FR2857061A1

FR2857061A1 - Fuel injector for internal combustion engine, has injector needle that slides longitudinally in blind drilling with fixed sleeve, where needle cooperates with valve seat for controlling ejection opening

Info

Publication number: FR2857061A1
Application number: FR0407302A
Authority: FR
Inventors: Walter Kulovits; Bernd Stuke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2005-01-07
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: FR2857061B1; DE10329730A1

Abstract

The injector has a body (1) equipped with a blind drilling (3) of which an end is situated at a side of a combustion chamber. The end is delimited by a valve seat (7) for controlling an ejection opening (9). An injector needle (22) slides longitudinally in the blind drilling. The needle cooperates with the valve seat for controlling the ejection opening. The blind drilling has a fixed sleeve (15) to guide the needle.

Description

Domaine de l'inventionField of the invention

La présente invention concerne un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant un corps muni d'un perçage borgne dont l'extrémité située du côté de la chambre de combus- tion est délimitée par un siège de soupape dont part au moins un orifice d'éjection, ainsi qu'une aiguille d'injecteur coulissant dans le perçage borgne et coopérant avec le siège de soupape pour commander l'orifice d'éjection. The present invention relates to a fuel injector for an internal combustion engine, comprising a body provided with a blind bore whose end located on the combustion chamber side is delimited by a valve seat from which at least one ejection port, and an injector needle sliding in the blind bore and cooperating with the valve seat to control the ejection port.

Etat de la technique lo On connaît déjà un tel injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne par exemple selon le document DE 100 62 959 Al. Cet injecteur de carburant connu comporte un corps d'injecteur muni d'un perçage borgne. Au niveau de son extrémité située du côté de la chambre de combustion, le perçage borgne est délimité par un siège de soupape commandant au moins un orifice d'injection. Le perçage borgne reçoit l'aiguille d'injecteur coulissant longitudinalement. Au niveau de son extrémité située du côté de la chambre de combustion, l'aiguille coopère avec le siège de soupape pour commander le ou les orifices d'éjection. L'aiguille d'injecteur est guidée par un premier segment de guidage dans le perçage borgne, du côté opposé à la chambre de combustion; elle est guidée en plus par un second segment de guidage qui se trouve sensiblement au milieu entre le premier segment de guidage et le siège de soupape. Une chambre de pression est formée entre l'aiguille d'injecteur et la paroi du perçage. Cette chambre se remplit de carburant à pression élevée. Le carburant traverse la chambre de pression pour arriver au siège de soupape pour être éjecté à travers les orifices d'éjection (encore appelés orifices d'injection) dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne lorsque l'aiguille est soulevée du siège de soupape. State of the art lo Such a fuel injector is already known for an internal combustion engine, for example according to DE 100 62 959 A1. This known fuel injector comprises an injector body equipped with a blind hole. At its end located on the side of the combustion chamber, the blind hole is defined by a valve seat controlling at least one injection port. The blind hole receives the injector needle sliding longitudinally. At its end located on the side of the combustion chamber, the needle cooperates with the valve seat to control the orifices or ejection. The injector needle is guided by a first guide segment in the blind hole, on the opposite side to the combustion chamber; it is further guided by a second guide segment which is substantially in the middle between the first guide segment and the valve seat. A pressure chamber is formed between the injector needle and the bore wall. This chamber is filled with high pressure fuel. The fuel passes through the pressure chamber to arrive at the valve seat to be ejected through the ejection ports (also called injection ports) into the combustion chamber of the internal combustion engine when the needle is lifted from the seat of the engine. valve.

Dans les systèmes d'injection actuels notamment ceux utili- sés dans les moteurs à combustion interne rapides, on arrive à des pressions d'injection et ainsi des pressions de carburant dans la chambre de pression allant jusqu'à 200 MPa. Du fait de cette pression élevée du carburant dans la chambre de pression, le corps de l'injecteur gonfle lors des phases d'injection de sorte que le guidage au niveau du segment de gui- dage médian de l'aiguille d'injecteur présente un jeu augmenté. Cela peut aboutir à un léger désaxage de l'aiguille d'injecteur par rapport au siège et produire une répartition irrégulière du carburant entre les différents orifices d'éjection ce qui peut se traduire par une combustion non optimale. In today's injection systems, especially those used in fast internal combustion engines, injection pressures and thus fuel pressures in the pressure chamber up to 200 MPa are reached. Due to this high pressure of the fuel in the pressure chamber, the injector body swells during the injection phases so that the guiding at the middle guide segment of the injector needle is increased game. This can result in a slight misalignment of the injector needle relative to the seat and produce an uneven distribution of fuel between the different ejection ports which can result in a non-optimal combustion.

Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur de carburant du type défi-ni ci-dessus caractérisé en ce que le perçage borgne comporte un manchon fixe dans lequel est guidée l'aiguille d'injecteur. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION The object of the present invention is to remedy these drawbacks and for this purpose concerns a fuel injector of the above type, characterized in that the blind hole comprises a fixed sleeve in which is guided the injector needle.

L'injecteur selon l'invention offre l'avantage que même à des pressions d'injection très élevées, l'aiguille reste parfaitement alignée par rapport au siège de soupape. Cela permet d'une part une alimentation régulière de carburant vers les différents orifices d'éjection et ainsi l'éjection io du carburant (injection du carburant) se produit de manière symétrique vis-à-vis de tous les orifices d'éjection. Pour cela, selon l'invention, le perçage borgne de l'injecteur comporte un manchon fixe pour guider l'aiguille d'injecteur. Ainsi, l'aiguille n'est pas directement guidée dans le perçage borgne du corps de l'injecteur de sorte que son alignement est indépen- dant d'un éventuel gonflement du corps de l'injecteur. The injector according to the invention offers the advantage that even at very high injection pressures, the needle remains perfectly aligned with respect to the valve seat. This allows on the one hand a regular supply of fuel to the various ejection orifices and thus the ejection of the fuel (fuel injection) occurs symmetrically vis-à-vis all the ejection orifices. For this, according to the invention, the blind hole of the injector comprises a fixed sleeve for guiding the injector needle. Thus, the needle is not directly guided in the blind bore of the injector body so that its alignment is independent of any swelling of the injector body.

Selon un premier développement de l'invention, on forme une chambre de pression entre le manchon et la paroi du perçage et cette chambre est remplie de carburant arrivant par une fente d'alimentation réalisée dans le corps de l'injecteur. Cette réalisation de la fente d'alimentation supprime le chevauchement des perçages habituels et se traduit par une stabilité mécanique plus grande vis-à-vis du gonflement sous l'effet de la pression. According to a first development of the invention, a pressure chamber is formed between the sleeve and the wall of the bore and this chamber is filled with fuel arriving through a feed slot made in the body of the injector. This embodiment of the feed slot eliminates the overlapping of the usual bores and results in greater mechanical stability against swelling under the effect of pressure.

Selon un autre développement avantageux de l'invention, le manchon est serré dans le perçage borgne par un premier segment proche du siège de soupape et un second segment du côté éloigné du siège de soupape. Entre ces deux segments, le manchon et la paroi du perçage borgne délimitent la chambre de pression. La liaison hydraulique de la chambre de pression avec le siège de soupape est assurée de préférence par des rainures réalisées dans le premier segment proche du siège de soupape. La section des rainures est suffisante pour permettre une alimentation non étranglée de carburant de la chambre de pression vers le siège de soupape et ainsi vers les orifices d'éjection. Le carburant est guidé entre le manchon et la paroi du perçage borgne et ne gêne pas le mouvement de l'aiguille car le carburant ne passe pas directement le long de l'aiguille. According to another advantageous development of the invention, the sleeve is clamped in the blind hole by a first segment near the valve seat and a second segment on the side remote from the valve seat. Between these two segments, the sleeve and the wall of the blind hole define the pressure chamber. The hydraulic connection of the pressure chamber with the valve seat is preferably provided by grooves made in the first segment near the valve seat. The section of the grooves is sufficient to allow non-throttled supply of fuel from the pressure chamber to the valve seat and thus to the ejection ports. The fuel is guided between the sleeve and the wall of the blind hole and does not interfere with the movement of the needle because the fuel does not pass directly along the needle.

Selon un autre développement avantageux, l'aiguille d'injecteur comporte un premier segment de guidage à proximité du siège de soupape et un second segment de guidage du côté opposé à celui du siège de soupape pour son guidage dans le manchon. Les deux segments de guidage de l'aiguille d'injecteur et le manchon délimitent un volume annulaire communicant hydrauliquement avec la chambre de pression. Cette communication peut se faire avantageusement par un perçage réali- sé dans le manchon ou par l'intervalle annulaire subsistant entre le premier segment de guidage à proximité du siège de soupape de l'aiguille et le manchon. Pour ne pas influencer la dynamique de l'aiguille d'injecteur lors du mouvement d'ouverture et de fermeture par la chambre annulaire remplie de carburant sous pression, le premier segment de guidage proche io du siège de soupape et le second segment de guidage éloigné du siège de soupape ont avantageusement le même diamètre. According to another advantageous development, the injector needle comprises a first guide segment in the vicinity of the valve seat and a second guide segment on the opposite side to that of the valve seat for its guidance in the sleeve. The two guide segments of the injector needle and the sleeve define an annular volume communicating hydraulically with the pressure chamber. This communication can be advantageously done by a bore in the sleeve or by the annular gap remaining between the first guide segment near the valve seat of the needle and the sleeve. In order not to influence the dynamics of the injector needle during the opening and closing movement by the annular chamber filled with pressurized fuel, the first guide segment near the valve seat and the second remote guide segment of the valve seat preferably have the same diameter.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple d'injecteur de carburant représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur de carburant selon l'invention; la figure 2 est une vue de dessus de la face frontale de l'injecteur de carburant à l'opposé de celle tournée vers la chambre de combustion. Drawings The present invention will be described hereinafter in more detail with the aid of an example of a fuel injector shown in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal section of a fuel injector according to FIG. invention; Figure 2 is a top view of the front face of the fuel injector opposite to that facing the combustion chamber.

Description du mode de réalisationDescription of the embodiment

La figure 1 montre une coupe longitudinale d'une soupape d'injection de carburant ou injecteur de carburant selon l'invention. Le corps 1 de l'injecteur comporte un perçage borgne 3 dont l'extrémité est située du côté de la chambre de combustion est délimitée par un siège de soupape 7 essentiellement conique. Plusieurs perçages d'éjection 9 partent du siège de soupape 7. En position de montage de l'injecteur, ces perçages débouchent dans la chambre de combustion du moteur à combustion in-terne. Un manchon 15 est placé dans le perçage borgne 3 et par un élargissement radial de ce manchon on a un premier segment 115 du côté du siège de soupape et un second segment 215 du côté opposé au siège de soupape. Le manchon 15 est serré dans le perçage borgne 3 par son premier segment 115 et son second segment 215 pour être fixe par rapport au corps d'injecteur 1. Pour le montage du manchon 15 on introduit celui-ci par l'extrémité ouverte dans le perçage borgne 3, le diamètre extérieur du premier segment 115 du manchon 15 étant légèrement supérieur au diamètre du perçage borgne 3 de façon à pouvoir bloquer le manchon 15 dans le perçage borgne 3. Figure 1 shows a longitudinal section of a fuel injection valve or fuel injector according to the invention. The body 1 of the injector comprises a blind hole 3 whose end is located on the side of the combustion chamber is delimited by a substantially conical valve seat 7. Several ejection holes 9 leave the valve seat 7. In the mounting position of the injector, these holes open into the combustion chamber of the internal combustion engine. A sleeve 15 is placed in the blind bore 3 and by radial expansion of this sleeve there is a first segment 115 on the valve seat side and a second segment 215 on the opposite side to the valve seat. The sleeve 15 is clamped in the blind hole 3 by its first segment 115 and its second segment 215 to be fixed relative to the injector body 1. For mounting of the sleeve 15 is introduced by the open end in the blind hole 3, the outer diameter of the first segment 115 of the sleeve 15 being slightly greater than the diameter of the blind hole 3 so as to block the sleeve 15 in the blind hole 3.

Une chambre de pression 12 est délimitée entre le manchon 15 et la paroi du perçage borgne 3. Cette chambre de pression est remplie de carburant à haute pression arrivant par une fente 5 réalisée dans le corps 1 de l'injecteur. La vue de dessus de la figure 2 montrant la face frontale du corps d'injecteur 1 à l'opposé de la chambre de combustion, laisse apparaître l'orifice d'entrée de la fente d'alimentation 5. Pour relier hydrauliquement le siège de soupape 7 à la chambre de pression 12, le côté extérieur du premier segment 115 comporte des rainures 17 réalisées dans le manchon 15. La section de ces rainures est dimensionnée pour to permettre une alimentation non étranglée de carburant à partir de la chambre de pression 12 vers le siège de soupape 7 et ainsi vers les orifices d'éjection 9. A pressure chamber 12 is delimited between the sleeve 15 and the wall of the blind hole 3. This pressure chamber is filled with high pressure fuel arriving through a slot 5 made in the body 1 of the injector. The top view of FIG. 2 showing the end face of the injector body 1 opposite the combustion chamber, reveals the inlet orifice of the feed slot 5. To hydraulically connect the seat of the valve 7 to the pressure chamber 12, the outer side of the first segment 115 has grooves 17 formed in the sleeve 15. The section of these grooves is dimensioned to allow a non-throttled supply of fuel from the pressure chamber 12 to the valve seat 7 and thus to the ejection ports 9.

Une aiguille d'injecteur 22 coulisse longitudinalement dans le manchon 15. Son extrémité située du côté du siège de soupape corn- porte une surface d'étanchéité 26. Lorsque l'aiguille 22 est appliquée par sa surface d'étanchéité 26 contre le siège de soupape 7, les orifices d'injection 9 sont fermés; ces orifices sont ouverts lorsque l'aiguille 122 est soulevée par rapport à son siège 7 de sorte que le carburant peut passer de la chambre de pression 12 à travers les rainures 17 et entre la surface d'étanchéité 26 et le siège de soupape 7 jusqu'aux orifices d'éjection (ou orifices d'injection) 9; le carburant est ainsi injecté dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Cette injection se poursuit jusqu'à ce que l'aiguille d'injecteur ferme de nouveau les orifices d'éjection 9. Un épaulement de pression 24 est réalisé à proximité de la surface d'étanchéité 26 sur l'aiguille 22. Cet épaulement de pression engendre une force hydraulique exercée sur l'aiguille d'injecteur 22 lors-que cette surface est sollicitée par le carburant. Cette force est dirigée dans la direction opposée à celle du siège de soupape 7. Le mouvement s'effectue ainsi contre la force de fermeture exercée par exemple à l'aide d'un ressort approprié agissant sur l'extrémité de l'aiguille d'injecteur 22 du côté opposé à celle du siège de soupape. An injector needle 22 slides longitudinally in the sleeve 15. Its end on the valve seat side has a sealing surface 26. When the needle 22 is applied by its sealing surface 26 against the seat of valve 7, the injection ports 9 are closed; these openings are open when the needle 122 is raised relative to its seat 7 so that the fuel can pass from the pressure chamber 12 through the grooves 17 and between the sealing surface 26 and the valve seat 7 until to the ejection orifices (or injection orifices) 9; the fuel is thus injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. This injection continues until the injector needle again closes the ejection ports 9. A pressure shoulder 24 is formed near the sealing surface 26 on the needle 22. This shoulder of pressure generates a hydraulic force exerted on the injector needle 22 when this surface is solicited by the fuel. This force is directed in the opposite direction to that of the valve seat 7. The movement is thus effected against the closing force exerted for example by means of a suitable spring acting on the end of the needle of injector 22 on the opposite side to that of the valve seat.

L'aiguille d'injecteur 22 comporte un premier segment de guidage 122 du côté du siège de soupape et un second segment de guidage 222 du côté opposé à celui du siège de soupape; ces segments de guidage sont formés par un élargissement radial de l'aiguille d'injecteur 22. Entre l'aiguille d'injecteur 22 et le manchon 15, le premier segment de guidage 122 et le second segment de guidage 222 délimitent un volume annulaire 20. Un guidage étroit au niveau du second segment de guidage 222 de l'aiguille d'injecteur 22 relie la chambre annulaire 20 à la chambre d'huile de fuite non représentée dans le dessin. Dans cette chambre, il règne toujours une pression de carburant plus faible de sorte qu'il ne peut pas s'établir de pression de carburant dans la chambre annulaire 20. The injector needle 22 has a first guide segment 122 on the valve seat side and a second guide segment 222 on the opposite side of the valve seat; these guide segments are formed by a radial enlargement of the injector needle 22. Between the injector needle 22 and the sleeve 15, the first guide segment 122 and the second guide segment 222 define an annular volume 20 A narrow guide at the second guide segment 222 of the injector needle 22 connects the annular chamber 20 to the leakage oil chamber not shown in the drawing. In this chamber, there is always a lower fuel pressure so that it can not establish fuel pressure in the annular chamber 20.

s L'intervalle annulaire formé entre le premier segment de guidage 122 et le manchon 15 sert ainsi également à limiter le passage de carburant de la chambre de pression 12 vers la chambre de collecte de carburant. Le dia-mètre du premier segment de guidage 122 et celui du second segment de guidage 222 sont identiques de sorte que les forces hydrauliques exercées sur l'aiguille d'injecteur 22 par une éventuelle pression de carburant dans la chambre annulaire 20 ne peuvent engendrer de force résultante exercée sur l'aiguille d'injecteur 22. The annular gap formed between the first guide segment 122 and the sleeve 15 thus also serves to limit the passage of fuel from the pressure chamber 12 to the fuel collection chamber. The diameter of the first guide segment 122 and that of the second guide segment 222 are identical so that the hydraulic forces exerted on the injector needle 22 by a possible fuel pressure in the annular chamber 20 can not generate resultant force exerted on the injector needle 22.

L'injecteur de carburant décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante: l'aiguille d'injecteur 22 est sollicitée par un dispositif non représenté dans le dessin, par exemple par un ressort de fermeture, exerçant une force de fermeture en direction du siège de soupape 7. Le carburant qui arrive dans la chambre de pression 12 en passant par la fente d'arrivée 5, est à une pression élevée engendrant une force hydraulique. Cette force agit sur l'aiguille d'injecteur 22. Elle est principalement engendrée au niveau de l'épaulement de pression 24 formé à proximité de la surface d'étanchéité 26. Dès que cette force hydraulique dépasse la force de fermeture, l'aiguille 22 se soulève du siège de soupape 7 et libère les orifices d'injection 9. Pour terminer l'injection, on peut soit augmenter la force de fermeture exercée sur l'aiguille 22, soit couper l'alimentation en carburant de la chambre de pression 12 pour que la pression de carburant chute. L'aiguille d'injecteur 22 glisse et revient dans sa position de fermeture en coupant l'injection de carburant à travers les orifices d'éjection 9. The fuel injector described above operates as follows: the injector needle 22 is urged by a device not shown in the drawing, for example by a closing spring, exerting a closing force towards the seat The fuel that arrives in the pressure chamber 12 through the inlet slot 5, is at a high pressure generating a hydraulic force. This force acts on the injector needle 22. It is mainly generated at the pressure shoulder 24 formed near the sealing surface 26. As soon as this hydraulic force exceeds the closing force, the needle 22 is raised from the valve seat 7 and releases the injection ports 9. To complete the injection, one can either increase the closing force exerted on the needle 22, or cut off the fuel supply to the pressure chamber 12 so that the fuel pressure drops. The injector needle 22 slides and returns to its closed position by cutting the injection of fuel through the ejection ports 9.

La pression du carburant dans la chambre de pression 12 augmente lors d'une injection si bien que le manchon 15 est soumis à une pression extérieure. Du fait du dégagement entre le premier segment de guidage 122 et le second segment de guidage 222 cela ne gêne par le mouvement de l'aiguille d'injecteur 22. Au niveau du premier segment de guidage 122 et du second segment de guidage 222 de l'aiguille d'injecteur 22, il n'y a pas d'action de la pression ni à partir de l'extérieur ni par le manchon renforcé comme au niveau de son premier segment 115. La surface d'étanchéité 26 reste ainsi toujours alignée exactement par rapport au siège de soupape 7, de forme conique; cela se traduit par une répartition régulière du carburant entre les différents orifices d'éjection 9. Dans le cas contraire, une répartition irrégulière de carburant et ainsi de l'injection ne donne pas une combustion optimale c'est-à-dire se traduit par une perte de puissance ou une augmentation de l'émission de matière polluante. The pressure of the fuel in the pressure chamber 12 increases during an injection so that the sleeve 15 is subjected to an external pressure. Due to the clearance between the first guide segment 122 and the second guide segment 222 this does not interfere with the movement of the injector needle 22. At the first guide segment 122 and the second guide segment 222 of the injector needle 22, there is no action of the pressure neither from the outside nor by the reinforced sleeve as at its first segment 115. The sealing surface 26 thus remains always aligned exactly with respect to the valve seat 7, of conical shape; this results in a regular distribution of the fuel between the different ejection ports 9. In the opposite case, an uneven distribution of fuel and thus the injection does not give an optimal combustion that is to say results in a loss of power or an increase in pollutant emissions.

Un autre avantage de la soupape d'injection de carburant ou injecteur selon l'invention, est que l'aiguille d'injecteur 22 peut être plus basse et ainsi plus légère que dans le cas des injecteurs habituels. Cela permet une dynamique plus élevée et des commutations plus rapides. Du fait des forces moindre nécessaires pour entraîner l'aiguille 22 plus légère, cela diminue également l'usure au niveau du siège de soupape 7 et prolonge la durée de vie de l'injecteur de carburant. Another advantage of the fuel injection valve or injector according to the invention is that the injector needle 22 can be lower and thus lighter than in the case of usual injectors. This allows higher dynamics and faster switching. Because of the lower forces required to drive the lighter needle 22, it also reduces wear at the valve seat 7 and prolongs the life of the fuel injector.

Claims

1) fuel injector for an internal combustion engine, comprising a body (1) provided with a blind hole (3) whose end located on the combustion chamber side is delimited by a valve seat (7), at least one ejection port (9) and an injector needle (22) sliding in the blind bore (3) and cooperating with the valve seat (7) for controlling the ejection port ( 9), characterized in that the blind hole (3) comprises a fixed sleeve (15) in which the injector needle (22) is guided.

2) Injector according to claim 1, characterized in that a pressure chamber (12) is formed between the sleeve (15) and the wall of the blind hole (3), this pressure chamber being filled with fuel.

3) Injector according to claim 2, characterized in that the pressure chamber (12) is filled with fuel via a feed slot (5) formed in the body (1) of the injector.

4) Injector according to claim 2, characterized in that the sleeve (15) is clamped in the blind bore (3) by a first segment (115) adjacent the valve seat and a second segment (215) away from the valve seat .

5) Injector according to claim 4, characterized in that the first segment (115) near the valve seat has grooves (17) formed in its outer side to allow the passage of fuel from the pressure chamber (12) to the valve seat (7).

Injector according to claim 1, characterized in that the injector needle (22) has a first guide segment (122) on the valve seat side and a second guide segment (222) on the opposite side to the one the valve seat in the sleeve (15).

7) Injector according to claim 6, characterized in that the diameter of the first guide segment (122) and that of the second guide segment (222) of the injector needle (22) are identical. io