EP3074623A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

Kraftstoffinjektor

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EP3074623A1
EP3074623A1 EP14781567.4A EP14781567A EP3074623A1 EP 3074623 A1 EP3074623 A1 EP 3074623A1 EP 14781567 A EP14781567 A EP 14781567A EP 3074623 A1 EP3074623 A1 EP 3074623A1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuel injector
injection
chamber
injector according
Prior art date
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Application number
EP14781567.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3074623B1 (de
Inventor
Florian Hoffmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3074623A1 publication Critical patent/EP3074623A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3074623B1 publication Critical patent/EP3074623B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • 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
    • F02M55/008—Arrangement of fuel passages inside of injectors
    • 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
    • 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
    • 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
  • Such a fuel injector is known from DE 10 2006 049 830 A1
  • the injector has, within an injector housing, a control chamber in which the end of a nozzle needle opposite an injection opening is inserted.
  • the control chamber is formed via an inlet channel designed as an inflow bore with a
  • the control chamber is used in a known manner to the opening and closing movement of the
  • Nozzle needle is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine depends inter alia on different fuel properties.
  • Fuel properties in turn depend on the type of fuel and the environmental conditions. For example, the viscosity of both the type of fuel (winter diesel, summer diesel, mixtures of various
  • the viscosity of the fuel is usually higher than when the engine is at operating temperature. This has the consequence that, without influencing the injection parameters during the cold start, too little fuel is usually injected into the combustion chamber. It is therefore necessary or desirable, during the warm-up phase of the engine or the internal combustion engine, the fuel quantity during an injection process of a relatively high value due to the low
  • inlet bore into the control chamber is shown as an elongated bore, in practice, however, within the diameter / length ratio of approximately 1: 2.5 having inlet bore to influence the flow rate, a flow constriction in the form of a diaphragm is formed. This diaphragm causes the fuel flowing out of the high-pressure chamber into the control chamber to continue to flow turbulently after passing through the diaphragm. From the
  • the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that during a Einspritztaktes a
  • Injector valve member in particular during the warm-up phase of the internal combustion engine, a target injection amount despite different Viscosities of the fuel at different temperatures in the
  • Combustion chamber of the internal combustion engine can be achieved with the least possible effort. In particular, it should be achieved that even at a relatively high viscosity, i. at a relatively low temperature of the fuel, the desired injection quantity is achieved.
  • Inflow channel via which a post-flow of fuel from the high-pressure chamber takes place in the control chamber of the fuel injector, is formed to form a laminar flow.
  • the invention is based on the finding that in the presence of a laminar flow the
  • Flow rate through the inflow channel is viscosity-dependent.
  • a flow which is reduced compared to a lower viscosity is made possible. This has the consequence that the pressure in the control chamber when opening the Abiaufbohrung falls faster or faster, since the inflowing over the inflow channel fuel with less
  • Flow rate (per unit time) flows through the inflow channel.
  • the at least one inflow channel at least two, preferably a constant diameter having first
  • throttle bores in the element wherein the diameter / length ratio of the at least two throttle bores is less than 1: 5, preferably about 1:10.
  • the diameter / length ratio should be about 1: 15.
  • control chamber is usually formed by an annular circumferential wall portion of a valve piece, or by a voltage applied to a throttle plate in the axial direction control chamber sleeve. Both the minimum wall thickness of the control chamber sleeve and the valve piece is given for pressure or strength reasons and is usually chosen as small as possible. Now to the desired
  • Control chamber sleeve to effect the desired throttle function and on the other hand, for example, in full load operation to take into account that enough fuel can flow into the control chamber, that is, the fuel! Njektor has a desired high dynamics.
  • the at least two throttle bores are arranged at regular angular intervals from one another.
  • the at least one inflow channel comprises at least one groove formed in the injection member between the control chamber and the high-pressure chamber on the lateral surface of the injection member whose width / depth ratio is smaller 1: 10, preferably about 1: 20.
  • Throttle bore dispensed with these and instead of a targeted
  • Fuel causes from the high-pressure chamber in the control room.
  • This solution has a constructive extent in that the strength of the valve piece or the control chamber sleeve is not weakened by throttle bores, and that on the other hand by the usually relatively long in the axial direction of the injection member formed guide a single groove is sufficient to the viscosity-dependent throttling effect of To realize inflow channels.
  • Section passes, which has a smaller diameter compared to the first section.
  • the at least one inflow channel has one in the
  • Injection member formed second throttle bore comprises, wherein the
  • Diameter / length ratio of the throttle bore is less than 1: 5, preferably about 1:10.
  • This variant supplies the fuel via a throttle bore formed, for example, in the longitudinal axis of the injection member (nozzle needle), which is then connected to the high-pressure chamber, for example via a transverse bore.
  • the injection valve member may have a substantially constant diameter or that no mechanical processing is required on the peripheral surface of the injection valve.
  • Fig. 1 shows a portion of a fuel injector according to the invention in
  • FIG. 3 each have a comparison with FIG. 1 modified injection member
  • Fig. 1 is a portion of a fuel according to the invention! shown ejector 10, as it is used as part of a common rail injection system in self-igniting internal combustion engines.
  • the fuel injector 10 has an injector 1 1, in which in an axis 12, an injection member in the form of a nozzle needle 15 is arranged up and down movable. In the illustrated in Fig. 1, lowered position of the nozzle needle 15, the nozzle needle 15 is seated with a seating area on an inner wall of the injector 1 1 to form a sealing seat sixteenth on, at least one, formed in the injector 1 1
  • the at least one injection port 17 is released for injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine by 1 befindaji fuel in a high-pressure chamber 18 of the injector 1 1 fuel can be injected via the at least one injection port 17 into the combustion chamber.
  • the high-pressure chamber 18 is connected via a supply bore 19 with a
  • Fuel connection 21 is connected, which in turn is connected via a connection, not shown, in particular with a high-pressure accumulator (rail) for the fuel.
  • a stepped bore 22 is formed, which has two bore sections 23, 24 substantially.
  • a portion of a valve piece 25 into it, which in turn in the transition region between the two bore sections 23, 24 axially on an end face 26 of the Stepped bore 22 is applied.
  • an annular shield member 27, a likewise annular housing part 28 and a clamping ring 29 is arranged, which is formed by means of a threaded connection 30, the
  • an actuator 32 for at least indirect actuation of the nozzle needle 15 is arranged, which has a magnet armature 33.
  • the armature 33 cooperates with a magnetic coil 34 which is inserted in an annular recess of a magnetic core 35.
  • the magnetic core 35 is again arranged with the interposition of a support plate 36 between a step 37 on the housing part 28 and the clamping ring 29.
  • the armature 33 has aligned to the longitudinal axis 12 has a through hole 38 in which a guide pin 39 is arranged.
  • the guide pin 39 serves the axial guidance of the armature 33 and is supported on the side facing away from the valve piece 25 axially against the support plate 36 from.
  • the armature 33 is by means of a compression spring 41 in the direction of an end face
  • valve member 25 is subjected to force and forms in the illustrated in Fig. 1 lowered position of the armature 33 with a sealing surface
  • Section of the valve piece 25 has in the longitudinal axis 12 a formed of a plurality of bore portions through hole, which forms a guide portion 44 on the nozzle needle 15 side facing.
  • a control chamber 45 is formed, which has a
  • Abiaufbohrung 46 with integrated Abströmdrossel 47 in a low pressure chamber 50 can be relieved of pressure.
  • the Abiaufbohrung 46 opens into the end face 42 of the valve member 25 and is radially surrounded by the sealing surface 43 of the armature 33.
  • the control chamber 45 is hydraulically connected to the high-pressure chamber 18 via at least two inflow channels arranged at regular angular intervals in the form of first throttle bores 48, which are formed in the radially encircling wall of the valve member 25 and perpendicular to the longitudinal axis 12.
  • first throttle bores 48, 49 which are preferably produced by a laser-beam device, are designed in such a way that, when fuel flows from the high-pressure chamber 18 into the control chamber 45, a laminar flow is achieved
  • first throttle bores 48, 49 is less than 1: 5, preferably about 1:10. Such a design causes a dependent of the viscosity of the fuel in the high-pressure chamber 18 flow rate of the fuel in the Control room 45. If instead of two throttle holes 48, 49 three
  • Throttle holes are used, so is a preferential
  • Diameter / length ratio of the three throttle bores about 1:15.
  • the actuator 32 by energizing the
  • Magnetic coil 34 is actuated. This raises the armature 33 with his
  • the low-pressure chamber 50 is in turn known per se, and therefore not shown manner with a fuel return of the fuel! njektors 10 hydraulically connected.
  • the pressure drop in the control chamber 45 causes the nozzle needle 15 lifts from its sealing seat 16 and the at least one injection port 17 releases.
  • the fuel flows from the high-pressure chamber 18 via the first two throttle bores 48, 49 as a result of
  • Viscosity-dependent flow rate decelerates towards lower viscosity fuel, resulting in a particularly rapid pressure drop in the air
  • Control chamber 45 is achieved, and thus a particularly rapid lifting of the
  • Fig. 1 operatively connected to the nozzle needle 15 arranged closing spring) is moved. Due to the delayed at high viscosity of the fuel afterflow of the fuel from the high-pressure chamber 18 into the control chamber 45, the pressure in the control chamber 45 is relatively slow
  • FIG. 2 shows a modified embodiment of the invention in which no first throttle bores 48, 49 are formed in the valve piece 25a.
  • the two first throttle bores 48, 49 are in uniform by at least one, preferably more, preferably more than three
  • each other grooves 51 which are formed on the peripheral or lateral surface of the nozzle needle 15 and preferably parallel to the longitudinal axis 12 extend.
  • the nozzle needle 15 in the illustrated embodiment, a first, disposed substantially within the valve piece 25a portion 52 and a second, disposed substantially within the high-pressure chamber 18 section 53. It is essential that the second section 53 has a smaller diameter than the first section 52, so that the at least one groove 51 only in the first
  • Section 52 must be formed to the control chamber 45 with the
  • the width / depth ratio of the at least one groove 51 is less than 1:10, preferably about 1:20, wherein the cross-sectional shape of the groove 51 is preferably rectangular or semicircular (not shown).
  • the depth of the groove 51 is about ⁇ , with an overall length of the groove 51 of about 12mm.
  • FIG. 3 is a further modified embodiment of
  • the second throttle bore 55 has a diameter / length ratio of less than 1: 5, preferably about 1:10.
  • Control chamber 45 formed by a so-called control room sleeve or is limited, which is arranged in analogy to the arranged in the first bore portion 23 portion of the valve member 25, 25 a and then the first throttle bores 48, 49 may have.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (11), in dem wenigstens eine Einspritzöffnung (17) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei der Durchfluss durch die wenigstens eine Einspritzöffnung (17) mittels eines in einer Längsachse (12) auf- und abbeweglichen Einspritzglieds (15), insbesondere einer Düsennadel, steuerbar ist, wobei das Einspritzglied (15) in einem Hochdruckraum (18) angeordnet ist und mit einem der wenigstens einen Einspritzöffnung (17) abgewandten Endbereich in ein einen Steuerraum (45) begrenzendes Element (25; 25a) eintaucht, und wobei der Hochdruckraum (18) über wenigstens einen Zuströmkanal (48, 49; 51; 55) mit dem Hochdruckraum (18) hydraulisch verbunden und über einen Abströmkanal (46) in einen Niederdruckbereich (50) druckentlastbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zuströmkanal (48, 49; 51; 55) zur Ausbildung einer laminaren Durchströmung des Kraftstoffs ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Kraftstoff injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2006 049 830 A1 der
Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoff! njektor weist innerhalb eines Injektorgehäuses einen Steuerraum auf, in dem das einer Einspritzöffnung gegenüberliegende Ende einer Düsennadel eintaucht. Der Steuerraum ist über einen als Zulaufbohrung ausgebildeten Zuströmkanal mit einem
Hochdruckbereich des Injektorgehäuses verbunden, über die der Steuerraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Steuerraum dient in bekannter Art und Weise dazu, die Öffnungs- und Schließbewegung der
Düsennadel über einen Kraftstoffabfluss zu einem Niederdruckbereich mittels einer Abiaufbohrung zu beeinflussen, die mittels eines Ventilglieds geöffnet bzw. verschlossen werden kann.
Die Einspritzmenge, die während des Öffnungs- und Schließhubs der
Düsennadel in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird hängt unter anderem von verschiedenen Kraftstoffeigenschaften ab. Die
Kraftstoffeigenschaften hängen wiederum von der Art des Kraftstoffes und den Umgebungsbedingungen ab. Beispielsweise ist die Viskosität sowohl von der Kraftstoffsorte (Winterdiesel, Sommerdiesel, Mischungen verschiedener
Kraftstoffe usw.) und innerhalb der jeweiligen Kraftstoffsorte auch von der
Temperatur abhängig. Es gibt zwar bereits Möglichkeiten, bei Common-Rail- Einspritzsystemen mittels einer Kraftstofferkennungsfunktion während des Schließens des Kraftstoffeinspritzventils die Viskosität des Kraftstoffs zu erkennen, jedoch ist die Güte der Erkennung abhängig von den Einstellungen des Kraftstoffinjektors, wie z.B. der Magnetkraft, dem Ankerhub und anderen Faktoren.
Beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine ist die Viskosität des Kraftstoffs üblicherweise höher als bei betriebswarmer Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass ohne Beeinflussung der Einspritzparameter während des Kaltstarts üblicherweise eine zu geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird. Es ist daher erforderlich bzw. wünschenswert, während der Aufwärmphase des Motors bzw. der Brennkraftmaschine die Kraftstoff menge während eines Einspritzvorgangs von einem relativ hohen Wert aufgrund der niedrigen
Kraftstofftemperatur bzw. dessen hoher Viskosität nach und nach zu verringern, bis der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat bzw. der Kraftstoff eine innerhalb gewisser Toleranzen liegende Viskosität. Wie oben erläutert, gibt es zwar bereits Methoden bzw. Ansätze zur Erkennung der Viskosität des
Kraftstoffs, jedoch bedeuten die angesprochenen Maßnahmen üblicherweise einen erhöhten konstruktiven bzw. steuerungstechnischen Aufwand. Darüber hinaus ist es wesentlich, dass bei der eingangs genannten Schrift die
Zulaufbohrung in den Steuerraum zwar als längliche Bohrung dargestellt ist, in der Praxis ist innerhalb der ein Durchmesser-/Längenverhältnis von etwa 1 :2,5 aufweisenden Zulaufbohrung zur Beeinflussung der Durchflussmenge jedoch eine Strömungsverengung in Form einer Blende ausgebildet. Diese Blende bewirkt, dass der in den Steuerraum aus dem Hochdruckraum nachströmende Kraftstoff nach Passieren der Blende turbulent weiterströmt. Aus der
Strömungstechnik ist es bekannt, dass der Durchfluss durch eine Blende viskositätsunabhängig ist, so dass herkömmliche Zulaufbohrungen einen temperarturunabhängigen Durchfluss aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass während eines Einspritztaktes eines
Einspritzventilglieds (Düsennadel), insbesondere während der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine, eine Solleinspritzmenge trotz unterschiedlicher Viskositäten des Kraftstoffs bei unterschiedlichen Temperaturen in den
Brennraum der Brennkraftmaschine mit möglichst geringem Aufwand erzielt werden kann. Insbesondere soll es erreicht werden, dass auch bei einer relativ hohen Viskosität, d.h. bei einer relativ geringen Temperatur des Kraftstoffs, die gewünschte Einspritzmenge erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der wenigstens eine
Zuströmkanal, über den ein Nachströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum in den Steuerraum des Kraftstoffinjektors stattfindet, zur Ausbildung einer laminaren Durchströmung ausgebildet ist. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zugrunde, dass beim Vorliegen einer laminaren Strömung die
Durchflussmenge durch den Zuströmkanal viskositätsabhängig ist. Insbesondere wird dabei bei einer relativ hohen Viskosität ein gegenüber einer niedrigeren Viskosität verringerter Durchfluss ermöglicht. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Steuerraum beim Öffnen der Abiaufbohrung stärker bzw. schneller abfällt, da der über den Zuströmkanal nachströmender Kraftstoff mit geringerer
Durchflussmenge (pro Zeiteinheit) durch den Zuströmkanal nachströmt.
Desweiteren wird beim Einleiten der Schließbewegung der Düsennadel durch Verschließen des Ablaufkanals der Druck im Steuerraum später bzw.
zeitverzögert aufgebaut. Beide Eigenschaften haben zur Folge, dass die
Dynamik der Bewegung des Einspritzventilglieds (Düsennadel) derart verändert wird, dass während eines Einspritztaktes eine erhöhte Kraftstoffmenge über die Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da die Viskosität temperaturabhängig ist, verringern sich die Effekte bei
zunehmender Kraftstofftemperatur. Somit wird eine gewünschte viskositäts- bzw. temperaturabhängige Einspritzmenge des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine erzielt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen offenbarten Merkmalen. In konstruktiv besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zuströmkanal wenigstens zwei, vorzugsweise einen konstanten Durchmesser aufweisende erste
Drosselbohrungen in dem Element umfasst, wobei das Durchmesser- /Längenverhältnis der wenigstens zwei Drosselbohrungen kleiner 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :10 beträgt. Ergänzend wird erwähnt, dass zum Beispiel bei drei Drosselbohrungen das Durchmesser-/Längenverhältnis etwa 1 :15 betragen soll.
Als Hintergrund hierzu sei angemerkt, dass der Steuerraum üblicherweise durch einen ringförmig umlaufenden Wandbereich eines Ventilstücks, oder durch eine an einer Drosselplatte in Axialrichtung anliegende Steuerraumhülse ausgebildet ist. Sowohl die minimale Wandstärke der Steuerraumhülse als auch die des Ventilstücks ist aus Druck- bzw. Festigkeitsgründen vorgegeben und wird üblicherweise so gering wie möglich gewählt. Um nun die gewünschte
Drosselfunktion des Zuströmkanals über das Durchmesser- /Längenverhältnis einstellen zu können, damit insbesondere genügend Kraftstoff in den Steuerraum auch bei extremen Bedingungen (Volllast) nachströmen kann, ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, dass nicht nur eine einzige Drosselbohrung, sondern wenigstens zwei Drosselbohrungen vorgesehen sind. Dadurch ist es einerseits durch die Wahl eines entsprechend geringen Durchmessers möglich, auch bei relativ geringen Wandstärken des Ventilstücks bzw. der
Steuerraumhülse die gewünschte Drosselfunktion zu bewirken, und andererseits auch beispielsweise im Volllastbetrieb dafür Rechnung zu tragen, dass genügend Kraftstoff in den Steuerraum nachströmen kann, d.h., dass der Kraftstoff! njektor eine gewünschte hohe Dynamik aufweist.
Insbesondere aus strömungstechnischen Gründen ist es von Vorteil, wenn die wenigstens zwei Drosselbohrungen in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Zuströmkanal wenigstens eine in dem Einspritzglied zwischen dem Steuerraum und dem Hochdruckraum an der Mantelfläche des Einspritzglieds ausbildete Nut umfasst, deren Breiten-/Tiefenverhältnis kleiner 1 :10, vorzugsweise etwa 1 :20 beträgt. Bei dieser Idee wird im Gegensatz zu einer in einer Steuerraumhülse oder einem Ventilstück ausgebildeten
Drosselbohrung auf diese verzichtet und stattdessen über eine gezielte
Undichtigkeit in der Führung des Einspritzglieds in Form einer an der Umfangs- bzw. Mantelfläche des Einspritzglieds ausgebildeten Nut die Zuströmung des
Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum in den Steuerraum bewirkt. Diese Lösung hat konstruktiv insofern einen Vorteil, als dass die Festigkeit des Ventilstücks bzw. der Steuerraumhülse durch Drosselbohrungen nicht geschwächt wird, und dass andererseits durch die üblicherweise in axialer Richtung des Einspritzglieds relativ lang ausgebildete Führung eine einzige Nut ausreichend ist, um den viskositätsabhängigen Drosseleffekt des Zuströmkanals zu verwirklichen.
Insbesondere aus strömungstechnischen Gründen kann es von Vorteil sein, mehrere Nuten vorzusehen, die dann in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Um das Einspritzventilglied lediglich über einen Teilbereich seiner Länge mechanisch bearbeiten zu müssen ist es von Vorteil, wenn bei der Verwendung wenigstens einer Nut ein in dem Element eintauchender erster Abschnitt des Einspritzglieds auf der dem Hochdruckraum zugewandten Seite in einen zweiten
Abschnitt übergeht, der einen gegenüber dem ersten Abschnitt geringeren Durchmesser aufweist.
In nochmals alternativer konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Zuströmkanal eine in dem
Einspritzglied ausgebildete zweite Drosselbohrung umfasst, wobei das
Durchmesser- /Längenverhältnis der Drosselbohrung kleiner 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :10 beträgt. Diese Variante führt den Kraftstoff über eine beispielsweise in der Längsachse des Einspritzglieds (Düsennadel) ausgebildete Drosselbohrung zu, die dann beispielsweise über eine Querbohrung mit dem Hochdruckraum verbunden ist. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass beispielsweise gegenüber der zweiten Ausführungsform der Erfindung das Einspritzventilglied einen weitgehend konstanten Durchmesser aufweisen kann bzw. dass an der Umfangsfläche des Einspritzventils keine mechanischen Bearbeitungen erforderlich sind. Zur Ausbildung der Drosselbohrungen ist es von Vorteil, wenn die wenigstens zwei ersten Drosselbohrungen, die zweite Drosselbohrung oder die wenigstens eine Nut durch eine Laserbearbeitungsanlage erzeugt sind. Durch ein derartiges Verfahren lassen sich im großtechnischen Einsatz die benötigten
Drosselbohrungen mit der erforderlichen Genauigkeit einfach und zuverlässig herstellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im
Längsschnitt und
Fig. 2
und
Fig. 3 jeweils ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Einspritzglied
(Düsennadel) mit unterschiedlich ausgebildeten Zuströmkanälen für den Kraftstoff in den Steuerraum.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig. 1 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors 10 dargestellt, wie er als Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet wird.
Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 1 1 auf, in dem in einer Längsachse 12 ein Einspritzglied in Form einer Düsennadel 15 auf- und abbeweglich angeordnet ist. In der in der Fig. 1 dargestellten, abgesenkten Stellung der Düsennadel 15 sitzt die Düsennadel 15 mit einem Sitzbereich an einer Innenwand des Injektorgehäuses 1 1 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 16 auf, um wenigstens eine, in dem Injektorgehäuse 1 1 ausgebildete
Einspritzöffnung 17 zu verschließen. Bei angehobener Stellung der Düsennadel 15 wird hingegen die wenigstens eine Einspritzöffnung 17 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine freigegeben, indem in einem Hochdruckraum 18 des Injektorgehäuses 1 1 befindlicher Kraftstoff über die wenigstens eine Einspritzöffnung 17 in den Brennraum eingespritzt werden kann.
Der Hochdruckraum 18 ist über eine Versorgungsbohrung 19 mit einem
Kraftstoffanschlussstutzen 21 verbunden, der wiederum über eine nicht dargestellte Verbindung insbesondere mit einem Hochdruckspeicher (Rail) für den Kraftstoff verbunden ist.
Innerhalb des Injektorgehäuses 1 1 ist eine Stufenbohrung 22 ausgebildet, die im Wesentlichen zwei Bohrungsabschnitte 23, 24 aufweist. Der einen geringeren Bohrungsdurchmesser aufweisende erste Bohrungsabschnitt 23 befindet sich im Bereich des Hochdruckraums 18. In den ersten Bohrungsabschnitt 23 ragt in axialer Richtung betrachtet ein Abschnitt eines Ventilstücks 25 hinein, das seinerseits im Übergangsbereich zwischen den beiden Bohrungsabschnitten 23, 24 axial an einer Stirnseite 26 der Stufenbohrung 22 anliegt. Innerhalb des zweiten Bohrungsabschnitts 24 sind neben einem zweiten Teilbereich des Ventilstücks 25 in axialer Richtung betrachtet ein ringförmiges Abschirmelement 27, ein ebenfalls ringförmiges Gehäuseteil 28 und ein Spannring 29 angeordnet, der mittels einer Gewindeverbindung 30 dazu ausgebildet ist, die
angesprochenen Bauteile axial gegen die Stirnseite 26 der der Stufenbohrung 22 zu verspannen.
Innerhalb des Gehäuseteils 28 ist ein Aktuator 32 zur zumindest mittelbaren Betätigung der Düsennadel 15 angeordnet, der einen Magnetanker 33 aufweist. Der Magnetanker 33 wirkt mit einer Magnetspule 34 zusammen, die in einer ringförmigen Ausnehmung eines Magnetkerns 35 eingesetzt ist. Der Magnetkern 35 ist wiederum unter Zwischenlage einer Auflageplatte 36 zwischen einer Stufe 37 am Gehäuseteil 28 und dem Spannring 29 angeordnet. Der Magnetanker 33 weist fluchtend zur Längsachse 12 eine Durchgangsbohrung 38 auf, in der ein Führungsstift 39 angeordnet ist. Der Führungsstift 39 dient der Axialführung des Magnetankers 33 und stützt sich auf der dem Ventilstück 25 abgewandten Seite axial gegen die Auflageplatte 36 ab. Der Magnetanker 33 ist mittels einer Druckfeder 41 in Richtung einer Stirnfläche
42 des Ventilstücks 25 kraftbeaufschlagt und bildet in der in der Fig. 1 dargestellten abgesenkten Stellung des Magnetankers 33 mit einer Dichtfläche
43 des Magnetankers 33 einen Dichtsitz aus. Der in dem ersten Bohrungsabschnitt 23 der Stufenbohrung 22 hineinragende
Abschnitt des Ventilstücks 25 weist in der Längsachse 12 eine aus mehreren Bohrungsabschnitten ausgebildete Durchgangsbohrung auf, die auf der der Düsennadel 15 zugewandten Seite einen Führungsabschnitt 44 ausbildet.
Innerhalb des Führungsabschnitts 44 taucht der der wenigstens einen
Einspritzöffnung 17 abgewandte Endbereich der Düsennadel 15 in den
Führungsabschnitt 44 ein und ist von diesem radial und axial geführt. Innerhalb des Ventilstücks 25 ist ein Steuerraum 45 ausgebildet, der über eine
Abiaufbohrung 46 mit integrierter Abströmdrossel 47 in einen Niederdruckraum 50 druckentlastbar ist. Hierzu mündet die Abiaufbohrung 46 in der Stirnfläche 42 des Ventilstücks 25 und ist radial von der Dichtfläche 43 des Magnetankers 33 umgeben.
Der Steuerraum 45 ist erfindungsgemäß über wenigstens zwei, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordneten Zuströmkanälen in Form von ersten Drosselbohrungen 48, 49 mit dem Hochdruckraum 18 hydraulisch verbunden, die in der radial umlaufenden Wand des Ventilstücks 25 ausgebildet sind und senkrecht zur Längsachse 12 verlaufen. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass die vorzugsweise durch eine Laserstrahleinrichtung erzeugten ersten Drosselbohrungen 48, 49 derart ausgebildet sind, dass beim Zuströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 18 in den Steuerraum 45 eine laminare
Strömung herrscht. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Durchmesser- /Längenverhältnis der beiden, vorzugsweise identisch
ausgebildeten ersten Drosselbohrungen 48, 49 kleiner 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :10 ist. Eine derartige Ausbildung bewirkt eine von der Viskosität des Kraftstoffs im Hochdruckraum 18 abhängige Durchflussmenge des Kraftstoffs in den Steuerraum 45. Wenn anstelle von zwei Drosselbohrungen 48, 49 drei
Drosselbohrungen verwendet werden, so beträgt ein vorzugsweises
Durchmesser- /Längenverhältnis der drei Drosselbohrungen etwa 1 :15. Zum Einspritzen von Kraftstoff in den (nicht gezeigten) Brennraum der
Brennkraftmaschine wird der Aktuator 32 durch eine Bestromung der
Magnetspule 34 betätigt. Dadurch hebt der Magnetanker 33 mit seiner
Dichtfläche 43 von der Stirnfläche 42 des Ventilstücks 25 ab, wodurch ein Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 45 über die Abiaufbohrung 46 in den Niederdruckraum 50 des Injektorgehäuses 1 1 ermöglicht wird, in dem auch der Aktuator 32 angeordnet ist. Der Niederdruckraum 50 ist wiederum auf an sich bekannte, und daher nicht gezeigte Art und Weise mit einem Kraftstoffrücklauf des Kraftstoff! njektors 10 hydraulisch verbunden. Der Druckabfall im Steuerraum 45 bewirkt, dass die Düsennadel 15 von ihrem Dichtsitz 16 abhebt und die wenigstens eine Einspritzöffnung 17 freigibt. Bei kaltem, d.h. eine relativ hohe
Viskosität aufweisendem Kraftstoff strömt der Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 18 über die beiden ersten Drosselbohrungen 48, 49 infolge der
viskositätsabhängigen Durchflussmenge gegenüber Kraftstoff mit niedrigerer Viskosität verzögert nach, sodass ein besonders schneller Druckabfall im
Steuerraum 45 erzielt wird, und somit auch ein besonders schnelles Abheben der
Düsennadel 15 von dem Dichtsitz 16.
Zum Stoppen des Einspritzvorgangs wird die Magnetspule 34 von der
Spannungsquelle abgetrennt, sodass der Magnetanker 33 durch die Federkraft der Druckfeder 42 gegen die Stirnfläche 42 des Ventilstücks 25 gedrückt wird, um einen weiteren Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 45 in den
Niederdruckraum 50 zu unterbinden. Durch den nachströmenden Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 18 in den Steuerraum 45 nimmt dabei der hydraulische Druck auf die eine Stirnfläche der Düsennadel 15 zu, sodass diese wieder in Richtung Ihres Dichtsitzes 16 (insbesondere durch Unterstützung einer in der
Fig. 1 nicht dargestellten, mit der Düsennadel 15 wirkverbunden angeordneten Schließfeder) bewegt wird. Durch das bei hoher Viskosität des Kraftstoffes verzögerte Nachströmen des Kraftstoffs aus dem Hochdruckraum 18 in den Steuerraum 45 wird der Druck im Steuerraum 45 dabei relativ langsam
aufgebaut, sodass auch das Schließen der Düsennadel 15 zeitverzögert erfolgt. In der Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der in dem Ventilstück 25a keine erste Drosselbohrungen 48, 49 ausgebildet sind. Die beiden ersten Drosselbohrungen 48, 49 sind durch wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, vorzugsweise mehr als drei, in gleichmäßigen
Winkelabständen zueinander angeordnete Nuten 51 ersetzt, die an der Umfangs- bzw. Mantelfläche der Düsennadel 15 ausgebildet sind und vorzugsweise parallel zur Längsachse 12 verlaufen. Hierzu weist die Düsennadel 15 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten, im Wesentlichen innerhalb des Ventilstücks 25a angeordneten Abschnitt 52 und einen zweiten, im wesentlichen innerhalb des Hochdruckraums 18 angeordneten Abschnitt 53 auf. Wesentlich dabei ist, dass der zweite Abschnitt 53 einen geringeren Durchmesser aufweist als der erste Abschnitt 52, sodass die wenigstens eine Nut 51 lediglich im ersten
Abschnitt 52 ausgebildet sein muss, um den Steuerraum 45 mit dem
Hochdruckraum 18 hydraulisch zu verbinden. Erfindungsgemäß ist das Breiten- /Tiefenverhältnis der wenigstens einen Nut 51 kleiner 1 :10, vorzugsweise etwa 1 :20, wobei die Querschnittsform der Nut 51 vorzugsweise rechteckförmig oder halbrund ausgebildet ist (nicht dargestellt). Beispielsweise beträgt (bei rechteckigem Querschnitt) bei einer Breite von 1000μηι der Nut 51 die Tiefe der Nut 51 etwa δθμηη, bei einer Gesamtlänge der Nut 51 von etwa 12mm. Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung findet somit die
Versorgung des Steuerraums 45 mit Kraftstoff über die wenigstens eine Nut 51 statt. Zuletzt ist in der Fig. 3 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der
Erfindung dargestellt, bei der im Gegensatz zur Fig. 2 eine in der Längsachse 12 ausgebildete zweite Drosselbohrung 55 ausgebildet ist, die über eine
Querbohrung 56 Verbindung mit dem Hochdruckraum 18 hat. Auch die zweite Drosselbohrung 55 hat einen Durchmesser- /Längenverhältnis kleiner 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :10.
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken
abzuweichen. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass der
Steuerraum 45 durch eine sogenannte Steuerraumhülse ausgebildet bzw. begrenzt ist, die in Analogie zu dem in dem ersten Bohrungsabschnitt 23 angeordneten Bereich des Ventilstücks 25, 25a angeordnet ist und die dann die ersten Drosselbohrungen 48, 49 aufweisen kann.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (1 1 ), in dem wenigstens eine Einspritzöffnung (17) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei der Durchfluss durch die wenigstens eine Einspritzöffnung (17) mittels eines in einer Längsachse (12) auf- und abbeweglichen Einspritzglieds (15), insbesondere einer
Düsennadel, steuerbar ist, wobei das Einspritzglied (15) in einem
Hochdruckraum (18) angeordnet ist und mit einem der wenigstens einen Einspritzöffnung (17) abgewandten Endbereich in ein einen Steuerraum (45) begrenzendes Element (25; 25a) eintaucht, und wobei der Hochdruckraum (18) über wenigstens einen Zuströmkanal (48, 49; 51 ; 55) mit dem
Hochdruckraum (18) hydraulisch verbunden und über einen Abströmkanal (46) in einen Niederdruckbereich (50) druckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zuströmkanal (48, 49; 51 ; 55) zur Ausbildung einer laminaren Durchströmung des Kraftstoffs ausgebildet ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Zuströmkanal wenigstens zwei, vorzugsweise einen konstanten Durchmesser aufweisende erste Drosselbohrungen (48, 49) in dem Element (25) umfasst, wobei das Durchmesser-/Längenverhältnis der wenigstens zwei Drosselbohrungen (48, 49) kleiner 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :10 beträgt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens zwei ersten Drosselbohrungen (48, 49) in
gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Zuströmkanal wenigstens eine in dem
Einspritzglied (15) zwischen dem Steuerraum (45) und dem Hochdruckraum (18) an der Mantelfläche des Einspritzglieds (15) ausbildete Nut (51 ) umfasst, deren Breiten-/Tiefenverhältnis kleiner 1 :10, vorzugsweise etwa 1 :20 beträgt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Vorhandensein mehrerer Nuten (51 ) die mehreren Nuten (51 ) in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Verwendung wenigstens einer Nut (51 ) ein in dem Element (25a) eintauchender erster Abschnitt (52) des Einspritzglieds (15) auf der dem Hochdruckraum (18) zugewandten Seite in einen zweiten Abschnitt (53) übergeht, der einen gegenüber dem ersten Abschnitt (52) geringeren Durchmesser aufweist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Zuströmkanal eine in dem Einspritzglied (15) ausgebildete zweite Drosselbohrung (55) umfasst, wobei das Durchmesser- /Längenverhältnis der zweiten Drosselbohrung (55) kleiner 1 :5,
vorzugsweise etwa 1 :10 beträgt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens zwei ersten Drosselbohrungen (48, 49), die zweite Drosselbohrung (55) oder die wenigstens eine Nut (51 ) durch eine
Laserbearbeitungsanlage erzeugt sind. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Element ein in das Injektorgehäuse einsetzbares Ventilstück (25; 25a) oder einer Steuerraumhülse ist.
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