FR2873169A1

FR2873169A1 - Injector for internal combustion engine, has injector needle whose spherical zone cooperates with sealing cone of valve seat, where bend radius of zone is large such that angle between needle and seat is lower than opening angle of diffuser

Info

Publication number: FR2873169A1
Application number: FR0552152A
Authority: FR
Inventors: Martin Mueller; Marco Vorbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2006-01-20
Also published as: DE102004034075A1; ITMI20051289A1

Abstract

The injector has a body (11) whose outer side has a valve seat (15) with a sealing cone (16) surrounding an injector opening traversed by an injector needle (12) whose spherical zone (17) cooperates with the cone. The bend radius of the zone is selected sufficiently large so that an angle between the needle and the seat is lower than an opening angle of a diffuser (18) formed by running-in of the seat and/or the needle.

Description

Domaine de l'inventionField of the invention

La présente invention concerne un injecteur notamment pour l'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comportant un corps dont un côté extérieur comporte un siège de soupape ayant un cône d'étanchéité entourant l'ouverture d'injecteur, une aiguille d'injecteur traversant l'ouverture de l'injecteur et ayant une zone sphérique coopérant avec le cône d'étanchéité pour fermer ou libérer l'ouverture de l'injecteur et un diffuseur compris entre le siège de soupape et l'aiguille d'injecteur, et qui s'ouvre vers l'extérieur à partir du cône d'étanchéité), diffuseur dont l'angle d'ouverture a est fixé par les arêtes d'éjection de l'aiguille d'injecteur et du siège de soupape. The present invention relates to an injector, in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a body whose outer side comprises a valve seat having a sealing cone surrounding the opening of the engine. injector, an injector needle passing through the opening of the injector and having a spherical zone cooperating with the sealing cone to close or release the opening of the injector and a diffuser included between the valve seat and the injector needle, which opens outwards from the sealing cone), the diffuser whose opening angle a is fixed by the ejection edges of the injector needle and the valve seat.

Etat de la technique Les injecteurs s'ouvrant vers l'extérieur pour l'injection di- recte de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne encore appelés injecteurs avec buse de type A sont par exemple décrits dans le document DE Al 196 33 260. De tels injecteurs s'ouvrant vers l'extérieur pulvérisent le carburant éjecté grâce à une géométrie prédéfinie d'éjection entre l'aiguille d'injecteur et le siège de sou- pape; à l'ouverture de l'injecteur cette géométrie fonctionne comme un diffuseur et génère un jet de carburant sous la forme d'un cône creux. Ce jet de carburant réalise une répartition plus fine du carburant et une meilleure combustion dans la chambre de combustion, ce qui se traduit par une consommation plus avantageuse et une réduction des émissions polluantes du moteur à combustion interne. Mais la position de montage de l'aiguille d'injecteur liée aux tolérances concernant le siège de soupape se traduit néanmoins par une dispersion de l'angle d'ouverture du diffuseur responsable de la pulvérisation sous la forme d'un cône creux, entre le siège de soupape et l'aiguille de soupape et ainsi à une dispersion du cône de carburant éjecté sous la forme d'un cône creux; cela se traduit de manière négative sur les caractéristiques de combustion du moteur à combustion interne. STATE OF THE ART Injectors opening outwards for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, also called injectors with type A nozzle, are described, for example, in document DE. Al 196 33 260. Such outwardly opening injectors spray the ejected fuel through a predefined ejection geometry between the injector needle and the valve seat; at the opening of the injector this geometry functions as a diffuser and generates a fuel jet in the form of a hollow cone. This jet of fuel achieves a finer distribution of fuel and a better combustion in the combustion chamber, which results in a more advantageous consumption and a reduction of the polluting emissions of the internal combustion engine. But the mounting position of the injector needle related to the tolerances of the valve seat nevertheless results in a dispersion of the opening angle of the diffuser responsible for spraying in the form of a hollow cone, between the valve seat and valve needle and thus to a dispersion of the fuel cone ejected in the form of a hollow cone; this negatively affects the combustion characteristics of the internal combustion engine.

Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un injecteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le rayon de courbure de la zone sphérique est choisi suffisamment grand pour que l'angle de l'intervalle compris entre l'aiguille d'injecteur et le siège de soupape soit significativement inférieur à l'angle d'ouverture prédéfini a du diffuseur, et la dimension prévue de l'angle d'ouverture a du diffuseur soit réalisée par le rodage du siège de soupape et/ou de l'aiguille d'injecteur. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION The invention relates to an injector of the type defined above, characterized in that the radius of curvature of the spherical zone is chosen sufficiently large so that the angle of the gap between the injector and the valve seat is significantly less than the predefined aperture angle a of the diffuser, and the expected size of the aperture angle a of the diffuser is achieved by breaking in the valve seat and / or the injector needle.

En d'autres termes, entre d'une part la zone d'étanchéité du siège de soupape et de l'aiguille d'injecteur et d'autre part le diffuseur pour générer la pulvérisation sous la forme d'un cône creux, on a une distance minimale de sorte que la géométrie d'éjection ne sera pas influencée par les modifications de la position de montage de l'aiguille d'injecteur liées aux tolérances de fabrication. L'angle d'ouverture prédéfini du diffuseur reste inchangé de sorte que les paramètres restent également inchangés pour le volume de pulvérisation et pour les caractéristiques de vaporisation. La courbure plus faible de la zone sphérique de l'aiguille d'injecteur réduit en outre la pression de Hertz au niveau du cône d'étanchéité et donne ce fait l'usure du siège de soupape et de l'aiguille de soupape, ce qui se traduit par une durée d'utilisation plus importante de l'injecteur. In other words, between the sealing area of the valve seat and the injector needle on the one hand and the diffuser on the other hand to generate the spray in the form of a hollow cone, we have a minimum distance so that the ejection geometry will not be influenced by changes in the mounting position of the injector needle related to manufacturing tolerances. The predefined aperture angle of the diffuser remains unchanged so that the parameters also remain unchanged for the spray volume and for the spray characteristics. The lower curvature of the spherical area of the injector needle further reduces the Hertz pressure at the sealing cone and thereby causes wear of the valve seat and the valve needle, which results in a longer life of the injector.

Pendant le rodage du siège de soupape, un mode de réalisation préférentiel de l'invention prévoit sur le côté du cône d'étanchéité opposé à l'ouverture de la soupape, la réalisation d'un cône d'éjection sur le siège de soupape et qui se prolonge à partir du cône d'étanchéité et dont l'angle au sommet est supérieur à celui du cône d'étanchéité. During break-in of the valve seat, a preferred embodiment of the invention provides on the side of the sealing cone opposite the opening of the valve, the production of an ejection cone on the valve seat and which extends from the sealing cone and whose angle at the top is greater than that of the sealing cone.

Pendant le rodage de l'aiguille de soupape, un mode de réalisation avantageux de l'invention prévoit de réaliser du côté de la zone sphérique opposé à l'ouverture de la soupape, un segment de surface de l'aiguille d'injecteur qui se prolonge sous la forme d'une enveloppe cylindrique ou d'une enveloppe tronconique partant de la zone sphérique. During the break-in of the valve needle, an advantageous embodiment of the invention provides for producing on the side of the spherical zone opposite to the opening of the valve, a surface segment of the injector needle which extends in the form of a cylindrical envelope or a frustoconical envelope leaving the spherical zone.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un injecteur au ni- 30 veau de la zone d'ouverture de la soupape, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie du détail II de la figure 1 selon une demi-coupe, et - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'un autre exemple de réalisation de l'injecteur. Drawings The present invention will be described in more detail below with the aid of exemplary embodiments shown in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a partial longitudinal section of an injector at the level of the valve opening area; FIG. 2 is an enlarged view of detail II of FIG. 1 in half a section, and FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 2 of another embodiment of the injector.

Description des modes de réalisation Description of the embodiments

L'injecteur représenté de manière schématique en coupe longitudinale partielle de sa zone d'extrémité à la figure 1 destiné notamment à l'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile comporte un corps d'injecteur 11 et une aiguille d'injecteur 12 dont l'extrémité est en forme de tête d'obturation 13. Le corps 11 de l'injecteur comporte une ouverture 14 entourée par le siège de soupape 15 réalisée sur le côté exté- rieur du corps 11 de l'injecteur, à l'opposé de l'intérieur. L'aiguille d'injecteur 12 traverse l'ouverture 14 pour que sa tête d'obturation 13 se situe du côté d'éjection de l'orifice de soupape ou d'injecteur 14. Un cône d'étanchéité 16 réalisé au niveau du siège de soupape 15 coopère avec une zone sphérique 17 réalisée sur la tête d'obturation 13 de l'aiguille io d'injecteur 12 pour fermer ou libérer l'ouverture 14 de l'injecteur. Lorsque l'injecteur est fermé, la tête 13 est tirée contre le siège de soupape 15 par un ressort de fermeture de soupape 10 en forme de ressort de compression installé entre le corps 11 de l'injecteur et l'aiguille 12. La zone sphérique 17 est ainsi pressée contre le cône d'étanchéité 16. Pour ouvrir l'injecteur, on soulève la tête d'obturation 13 par rapport au siège de sou-pape 15 en agissant contre la force de rappel exercée par le ressort de fermeture 10. The injector shown schematically in partial longitudinal section of its end zone in FIG. 1, intended in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a motor vehicle internal combustion engine, comprises a body of injector 11 and an injector needle 12 whose end is in the form of a sealing head 13. The body 11 of the injector comprises an opening 14 surrounded by the valve seat 15 made on the outside of the body 11 of the injector, the opposite of the inside. The injector needle 12 passes through the opening 14 so that its closure head 13 is located on the ejection side of the valve or injector orifice 14. A sealing cone 16 made at the seat valve 15 cooperates with a spherical zone 17 formed on the closure head 13 of the injector needle 12 to close or release the opening 14 of the injector. When the injector is closed, the head 13 is pulled against the valve seat 15 by a compression spring-like valve spring 10 installed between the body 11 of the injector and the needle 12. The spherical zone 17 is thus pressed against the sealing cone 16. To open the injector, it raises the closure head 13 relative to the seat of sou-pope 15 by acting against the restoring force exerted by the closing spring 10.

Un diffuseur 18 s'ouvrant vers l'extérieur à partir du cône d'étanchéité 16 est réalisé, du côté de celui du cône d'étanchéité 16 oppo- 2o sé à l'ouverture 14. Ce diffuseur défini par le siège de soupape 15 et la tête d'obturation 13 s'élargit et permet la pulvérisation du jet de carburant éjecté par l'ouverture de l'injecteur c'est-à-dire lorsque la tête d'obturation 13 se soulève par rapport au cône d'étanchéité 16. Le diffuseur 18 a un angle d'ouverture a défini par deux arêtes d'éjection 19, 20. L'arête d'éjection 19 est prévue sur la tête d'obturation 13 de l'aiguille d'injecteur 12 et l'autre arête d'éjection 20 est prévue sur le corps 11 de l'injecteur à l'extrémité du siège de soupape 15. L'angle d'ouverture a est choisi pour qu'à l'éjection du carburant de l'intérieur de l'injecteur par l'ouverture de celui-ci, on obtienne une forme et une direction de pulvérisation souhai- tées. A diffuser 18 opening outwards from the sealing cone 16 is formed, on the side of that of the sealing cone 16 oppo- 2o at the opening 14. This diffuser defined by the valve seat 15 and the sealing head 13 widens and allows the jet of fuel ejected by the opening of the injector to be sprayed, that is to say when the closure head 13 is raised with respect to the sealing cone 16. The diffuser 18 has an opening angle defined by two ejection edges 19, 20. The ejection edge 19 is provided on the closure head 13 of the injector needle 12 and the Another ejection edge 20 is provided on the body 11 of the injector at the end of the valve seat 15. The opening angle a is chosen so that at the ejection of the fuel from the inside of the injector through the opening thereof, a desired shape and direction of spraying is obtained.

Pour que l'angle d'ouverture a du diffuseur et ainsi un pa- ramètre important pour le volume pulvérisé et pour les caractéristiques de vaporisation du carburant éjecté ne change pas si la position de montage de l'aiguille d'injecteur 12 est modifiée à cause des tolérances de fabrica- tion, le rayon de courbure de la zone sphérique 17 de la tête d'obturation 13 de l'aiguille d'injecteur 12 est choisi pour que l'angle de l'intervalle formé entre le siège de soupape 15 et la tête d'obturation 13 soit significativement inférieur à l'angle d'ouverture prédéfini a du diffuseur. L'angle d'ouverture a de consigne du diffuseur est réalisé par rodage ou meulage du siège de soupape 15; pour cela on forme sur le siège de soupape 15, du côté du cône d'étanchéité 16 à l'opposé de l'ouverture 14 de l'injecteur, un angle de cône ou angle au sommet pour le cône d'éjection 21 qui se poursuit à partir du cône d'étanchéité 16, cet angle étant plus grand que l'angle au sommet du cône d'étanchéité 16 pour avoir un angle différentiel 8a entre le cône d'étanchéité 16 et le cône d'éjection 21 comme représenté à la figure 2. Comme du fait du plus grand rayon de courbure, la zone sphérique 17 de la tête d'obturation 13 a une courbure très diminuée, l'angle d'ouverture a du diffuseur sera pratiquement indépendant de la position de montage de l'aiguille d'injecteur 12 même en cas de décalage lié aux tolérances de l'aiguille d'injecteur 12 dans la direction axiale lors de son montage dans l'injecteur. La grandeur de consigne de l'angle d'ouverture a du diffuseur tient compte de la fabrication du cône d'éjection 21 du siège de soupape 15 en aval du cône d'étanchéité 16. So that the aperture angle α of the diffuser and thus a large parameter for the spray volume and for the evaporation characteristics of the ejected fuel does not change if the mounting position of the injector needle 12 is changed to Because of manufacturing tolerances, the radius of curvature of the spherical zone 17 of the sealing head 13 of the injector needle 12 is chosen so that the angle of the gap formed between the valve seat 15 and the sealing head 13 is significantly lower than the predefined opening angle a of the diffuser. The opening angle a set of the diffuser is achieved by honing or grinding the valve seat 15; for this it is formed on the valve seat 15, the side of the sealing cone 16 opposite the opening 14 of the injector, a cone angle or apex angle for the ejection cone 21 which is continues from the sealing cone 16, this angle being greater than the apex angle of the sealing cone 16 to have a differential angle 8a between the sealing cone 16 and the ejection cone 21 as shown in FIG. As the larger radius of curvature, the spherical zone 17 of the closure head 13 has a very small curvature, the opening angle a of the diffuser will be substantially independent of the mounting position of the injector needle 12 even in case of offset related to the tolerances of the injector needle 12 in the axial direction when it is mounted in the injector. The desired magnitude of the opening angle a of the diffuser takes into account the manufacture of the ejection cone 21 of the valve seat 15 downstream of the sealing cone 16.

L'injecteur représenté par une demi-coupe de détail à la figure 3 utilise les mêmes références pour les mêmes composants que ci-dessus. Dans ce cas également, pour réaliser un angle d'ouverture de diffuseur a indépendant de la position de montage de l'aiguille d'injecteur 12 liée aux tolérances de fabrication, la courbure de la zone sphérique 17 est aussi faible que possible pour que l'angle de l'intervalle défini entre le siège de soupape 15 et la tête d'obturation 13 de l'aiguille d'injecteur 12 soit significativement plus petit que l'angle d'ouverture a, requis. Ce der-nier se réalise en rodant la tête d'obturation 13 de l'aiguille d'injecteur 12 de façon correspondante pour qu'un segment de surface 22 de la tête de fermeture 13 forme une enveloppe cylindrique ou tronconique sur le côté de la zone sphérique 17 à l'opposé de l'ouverture 14 de l'injecteur, partant de la zone sphérique 17. L'angle de meulage 8a est choisi pour que, par addition avec l'angle de tangente compris entre une tangente 24 appliquée au niveau de la ligne de jonction 23 entre la zone sphérique 17 et le segment de surface 22 et ce segment de surface 22, et l'angle d'intervalle entre le siège de soupape 15 et la tête d'obturation 13, précisément l'angle d'ouverture de diffuseur a. The injector represented by a half-section of detail in Figure 3 uses the same references for the same components as above. In this case also, to achieve a diffuser opening angle a independent of the mounting position of the injector needle 12 related to manufacturing tolerances, the curvature of the spherical zone 17 is as small as possible so that the The angle of the gap defined between the valve seat 15 and the sealing head 13 of the injector needle 12 is significantly smaller than the required aperture angle α. This latter is achieved by honing the sealing head 13 of the injector needle 12 correspondingly so that a surface segment 22 of the closure head 13 forms a cylindrical or frustoconical envelope on the side of the spherical zone 17 opposite the opening 14 of the injector, starting from the spherical zone 17. The grinding angle 8a is chosen so that, by addition with the tangent angle between a tangent 24 applied to the level of the junction line 23 between the spherical zone 17 and the surface segment 22 and this surface segment 22, and the gap angle between the valve seat 15 and the closure head 13, precisely the angle diffuser opening a.

Il est également possible en meulant le siège de soupape 15 et aussi la tête d'obturation 13 réalisée en une seule pièce avec l'aiguille d'injecteur 12 d'obtenir la dimension requise pour l'angle d'ouverture a du diffuseur 18. It is also possible by grinding the valve seat 15 and also the sealing head 13 made in one piece with the injector needle 12 to obtain the required size for the opening angle a of the diffuser 18.

Claims

1) Injector, in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a body (11) whose outer side comprises a valve seat (15) having a sealing cone (16). ) surrounding the injector opening (14), an injector needle (12) passing through the opening (14) of the injector and having a spherical zone (17) cooperating with the sealing cone (16) for closing or releasing the opening (14) of the injector and a diffuser (18) between the valve seat (15) and the injector needle (12), which opens outwards from sealing cone (16), a diffuser whose opening angle a is fixed by the ejection edges (19, 20) of the injector needle (12) and the valve seat (15), characterized in that the radius of curvature of the spherical zone (17) is chosen large enough so that the angle of the gap between the injector needle (12) and the seat valve (15) is significantly less than the predefined aperture angle α of the diffuser, and the expected size of the aperture angle a of the diffuser is achieved by breaking in the valve seat (15) and / or the injector needle (12).

Injector according to claim 1, characterized in that an ejection cone (21) formed on the valve seat (15) extends from the side of the sealing cone (16) opposite the opening ( 14) of the injector, and its vertex angle is greater than the apex angle of the sealing cone (16).

3) Injector according to claim 1, characterized in that a surface segment (22) of the injector needle (12) is in the form of a cylindrical or frustoconical envelope on the side of the spherical zone (17). ) opposite the opening (14) of the injector, and from the spherical zone (17).