EP2955366B1 - Düsenbaugruppe für einen kraftstoffinjektor sowie kraftstoffinjektor - Google Patents
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- EP2955366B1 EP2955366B1 EP15163536.4A EP15163536A EP2955366B1 EP 2955366 B1 EP2955366 B1 EP 2955366B1 EP 15163536 A EP15163536 A EP 15163536A EP 2955366 B1 EP2955366 B1 EP 2955366B1
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- F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions
Definitions
- the invention relates to a nozzle assembly for a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injector with such a nozzle assembly.
- a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine which has an axially displaceably guided in a high-pressure bore of a nozzle body nozzle needle, which is directly actuated by means of an actuator, such as a piezoelectric actuator.
- the actuator cooperates with a hydraulic coupler, which comprises a coupler piston accommodated in a coupler sleeve for delimiting a coupler space.
- the coupler chamber is connected to a control chamber, which is delimited in the axial direction by the nozzle needle. Accordingly, the pressure prevailing in the control chamber is at the nozzle needle, which pressure can be controlled via the actuator.
- JP H11 324866 A discloses another fuel injector in which a plurality of springs and spring plates surround a nozzle needle to exert different forces on the nozzle needle depending on the stroke of the nozzle needle.
- the stroke of the nozzle needle is usually preset and is limited on the one hand by the nozzle needle seat, on the other hand by a stroke stop.
- the default hub may be subject to change. This is especially true when connecting body parts an injector, a nozzle retaining nut is used. Because in the area of screwing the nozzle retaining nut with a body component forces are introduced into the body, which have an influence on the stroke of the nozzle needle. The influence increases with increasing distance of the stroke stop to the seat of the nozzle needle.
- the present invention is therefore an object of the invention to provide a nozzle assembly for a fuel injector with a hubbeweglichen nozzle needle whose stroke is limited by a "seat close" stroke stop. This is intended to reduce the risk of changing a nozzle needle stroke preset in production. Furthermore, the stroke stop should be easy and inexpensive to implement.
- the nozzle assembly proposed for a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle body and a nozzle needle which is liftably received for releasing and closing at least one injection opening in a high-pressure bore of the nozzle body and acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a nozzle spring.
- the nozzle spring is supported at its end facing the nozzle seat on a spring plate coupled to the nozzle needle.
- According to the nozzle spring is supported at its other end to a second spring plate, which is arranged at an axial distance from the first spring plate and cooperating with this form a stroke stop for the nozzle needle.
- First and second spring plate form in this way a seat-near stroke stop for limiting the stroke of the nozzle needle.
- the axial distance between the two spring plates defines the maximum opening stroke of the nozzle needle.
- the stroke stopper is simple and inexpensive to implement by providing a second spring plate.
- the nozzle needle is surrounded at its end facing away from the sealing seat by a third spring plate, which is acted upon by the spring force of another spring in the direction of a lifting coupler piston of a hydraulic coupling device, so that the spring force of the other spring holds the third spring plate in contact with the coupler piston.
- an actuator of the injector for controlling the nozzle needle stroke can be coupled to the nozzle needle in such a way that a translation of the actuator force or stroke and / or a reversal of the effective direction of the actuator takes place.
- the second spring plate is acted upon by the spring force of a further spring whose spring force is greater than that of the nozzle spring and axially biases the second spring plate against the spring force of the nozzle spring against a preferably radially extending support surface.
- the spring force of the other spring ensures the constant contact of the second spring plate with the support surface. This means that it counteracts an unwanted lifting of the second spring plate from the support surface.
- a preset stroke of the nozzle needle is maintained.
- the support surface is formed on the nozzle body, which may have, for example, a radially extending paragraph for this purpose.
- the nozzle body is designed in several parts and comprises a nozzle part and a thereto attached pipe part.
- the multi-part design of the nozzle body has the advantage that the stresses in the nozzle body are reduced, which are inter alia due to the fact that at the high pressure bore limiting inner peripheral surface during operation of the injector is high pressure.
- the axial force which is caused by a nozzle retaining nut for the axial clamping of the various body components of the injector, leads to stresses in the nozzle body.
- the nozzle retaining nut can also be used to axially clamp the several parts of the nozzle body, so that a high-pressure-tight seal between the parts is ensured.
- the tube part has an inner diameter that is larger than the inner diameter of the nozzle part.
- an annular surface is exposed on the nozzle part of the nozzle body, which can be used as a radially extending support surface for supporting the second spring plate. This allows easy adjustment and measurement of the nozzle needle stroke.
- the spring force of the second spring plate acts against the support surface axially biasing spring alone on the nozzle part of the nozzle body and the pipe part remains unloaded.
- the second spring plate is disc-shaped. Such a component is simple and inexpensive to produce.
- the second spring plate may have a central recess for the passage of the nozzle needle.
- the inner diameter of the central recess of the second spring plate is preferably larger than the outer diameter of the nozzle needle in the region of the passage.
- the remaining annular gap between the second spring plate and the Nozzle needle serves to supply fuel in the direction of the at least one injection opening.
- At least one flow-through opening is formed in at least one of the two spring plates.
- the flow-through opening may be formed, for example, in the second spring plate as an eccentrically arranged axially extending channel.
- an axially extending channel may be formed, which optionally opens into a radially extending channel to circumvent a collar region of the nozzle needle for supporting the spring plate.
- the first spring plate is preferably annular and has a hollow cylindrical projection for forming a stop surface.
- the stop surface is further preferably formed over an end face of the hollow cylindrical projection. Due to the coupling of the first spring plate with the nozzle needle this is carried by the nozzle needle when it opens. In this case, an axial gap between the stop surface and the second spring plate defines the maximum opening stroke of the nozzle needle.
- the nozzle spring is disposed within the hollow cylindrical projection of the first spring plate, so that this causes a guide of the nozzle spring.
- the nozzle needle, the third spring plate and the coupler piston define a control chamber which is hydraulically connected to a coupler volume of the coupling device. Due to the hydraulic connection can be influenced by a change in pressure in the coupler volume of the pressure in the control chamber in such a way that the pressure decreases and the nozzle needle is able to open against the spring force of the nozzle spring.
- the required pressure change in the coupler volume is effected by a stroke of the coupler piston, which is for this purpose coupled to the actuator.
- the coupler volume is preferably formed in a coupler body of the hydraulic coupling device, which is further preferably axially clamped to the nozzle body by means of the aforementioned nozzle retaining nut. The coupler body is thus fixed in its position.
- the coupler piston for limiting the coupler volume in the coupler body is guided in a liftable manner.
- the coupler body preferably has a hollow-cylindrical projection which surrounds the coupler piston at least in regions.
- the coupler body can be penetrated by a pressure pin which transmits the actuator force or the actuator stroke to the coupler piston. The force or stroke transmission via the pressure pin allows the arrangement of the actuator in a low-pressure region of the injector, which is separated from the high pressure region by the coupler body.
- a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having a nozzle assembly according to the invention and an actuator assembly which is hydraulically and / or mechanically coupled or coupled to the nozzle needle for actuating the nozzle needle.
- the actuator assembly comprises a piezoelectric actuator or a magnetic actuator.
- the use of a piezoelectric actuator or a magnetic actuator allows direct actuation of the nozzle needle.
- the actuator assembly is preferably accommodated in a body component of the injector, which is axially braced via the already mentioned nozzle retaining nut with the nozzle body and / or the coupler body.
- the Indian Fig. 1 in longitudinal section shown fuel injector comprises a two-part nozzle body 1 with a nozzle part 1.1 as a first part and a pipe part 1.2 as a second part.
- the parts 1.1 and 1.2 of the nozzle body 1 are axially braced with a coupler body 21 of a hydraulic coupling device 18 and a further body member 23 via a nozzle lock nut 24.
- About the screwing of the nozzle retaining nut 24 forces are introduced into the injector, which may be relevant to function. For such forces can lead to a change in a preset stroke h of a nozzle needle 2, which is received in a liftable manner in a high-pressure bore 4 of the nozzle body 1 for releasing and closing at least one injection opening 3.
- the magnitude of the influence of the forces depends in particular on the distance of a stop surface A for limiting the nozzle needle stroke from a sealing seat 5 of the nozzle needle 2. To reduce the influence, the distance should be as small as possible.
- the stop surface A is presently formed on a hollow cylindrical projection 15 of a first spring plate 7, which rests on a collar 25 of the nozzle needle 2 and is held by the spring force of a nozzle spring 6 in contact with the annular collar 25.
- the nozzle spring 6 presses the nozzle needle 2 in the sealing seat 5. It is supported At an axial distance from the first spring plate 7, a second spring plate 8 is arranged, which cooperates with the first spring plate 7 forming a stroke stop 9. The axial distance defines the stroke h of the nozzle needle 2.
- the spring force is greater than that of the nozzle spring 6 and the second spring plate 8 against a support surface 10 on the nozzle body. 1 suppressed.
- the support surface 10 is formed on an end face of the nozzle part 1.1 of the nozzle body 1, on which also the pipe part 1.2 of the nozzle body 1 rests.
- the other spring 11 is supported at the other end on a third spring plate 16, which surrounds the control-chamber-side end of the nozzle needle 2 and together with the nozzle needle 2 and a coupler body 21 hubbeweglich guided coupler piston 17 limits the control chamber 19.
- the spring force of the further spring 11 holds the third spring plate 16 in abutment with the coupler piston 17.
- the coupler piston 17 further defines a coupler body 21 formed in the coupler volume 20, whose function will be described below.
- the arrangement of the two spring plates 7, 8 in the high-pressure bore 4, ie in a region close to the seat, has the consequence that the axial distance between the stop surface A and the sealing seat 5 - in comparison to the prior art - is low. This ensures that the influence of the screwing of the clamping nut on the preset stroke of the nozzle needle 2 and thus on the function of the injector is minimal. Furthermore, both spring plates 7, 8 simple geometries, so that they are inexpensive to produce.
- the second spring plate 8 is present disc-shaped with a central recess 12 through which the nozzle needle 2 is guided.
- the recess 12 has an inner diameter which is greater than the outer diameter of the nozzle needle 2 in this area, so that is able to flow through the remaining annular gap of the fuel to be injected through.
- at least one flow opening 13 may be provided in the form of an axial bore.
- a piezoelectric actuator of an actuator assembly 22 is activated, which is received in the body member 23.
- the piezoelectric actuator expands and pushes - against the spring force of a spring 27 - a piston 26 down.
- the piston 26 is operatively connected via a pressure pin 28 with the coupler piston 17, so that this is moved downward.
- the result of the movement of the coupler piston 17 is that the coupler volume 20 formed in the coupler body 21 increases, so that a pressure drop in the coupler volume 20 is effected. Since the coupler volume 20 is connected via a connecting channel 29 with the control chamber 19, and the pressure in the control chamber 19 drops.
- the piezoelectric actuator of the actuator assembly 22 is deactivated. This has the consequence that the piezoelectric actuator contracts again.
- the spring force of the spring 27 presses the piston 26 upwards.
- the provision of the coupler piston 17 is effected by the spring force of the spring 11. With the provision of the coupler piston 17, the coupler volume 20 decreases again and the pressure in the coupler volume 20 and in the control chamber 19 increases.
- On the nozzle needle 2 now acts - in addition to the spring force of the nozzle spring 6 - a hydraulic closing force, which presses the nozzle needle 2 in the sealing seat 5, so that the injection is terminated.
- the Indian Fig. 2 illustrated fuel injector differs from that of Fig. 1 only slightly. It has flow openings 13, 14 in the first spring plate 7, which replace the flow opening 13 in the second spring plate 8.
- the flow-through opening 13 is designed as a longitudinal groove in an inner circumferential region of the first spring plate 7, into which a radially extending channel serving as a flow-through opening 14 opens.
- the flow-through opening 14 ensures that the injected Fuel on annular collar 25 of the nozzle needle 2 passes into the lower part of the high-pressure bore 4 passes.
- the functioning of the injector of Fig. 2 the same applies to the Fig. 1 ,
- the figures represent only preferred embodiments of the invention. Modifications are possible. In particular, may be provided instead of a piezoelectric actuator, a magnetic actuator for controlling the lifting movement of the nozzle needle.
- the coupler may be a mechanical coupler.
- the arrangement of a coupler can be dispensed with in its entirety. The presently selected embodiment is merely illustrative of a fuel injector having a nozzle assembly according to the present invention.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.
- Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 021 491 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der eine in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers axial verschiebbar geführte Düsennadel besitzt, die mittels eines Aktors, beispielsweise eines Piezoaktors, direkt betätigbar ist. Der Aktor wirkt dabei mit einem hydraulischen Koppler zusammen, der einen in einer Kopplerhülse aufgenommenen Kopplerkolben zur Begrenzung eines Kopplerraums umfasst. Der Kopplerraum ist mit einem Steuerraum verbunden, der in axialer Richtung von der Düsennadel begrenzt wird. An der Düsennadel liegt demnach der im Steuerraum herrschende Druck an, der über den Aktor steuerbar ist. In Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum, vermag die Düsennadel zu öffnen oder wird über eine hydraulische Druckkraft, zu welcher sich die Federkraft einer mittelbar über einen Federteller an der Düsennadel abgestützten Düsenfeder addiert, in einen Düsennadelsitz zurückgestellt.JP H11 324866 A - Bei Kraftstoffinjektoren der vorstehend genannten Art ist der Hub der Düsennadel in der Regel voreingestellt und wird einerseits durch den Düsennadelsitz, andererseits durch einen Hubanschlag begrenzt. Der voreingestellte Hub kann jedoch einer Veränderung unterliegen. Dies gilt insbesondere, wenn zur Verbindung der Körperbauteile eines Injektors eine Düsenspannmutter verwendet wird. Denn im Bereich der Verschraubung der Düsenspannmutter mit einem Körperbauteil werden Kräfte in den Körper eingeleitet, die Einfluss auf den Hub der Düsennadel haben. Der Einfluss steigt mit zunehmendem Abstand des Hubanschlags zum Sitz der Düsennadel.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit einer hubbeweglichen Düsennadel anzugeben, deren Hub durch einen "sitznahen" Hubanschlag begrenzt wird. Dadurch soll die Gefahr verringert werden, dass sich ein in der Fertigung voreingestellter Düsennadelhub verändert. Ferner soll der Hubanschlag einfach und kostengünstig realisierbar sein.
- Die Aufgabe wird gelöst durch die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
- Die für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper und eine Düsennadel, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung in einer Hochdruckbohrung des Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Düsenfeder beaufschlagt ist. Die Düsenfeder ist dabei an ihrem dem Düsensitz zugewandten Ende an einem mit der Düsennadel gekoppelten Federteller abgestützt. Erfindungsgemäß ist die Düsenfeder an ihrem anderen Ende an einem zweiten Federteller abgestützt, der in einem axialen Abstand zum ersten Federteller angeordnet ist und mit diesem einen Hubanschlag für die Düsennadel ausbildend zusammenwirkt. Erster und zweiter Federteller bilden auf diese Weise einen sitznahen Hubanschlag zur Begrenzung des Hubs der Düsennadel aus. Der axiale Abstand zwischen den beiden Federtellern definiert dabei den maximalen Öffnungshub der Düsennadel. Ferner ist der Hubanschlag einfach und kostengünstig durch Vorsehen eines zweiten Federtellers realisierbar.
- Außerdem ist die Düsennadel an ihrem dichtsitzabgewandten Ende von einem dritten Federteller umgeben, der von der Federkraft einer weiteren Feder in Richtung eines hubbeweglichen Kopplerkolbens einer hydraulischen Kopplungseinrichtung beaufschlagt ist, so dass die Federkraft der weiteren Feder den dritten Federteller in Anlage mit dem Kopplerkolben hält. Über die Kopplungseinrichtung kann ein Aktor des Injektors zur Steuerung des Düsennadelhubs mit der Düsennadel in der Weise gekoppelt werden, dass eine Übersetzung der Aktorkraft oder des -hubs und/oder eine Umkehr der Wirkrichtung des Aktors erfolgt.
- Bevorzugt ist der zweite Federteller von der Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt, deren Federkraft größer als die der Düsenfeder ist und den zweiten Federteller entgegen der Federkraft der Düsenfeder gegen eine vorzugsweise radial verlaufende Stützfläche axial vorspannt. Die Federkraft der weiteren Feder stellt den ständigen Kontakt des zweiten Federtellers mit der Stützfläche sicher. Das heißt, dass sie einem ungewollten Abheben des zweiten Federtellers von der Stützfläche entgegenwirkt. Dadurch bleibt ein voreingestellter Hub der Düsennadel erhalten. Vorzugsweise ist die Stützfläche am Düsenkörper ausgebildet, der hierzu beispielsweise einen radial verlaufenden Absatz aufweisen kann.
- Weiterhin bevorzugt ist der Düsenkörper mehrteilig ausgeführt und umfasst ein Düsenteil sowie ein hieran angesetztes Rohrteil. Die mehrteilige Ausführung des Düsenkörpers weist den Vorteil auf, dass die Spannungen im Düsenkörper reduziert werden, die unter anderem dadurch bedingt sind, dass an der die Hochdruckbohrung begrenzenden Innenumfangsfläche im Betrieb des Injektors Hochdruck anliegt. Ferner führt die Axialkraft, die durch eine Düsenspannmutter zur axialen Verspannung der verschiedenen Körperbauteile des Injektors bewirkt wird, zu Spannungen im Düsenkörper. Die Düsenspannmutter kann vorliegend auch dazu eingesetzt werden, die mehreren Teile des Düsenkörpers axial zu verspannen, so dass eine hochdruckfeste Abdichtung zwischen den Teilen gewährleistet ist. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Rohrteil einen Innendurchmesser besitzt, der größer als der Innendurchmesser des Düsenteils ist. Auf diese Weise wird eine ringförmige Fläche am Düsenteil des Düsenkörpers freigelegt, die als radial verlaufende Stützfläche zur Abstützung des zweiten Federtellers einsetzbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung und Messung des Düsennadelhubes. Ferner wirkt die Federkraft der den zweiten Federteller gegen die Stützfläche axial vorspannenden Feder allein auf das Düsenteil des Düsenkörpers und das Rohrteil bleibt unbelastet.
- Vorteilhafterweise ist der zweite Federteller scheibenförmig ausgebildet. Ein solches Bauteil ist einfach und kostengünstig herstellbar. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Federteller eine zentrale Ausnehmung zur Durchführung der Düsennadel besitzen. Der Innendurchmesser der zentralen Ausnehmung des zweiten Federtellers ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der Düsennadel im Bereich der Durchführung. Der verbleibende Ringspalt zwischen dem zweiten Federteller und der Düsennadel dient der Kraftstoffzuführung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung.
- Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass zumindest in einem der beiden Federteller wenigstens eine Durchströmöffnung ausgebildet ist. Die Durchströmöffnung kann beispielsweise im zweiten Federteller als exzentrisch angeordneter axial verlaufender Kanal ausgebildet sein. Im ersten Federteller, der vorzugsweise in radialer Richtung über die Düsennadel geführt ist, kann ein axial verlaufender Kanal ausgebildet sein, der ggf. in einen radial verlaufenden Kanal mündet, um einen Bundbereich der Düsennadel zur Auflage des Federteller zu umgehen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der vom Rohrteil des Düsenkörpers umschlossene Teil der Hochruckbohrung mit dem vom Düsenteil umschlossenen Teil der Hochdruckbohrung verbunden ist und einzuspritzender Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu strömen vermag.
- Der erste Federteller ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und besitzt einen hohlzylinderförmigen Ansatz zur Ausbildung einer Anschlagfläche. Die Anschlagfläche wird weiterhin vorzugsweise über eine Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes ausgebildet. Aufgrund der Kopplung des ersten Federtellers mit der Düsennadel wird dieser von der Düsennadel mitgeführt, wenn diese öffnet. Dabei definiert ein Axialspalt zwischen der Anschlagfläche und dem zweiten Federteller den maximalen Öffnungshub der Düsennadel. Vorteilhafterweise ist die Düsenfeder innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes des ersten Federtellers angeordnet, so dass dieser eine Führung der Düsenfeder bewirkt.
- Bevorzugt begrenzen die Düsennadel, der dritte Federteller und der Kopplerkolben einen Steuerraum, der mit einem Kopplervolumen der Kopplungseinrichtung hydraulisch verbunden ist. Aufgrund der hydraulischen Verbindung kann über eine Druckänderung im Kopplervolumen der Druck im Steuerraum in der Weise beeinflusst werden, dass der Druck abnimmt und die Düsennadel entgegen der Federkraft der Düsenfeder zu öffnen vermag. Die erforderliche Druckänderung im Kopplervolumen wird durch einen Hub des Kopplerkolbens bewirkt, der hierzu mit dem Aktor gekoppelt ist. Das Kopplervolumen ist vorzugsweise in einem Kopplerkörper der hydraulischen Kopplungseinrichtung ausgebildet, der weiterhin vorzugsweise mittels der bereits genannten Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper axial verspannt ist. Der Kopplerkörper ist somit in seiner Lage fixiert.
- Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kopplerkolben zur Begrenzung des Kopplervolumens in dem Kopplerkörper hubbeweglich geführt ist. Der Kopplerkörper besitzt hierzu bevorzugt einen hohlzylinderförmigen Ansatz, welcher den Kopplerkolben zumindest bereichsweise umgibt. Zur Kopplung des Kopplerkolbens mit einem Aktor kann der Kopplerkörper von einem Druckstift durchsetzt sein, der die Aktorkraft bzw. den Aktorhub auf den Kopplerkolben überträgt. Die Kraft- bzw. Hubübertragung über den Druckstift ermöglicht die Anordnung des Aktors in einem Niederdruckbereich des Injektors, der vom Hochdruckbereich durch den Kopplerkörper getrennt wird.
- Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe und einer Aktorbaugruppe vorgeschlagen, die zur Betätigung der Düsennadel hydraulisch und/oder mechanisch mit der Düsennadel gekoppelt oder koppelbar ist. Vorzugsweise umfasst die Aktorbaugruppe einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor. Der Einsatz eines Piezoaktor oder eines Magnetaktors ermöglicht eine direkte Betätigung der Düsennadel. Die Aktorbaugruppe ist vorzugsweise in einem Körperbauteil des Injektors aufgenommen, das über die bereits genannte Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper und/oder dem Kopplerkörper axial verspannt ist. Hier kommen die Vorteile einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe besonders gut zum Tragen, da der "sitznahe" Hubanschlag zur Begrenzung des Hubs der Düsennadel den Einfluss der Düsenspannmutter bzw. der über die Verschraubung der Spannmutter eingeleiteten Kräfte auf den voreingestellten Hub der Düsennadel verringert. Hieraus ergeben sich eine erhöhte Funktionssicherheit sowie ein Auslegungsvorteil.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform und -
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. - Der in der
Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen zweiteiligen Düsenkörper 1 mit einem Düsenteil 1.1 als erstes Teil und einem Rohrteil 1.2 als zweites Teil. Die Teile 1.1 und 1.2 des Düsenkörpers 1 sind mit einem Kopplerkörper 21 einer hydraulischen Kopplungseinrichtung 18 und einem weiteren Körperbauteil 23 über eine Düsenspannmutter 24 axial verspannt. Über die Verschraubung der Düsenspannmutter 24 werden Kräfte in den Injektor eingeleitet, die funktionsrelevant sein können. Denn derartige Kräfte können zu einer Veränderung eines voreingestellten Hubes h einer Düsennadel 2 führen, die in einer Hochdruckbohrung 4 des Düsenkörpers 1 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Wie groß der Einfluss der Kräfte ist, hängt insbesondere vom Abstand einer Anschlagfläche A zur Begrenzung des Düsennadelhubes von einem Dichtsitz 5 der Düsennadel 2 ab. Um den Einfluss zu verringern, ist der Abstand möglichst klein zu wählen. - Die Anschlagfläche A ist vorliegend an einem hohlzylinderförmigen Ansatz 15 eines ersten Federtellers 7 ausgebildet, der auf einem Ringbund 25 der Düsennadel 2 aufliegt und von der Federkraft einer Düsenfeder 6 in Anlage mit dem Ringbund 25 gehalten wird. Die Düsenfeder 6 drückt die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5. Unterstützt wird die Düsenfeder 6 dabei von einem Steuerdruck in einem Steuerraum 19. In einem axialen Abstand zum ersten Federteller 7 ist ein zweiter Federteller 8 angeordnet, der mit dem ersten Federteller 7 einen Hubanschlag 9 ausbildend zusammenwirkt. Der axiale Abstand definiert dabei den Hub h der Düsennadel 2. Am zweiten Federteller 8 ist einerseits die Düsenfeder 6 und andererseits eine weitere Feder 11 abgestützt, deren Federkraft größer als die der Düsenfeder 6 ist und den zweiten Federteller 8 gegen eine Stützfläche 10 am Düsenkörper 1 drückt. Die Stützfläche 10 ist an einer Stirnfläche des Düsenteils 1.1 des Düsenkörpers 1 ausgebildet, an der auch das Rohrteil 1.2 des Düsenkörpers 1 anliegt. Die weitere Feder 11 ist andernends an einem dritten Federteller 16 abgestützt, der das steuerraumseitige Ende der Düsennadel 2 umgibt und gemeinsam mit der Düsennadel 2 und einem im Kopplerkörper 21 hubbeweglich geführten Kopplerkolben 17 den Steuerraum 19 begrenzt. Die Federkraft der weiteren Feder 11 hält dabei den dritten Federteller 16 in Anlage mit dem Kopplerkolben 17. Der Kopplerkolben 17 begrenzt ferner ein im Kopplerkörper 21 ausgebildetes Kopplervolumen 20, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird.
- Die Anordnung der beiden Federteller 7, 8 in der Hochdruckbohrung 4, d. h. in einem sitznahen Bereich, hat zur Folge, dass der axiale Abstand zwischen der Anschlagfläche A und dem Dichtsitz 5 - im Vergleich zum Stand der Technik - gering ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Einfluss der Verschraubung der Spannmutter auf den voreingestellten Hub der Düsennadel 2 und damit auf die Funktion des Injektors minimal ist. Ferner weisen beide Federteller 7, 8 einfache Geometrien auf, so dass diese kostengünstig herstellbar sind. Der zweite Federteller 8 ist vorliegend scheibenförmig mit einer zentralen Ausnehmung 12 ausgebildet, durch welche die Düsennadel 2 hindurch geführt ist. Dabei weist die Ausnehmung 12 einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Düsennadel 2 in diesem Bereich ist, so dass durch den verbleibenden Ringspalt der einzuspritzende Kraftstoff hindurch zu strömen vermag. Um die Kraftstoffströmung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3 zu optimieren kann, wie in der
Fig. 1 dargestellt, im zweiten Federteller 8 zusätzlich wenigstens eine Durchströmöffnung 13 in Form eines Axialbohrung vorgesehen sein. - Die Funktionsweise des in der
Fig. 1 dargestellten Injektors ist wie folgt: - Zum Öffnen der Düsennadel 2 und damit zum Freigeben der Einspritzöffnung 3 wird ein Piezoaktor einer Aktorbaugruppe 22 aktiviert, die in dem Körperbauteil 23 aufgenommen ist. Bei Aktivierung dehnt sich der Piezoaktor aus und drückt - entgegen der Federkraft einer Feder 27 - einen Kolben 26 nach unten. Der Kolben 26 ist über einen Druckstift 28 mit dem Kopplerkolben 17 wirkverbunden, so dass auch dieser nach unten bewegt wird. Die Bewegung des Kopplerkolbens 17 hat zur Folge, dass sich das im Kopplerkörper 21 ausgebildete Kopplervolumen 20 vergrößert, so dass ein Druckabfall im Kopplervolumen 20 bewirkt wird. Da das Kopplervolumen 20 über einen Verbindungskanal 29 mit dem Steuerraum 19 verbunden ist, fällt auch der Druck im Steuerraum 19 ab. Der Druckabfall im Steuerraum 19 entlastet die Düsennadel 2, so dass diese vom Dichtsitz 5 abhebt und die Einspritzöffnung 3 freigibt. Über einen im Körperbauteil 23 ausgebildeten seitlichen Zulaufkanal 30, eine im Kopplerkörper 21 ausgebildete seitliche Bohrung 31 und die Hochdruckbohrung 4 strömt nunmehr hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher 32 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3. Die wenigstens eine im zweiten Federteller 8 ausgebildete Durchströmöffnung 13 dient dabei der Optimierung der Kraftstoffströmung in der Hochdruckbohrung 4.
- Zum Verschließen der Einspritzöffnung 3 wird der Piezoaktor der Aktorbaugruppe 22 deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass sich der Piezoaktor wieder zusammenzieht. Die Federkraft der Feder 27 drückt dabei den Kolben 26 nach oben. Die Rückstellung des Kopplerkolbens 17 wird durch die Federkraft der Feder 11 bewirkt. Mit der Rückstellung des Kopplerkolbens 17 verkleinert sich das Kopplervolumen 20 wieder und der Druck im Kopplervolumen 20 sowie im Steuerraum 19 steigt an. Auf die Düsennadel 2 wirkt nunmehr - ergänzend zur Federkraft der Düsenfeder 6 - eine hydraulische Schließkraft, welche die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5 drückt, so dass die Einspritzung beendet wird.
- Der in der
Fig. 2 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem derFig. 1 nur geringfügig. Er weist Durchströmöffnungen 13, 14 im ersten Federteller 7 auf, welche die Durchströmöffnung 13 im zweiten Federteller 8 ersetzen. Die Durchströmöffnung 13 ist als Längsnut in einem Innenumfangsbereich des ersten Federtellers 7 ausgebildet, in welche ein als Durchströmöffnung 14 dienender radial verlaufender Kanal mündet. Die Durchströmöffnung 14 stellt sicher, dass der einzuspritzende Kraftstoff am Ringbund 25 der Düsennadel 2 vorbei in den unteren Teil der Hochdruckbohrung 4 gelangt. Die Funktionsweise des Injektors derFig. 2 entspricht im Übrigen der derFig. 1 . - Es wird angemerkt, dass die Figuren lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Abwandlungen sind möglich. Insbesondere kann anstelle eines Piezoaktors ein Magnetaktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel vorgesehen sein. Ferner kann der Koppler ein mechanischer Koppler sein. Darüber hinaus kann auf die Anordnung eines Kopplers auch in Gänze verzichtet werden. Die vorliegend gewählte Ausführungsform dient lediglich der Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
Claims (9)
- Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (1) und eine Düsennadel (2), die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (3) in einer Hochdruckbohrung (4) des Düsenkörpers (1) hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Düsenfeder (6) beaufschlagt ist, wobei die Düsenfeder (6) an ihrem dem Düsensitz (5) zugewandten Ende an einem mit der Düsennadel (2) gekoppelten Federteller (7) abgestützt ist, wobei die Düsenfeder (6) an ihrem anderen Ende an einem zweiten Federteller (8) abgestützt ist, der in einem axialen Abstand zum ersten Federteller (7) angeordnet ist und mit diesem einen Hubanschlag (9) für die Düsennadel (2) ausbildend zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2) an ihrem dichtsitzabgewandten Ende von einem dritten Federteller (16) umgeben ist, der von der Federkraft einer weiteren Feder (11) in Richtung eines hubbeweglichen Kopplerkolbens (17) einer hydraulischen Kopplungseinrichtung (18) beaufschlagt ist, so dass die Federkraft der weiteren Feder (11) den dritten Federteller (16) in Anlage mit dem Kopplerkolben (17) hält. - Düsenbaugruppe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federteller (8) von der Federkraft der weiteren Feder (11) beaufschlagt ist, deren Federkraft größer als die der Düsenfeder (6) ist und den zweiten Federteller (8) entgegen der Federkraft der Düsenfeder (6) gegen eine vorzugsweise radial verlaufende Stützfläche (10) axial vorspannt, wobei weiterhin vorzugsweise die radial verlaufende Stützfläche (10) am Düsenkörper (1) ausgebildet ist. - Düsenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1) mehrteilig ausgeführt ist und ein Düsenteil (1.1) sowie ein hieran angesetztes Rohrteil (1.2) umfasst, wobei vorzugsweise das Rohrteil (1.2) einen Innendurchmesser besitzt, der zur Ausbildung der radial verlaufenden Stützfläche (10) größer als der Innendurchmesser des Düsenteils (1.1) ist. - Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federteller (8) scheibenförmig ausgebildet ist und/oder eine zentrale Ausnehmung (12) zur Durchführung der Düsennadel (2) besitzt, deren Innendurchmesser vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der Düsennadel (2) in diesem Bereich ist. - Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem der beiden Federteller (7, 8) wenigstens eine Durchströmöffnung (13, 14) ausgebildet ist. - Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Federteller (7) ringförmig ausgebildet ist und einen hohlzylinderförmigen Ansatz (15) zur Ausbildung einer Anschlagfläche (A) besitzt, wobei vorzugsweise die Düsenfeder (6) innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes (15) angeordnet ist. - Düsenbaugruppe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2), der dritte Federteller (16) und der Kopplerkolben (17) einen Steuerraum (19) begrenzen, der mit einem Kopplervolumen (20) der Kopplungseinrichtung (18) hydraulisch verbunden ist, wobei das Kopplervolumen (20) vorzugsweise in einem Kopplerkörper (21) ausgebildet ist. - Düsenbaugruppe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (17) zur Begrenzung des Kopplervolumens (20) in dem Kopplerkörper (21) hubbeweglich geführt ist. - Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Aktorbaugruppe (22), die zur Betätigung der Düsennadel (2) hydraulisch und/oder mechanisch mit der Düsennadel (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei vorzugsweise die Aktorbaugruppe (22) einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor umfasst.
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