarten, jeweils konusförmigen Kegelflächen 55, 56 bildet, wobei die beiden konusförmigen Kegelflächen 55, 56 einen voneinander unterschiedlichen Kegelwinkel (hier Konuswinkel) aufweisen. Dabei handelt es sich bei der in der Zeichnungsebene unteren Kegelfläche 55 um eine hochdruckseitige und bei der axial unmittelbar angrenzenden in der Zeichnungsebene oberen Kegelfläche 56 um eine niederdruckseitige Kegelfläche. Die in der Zeichnungsebene untere, hochdruckseitige Kegelfläche 55 weist dabei einen größeren Kegelwinkel α auf, als die in der Zeichnungsebene, axial benachbarte, obere, niederdruckseitige Kegelfläche 50, deren Kegelwinkel β kleiner ist. Unter einem Kegelwinkel wird dabei der Winkel zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Flächenabschnitten der jeweiligen ringförmigen Kegelfläche verstanden.At the inner cone-shaped
Die axial zwischen den Kegelflächen 55, 56 gebildete Dichtkante 54 wirkt in ihrer Schließstellung mit dem innenkegelförmigen Steuerventilsitz 35 zusammen, der am Ventilkörper 21 ausgebildet ist. Der Kegelwinkel des innenkonusförmigen Steuerventilsitzes 35 ist dabei kleiner als der Kegelwinkel α zwischen den in der Zeichnungsebene unteren Kegelflächen 55 und größer als der Kegelwinkel β zwischen den in der Zeichnungsebene oberen Kegelflächen 56.The sealing edge 54 formed axially between the
Wesentlich ist, was jedoch aus zeichnungstechnischen Gründen nicht dargestellt ist, dass die Radialerstreckung R (hier 150µm) der hochdruckseitigen Kegelfläche 55 maximal 15 %, vorzugsweise maximal 10 % des Durchmessers DI (hier 2 mm) der Dichtkante 54 entspricht, um negative Strömungseinflüsse der hochdruckseitigen Kegelfläche 55 zu minimieren. Bei dem Durchmesser DI handelt es sich bei der gezeigten Injektorvariante mit innerhalb des Steuerventilelementes 28 anliegendem Hochdruck um den innersten Durchmesser der, insbesondere durch Verschleiß, nicht ideal linienförmigen Dichtkante 54. Bei einem Kraftstoff-Injektor 1 mit außen liegendem Hochdruck würde es sich um den äußersten Durchmesser der Dichtkante 54 handeln. Axial zwischen der radial inneren, hochdruckseitigen Kegelfläche 55 und dem innenkegelförmigen Steuerventilsitz 35 ist ein in radialer Richtung zur Dichtkante 54 hin spitz zulaufender Zulaufspalt 57 gebildet, der neben einer zwischen der Kegelfläche 55 und dem Innenkanal 52 ausgebildeten Kante 58 zu einer Zerkleinerung von im Kraftstoff enthaltenen Partikeln beiträgt.It is essential, however, which is not shown for drawing technical reasons that the radial extent R (here 150μm) of the high-pressure side cone surface 55 a maximum of 15%, preferably not more than 10% of the diameter D I (here 2 mm) of the sealing edge 54 corresponds to negative flow influences of high pressure side
Für den vorliegenden Fall, dass man bei einem hülsenförmigen Steuerventilelement 28 ein in seiner Schließstellung in axialerFor the present case, that in a sleeve-shaped
Richtung druckausgeglichenes Steuerventilelement 28 erhalten möchte, muss der Durchmesser der Ventilkammer 27, und damit des oberen Abschnittes 41 der Stufenbohrung 40 genauso groß gewählt werden, wie der Durchmesser DI der Dichtkante 54. Für den Fall, dass man eine minimale, in Schließrichtung wirkende Druckstufe realisieren möchte, also ein nur näherungsweise druckausgeglichenes Steuerventilelement 28, muss der Durchmesser der Ventilkammer 27 (etwas) größer gewählt werden, als der Durchmesser DI der Dichtkante 54 zwischen den Kegelflächen 55, 56.Direction pressure compensated
In
Claims (11)
- Fuel injector, in particular common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with an injection valve element (10) which can be activated by means of a control valve (29), wherein the control valve (29) has a sleeve-shaped control valve element (28) which is at least approximately pressure-equalized in the closed position thereof and which has, on the side thereof which faces a control valve seat (35), a sealing surface which can be brought into tight contact with the control valve seat (35), characterized in that the sealing surface on the control valve element (28) is formed by a sealing edge (54) formed between a conical surface (55) on a high-pressure side and a conical surface (56) which is arranged at an angle with respect thereto and is on the low-pressure side, and in that the radial extent (R) of the conical surface (55) on the high-pressure side is at maximum 15% of the diameter DI of the sealing edge (54).
- Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the radial extent (R) of the conical surface (55) on the high-pressure side corresponds to at maximum 10% of the diameter of the sealing edge (54), and the diameter of the sealing edge (54) is between approximately 1.0 mm and approximately 3.0 mm, preferably between approximately 1.5 mm and approximately 2.0 mm.
- Fuel injector according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the sealing edge (54) which is formed, preferably axially, between the conical surfaces (55, 56) interacts with a control valve seat (35) in the form of a female taper.
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve seat (35) is formed on a valve body (21) delimiting a control chamber (22).
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve element (28), in the closed position thereof, is fully pressure-equalized in the axial direction or has a minimal pressure stage acting in the closing direction.
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the inner circumference of the control valve element (28) is guided on a pressure pin (42) which is formed as a separate component from a component having the control valve seat (35).
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the inner guide diameter of the sleeve-shaped control valve element (28) corresponds at least approximately to the diameter (DI) of the sealing edge (54).
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve element (28) is guided at the outer circumference (43) thereof.
- Fuel injector according to Claim 8, characterized in that the guide for guiding the control valve element (28) is formed on a component having the control valve seat (35).
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that a stepped bore (40) is provided in the sleeve-shaped control valve element (28), and that portion of which stepped bore which faces the control valve seat (35) is formed by an inner duct (52) which is permanently connected hydraulically to an outlet duct (25) from a control chamber (22), and which opens into a portion (41) of the stepped bore (40) that faces away from the control valve seat (35) and has a larger inside diameter than the inner duct (52).
- Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that axial ducts (17) formed axially between a high-pressure storage chamber (6) and a nozzle chamber on the outer circumference of the injection valve element (10) are designed as throttle ducts.
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