【０００１】
技術分野
空気圧縮式内燃機関では、高圧蓄え室（コモンレール）を有する高圧噴射系がますます使用されている。この高圧蓄え室を介して燃料が、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための個々のインジェクタに供給される。噴射開始および噴射量は、電気的に制御可能な燃料インジェクタによって調節される。インジェクタは、緊締爪（Ｓｐａｎｎｐｒａｔｚｅｎ）を用いて内燃機関のシリンダヘッド部分内に固定することができ、座孔噴射ノズルまたは袋孔噴射ノズルを備えていてよい。噴射経過は、燃料インジェクタによって作り出され、燃焼室内の燃焼の経過に適合させられ得る。
【０００２】
従来技術
内燃機関の有害物質エミッションに対する要求が、恒常的に先鋭化させられ、排気ガス立法の、懸案の部分的改正が、排気ガス基準ＥＵＲＯ４という形で予想され得る。このことによって、現代の内燃機関に対する要求が恒常的に高められているので、内燃機関の燃料噴射系は、極めてフレキシブルに設計される必要がある。
【０００３】
噴射持続時間の精度、および燃焼室内に噴射される燃料量の精度は、特に、ノズルニードル開放速度もしくは閉鎖速度によって規定される。一方では、燃料噴射インジェクタは、約１３００バール（ｂａｒ）の系圧に比べて、約２５０バールの比較的に低い圧力時でも、噴射する必要がある。他方では、燃料インジェクタによって、約１６００バールの最高圧力時でも、行程あたり約０．５〜１．０ｍｍ３の最少前噴射量が形成可能であることが求められている。燃料インジェクタに対するこれらの要求は、ノズルニードルが燃焼室の噴射開口を開放および閉鎖するための前提条件を成している。燃料インジェクタのノズルニードルの開放特性とノズルニードル速度とは、従来、流入絞りと流出絞りとの相応の設計によって調節されてきた。
【０００４】
絞り設計に関する上述の噴射条件を顧慮するためには、次のような設計問題が生じる。
【０００５】
すなわち、最小の開放圧力を達成するためには、流出絞りはできるだけ大きく選択される必要があるのに対して、最高圧力時に最少前噴射量を達成するためには、流出絞りはできるだけ小さく設計される必要がある。したがって、それぞれのインジェクタ設計の目的は、上述の２つの要請が顧慮され得ることである。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９９３０８３２号明細書によれば、ある燃料噴射弁が公知である。この燃料噴射弁は特に、燃料、特にディーゼル燃料を噴射するためのディーゼルエンジンにおいて使用され、この場合、ディーゼル燃料は、燃料流入部を通って燃料噴射弁内に到達する。燃料噴射弁は、弁体の案内孔内で閉鎖ばねの力に抗して軸方向に摺動可能な弁部材を有している。この弁部材は、開放行程時に、弁体の少なくとも１つの噴射孔を開放する。この噴射孔を通って、燃料が燃焼室内に噴射され得る。ダブル・スプリング型ホルダと同じ利点が得られるにもかかわらず簡単に、かつ低コストで製作され得る燃料噴射弁を提供するために、弁部材の減衰行程とは逆方向に作用する減衰容積が、絞りを介して燃料流入部に接続されている。
【０００７】
発明の開示
本発明によって提案される解決手段の利点は、特に、本発明によって提案される解決手段が次のようなノズルニードル減衰を、すなわち、ノズル座におけるノズルニードルの開放時にしか作用せず、かつノズルの実質的に２つの開放速度を許容するノズルニードル減衰を可能にすることに、見て取ることができる。本発明によって提案される解決手段によって、ノズルが、まず前行程内で高い開放速度で開放し、この場合、前行程内でノズルが進む行程距離が、予め調節可能であることが保証される。
【０００８】
噴射ノズルの、その座からの引き続いての開放時に、ノズルニードルのまたはノズルニードルヘッドの制御縁部を、ノズルニードルを包囲しているケーシング部分で覆うことによって、漏れギャップが生ぜしめられる。これにより、インジェクタ本体の内部のばね室内に収容された減衰容積が、ノズルニードルの開放速度に減衰作用を及ぼして、かつ全行程のうち１つの部分行程内の、ノズルニードルの開放速度を減衰させる、すなわち減少させる。しかしながら、ノズルニードルの閉鎖動作は、実質的に燃料インジェクタのケーシング内のノズルニードルの、互いに異なった実質的に２つの開放速度によって特徴付けられているこの開放特性には、影響されない。減少された速度ゆえに、ノズルニードル曲線の積分値は、制御信号の長さが一定である場合には、ノズル減衰を伴わないノズルニードル曲線の積分値よりもはるかに小さい。したがって、最小限の開放圧力および最少の前噴射量のような原則的な設定値に背くことなく、著しくより少ない噴射量を形成することができる。その結果として、最小の開放圧力が達成され、さらに、高い圧力時でも量増加率が著しく減少され得る。これにより、最少の前噴射量が、内燃機関の燃焼室内に噴射され得る。
【０００９】
本発明によって提案される、ノズルニードルの減衰装置は、燃料インジェクタのケーシング内のノズルニードルの制御室からの流出絞りと、もしくは制御室に通じる流入絞りとの鈍感な設計を可能にする。流出絞りは、公知の設計例と比較して、従来のものよりもはるかに大きく設計され得る。前噴射量に対する決定的なパラメータは、特に、前行程の大きさ、および漏れギャップの大きさである。より大きく寸法設計された流出絞りによって、危険のない開放動作が、高圧蓄え室（コモンレール）内の圧力レベルが低い場合でも可能である。他方では、このことによって、高圧噴射系の大量生産時における製品のばらつきが小さくなる。
【００１０】
図面
次に本発明を、図に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に従って構成された、燃料を噴射するためのインジェクタの油圧回路図、
図２は、インジェクタの縦断面図、
図２．１は、インジェクタ側のノズルニードル支承部を示した図、
図２．２は、図２．１に示した詳細図を拡大して示した図、
図２．３は、上側のノズルニードル支承部に生ぜしめられている漏れギャップを示した図、
図３は、インジェクタ側のノズルニードル支承部の別の実施例を示した図、
図３．１は、生ぜしめられている漏れギャップを示した図、
図４は、制御サイクルの、減衰を伴うノズルニードル開放速度と減衰を伴わないノズルニードル開放速度との経過を示した図である。
【００１２】
実施例
図１に示した図には、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための、本発明に従って構成されたインジェクタの油圧回路図が示されている。
【００１３】
図１には詳しく図示していない高圧蓄え室（コモンレール）１から出発して、高圧管路が、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクタの噴射ノズル２の方向に延在している。高圧蓄え室１と噴射ノズル２との間に延在している高圧管路から分岐して、流入絞り３が設けられている。この流入絞り３を介して制御室４が、高圧下にある燃料によって負荷される。制御室４は、一方では、ここでは詳しく図示していないインジェクタケーシングの制限壁５によって制限される。高圧下にある燃料によって負荷され得る制御室４は、他方では、ノズルニードル６によって、すなわちノズルニードル６の円錐形端部７によって制限される。制御室４の放圧は、種々異なる大きさで生ぜしめられる漏れオイルギャップを備えた制御縁部８（ここでは概略的に示した）を介して、かつ流出絞り９を介して行われる。この流出絞り９はインジェクタケーシング内で、生ぜしめられる漏れオイルギャップを備えた制御縁部８に後置されている。高圧下にある燃料によって負荷された制御室４の開放制御は、例えば電磁弁１０を介して行われる。この電磁弁１０は、閉鎖位置１０．１と開放位置１０．２とをとることができる。高圧下にある燃料によって負荷された制御室４は、電磁弁１０がその開放位置１０．２に切り換えられている場合に、電磁弁１０を介して漏れオイル流出部１１に接続される。これにより、制御容積が燃料噴射系の燃料リザーバに流出することができる。
【００１４】
制御室の放圧のためには、図１に概略的に示されている、電磁弁１０を備えた構成のほかに、圧電式アクチュエータまたは電磁・油圧式調節装置を使用することもできる。
【００１５】
図２には、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための、複数の構成部分から成るインジェクタが縦断面図で示されている。
【００１６】
インジェクタ本体２０を通って、流入孔２１が延在している。この流入孔２１は、インジェクタのノズルニードル６の領域においては、圧力段の領域においてノズルニードル６を包囲しているノズル室２５内に開口している。ノズル室２５からはノズルニードル６が、ノズルニードル先端２６へと延在している。このノズルニードル先端２６は、インジェクタケーシング２０内におけるノズルニードル６の鉛直方向の往復行程運動に応じて、噴射円錐部の領域における噴射開口２７を開閉する。噴射ノズル２の噴射開口２７を介して、ノズルニードル６の開放運動もしくは閉鎖運動によって規定された燃料容積が、燃焼の進行に応じて、内燃機関の燃焼室内に到達する。ノズルニードル６の、ノズルニードル先端２６とは反対の側の領域では、ノズルニードルピン２４がノズルニードル６に形成されており、このノズルニードルピン２４は、ばねエレメントによって包囲されている。ノズルニードル６のノズルニードルピン２４の下側には、インジェクタケーシング２０の一部を通って孔が延在している。この孔を流出絞り９が受容しており、この流出絞り９は、漏れオイル流出部１１内に開口している。
【００１７】
図２に示した図の中から、図２の図示によるインジェクタのノズルニードルヘッドの領域が拡大されて、より詳しく示される。
【００１８】
図２によるＺ部分を示している図２．１には、インジェクタ本体２０が複数の部分から構成されていて、図２．１には示されていないノズル室２５に向かう方向で高圧孔２１によって貫通されていることが示されている。高圧孔２１を介して、インジェクタ本体２０の内部の圧力室４が、制御室４に接続されている。制御室４の内部には、閉鎖ばねエレメント４５が収容されている。この閉鎖ばねエレメント４５は、例えばコイルばねとして構成されていてよい。閉鎖エレメント４５は、一方では、ノズルニードル６のノズルニードルヘッド３４に支承されていて、他方では、制御室４内に収容されている補償ディスク２３に支承されている。有利にはコイルばねとして形成されている閉鎖エレメント４５は、ノズルニードル６のノズルニードルピン２４によって貫通されている。制御室４の相応の放圧時にノズルニードル６が辿る全行程距離には、参照符号２９が付けられている。
【００１９】
インジェクタ本体２０の制御室４内に収容されている閉鎖エレメント４５は、ノズルニードル６のヘッド領域に支持されている。図２．１の図示による実施例のノズルニードル６のヘッド領域３４は、ノズルニードル６の直径を上回るノズルニードルヘッド直径３６で形成されている。ノズルニードルヘッド３４の外周部には複数の非接触面３５が形成されている。これらの非接触面３５は、軸方向でノズルニードル先端２６に向かって延在していて、制御縁部２８によって制限されている。ノズルニードルヘッド３４の外周部には、複数の非接触面３５、例えば３つの非接触面３５が形成されていてよく、これらの非接触面３５は、互いに１２０°ずらされてノズルニードルヘッド３４の外周部に形成されている。
【００２０】
図２．１に示した図では、非接触面３５のそれぞれの制御縁部２８がインジェクタケーシング２０内のケーシング側の制御縁部の上側に位置するように、ノズルニードル６が調節されている。この位置は、ノズルニードル６の閉鎖位置に対応している。このノズルニードル６のノズルニードル先端２６はノズル座内に置かれているので、ノズルニードル６は、さらに全行程距離２９を移動することができる。
【００２１】
図２．２には、図２．１に示した詳細図が拡大して示されている。ノズルニードル６の開放の最初の瞬間に、ノズルニードル６と、ノズルニードル６に収容されているノズルニードルヘッド３４とが、制御縁部２８がインジェクタケーシング２０内のケーシング側に形成されている縁部を覆うまで、制御室４内に設けられている補償ディスク２３の方向への行程運動を行う。したがって、ノズルニードル６の開放の最初の瞬間には、ノズルニードル６とインジェクタ本体２０との間の漏れギャップは使用されておらず、ノズルニードル６は妨げられることなく開放することができる。前行程３１の完了後に初めて、制御縁部２８は、インジェクタ本体２０のケーシング側に設けられている段部の上に位置する。したがって前行程３１が達成されるまでは、制御室４から、ノズルニードルヘッド直径３６で形成されているノズルニードルヘッド３４の非接触面３５に沿って、妨げられることなく燃料が、制御縁部２８に沿って、ここには詳しく図示していない流出絞り９内に到達し、ひいては漏れオイル流出部１１に到達することができる。
【００２２】
図２．３による図には、引き続いてのノズルニードル行程運動時に形成される漏れギャップが示されている。
【００２３】
図２．３に示されている図では、ノズルニードル６のノズルニードルヘッド直径３６で形成されているノズルニードルヘッド３４は、上側のストッパ内に移動させられている。ノズルニードルヘッド３４の端面を負荷する力蓄え器４５は、全行程２９（図２．１に示した図参照）に相応して圧縮されている。ノズルニードルヘッド３４の非接触面３５を制限している制御縁部２８は、インジェクタ本体２０に形成されている対応する制御縁部を、漏れギャップ３３の長さを規定している長さで覆っている。今や、開放方向へのノズルニードル６の速度は、制御室４内に存在している容積によって著しく緩められる。これにより、引き続いての移動運動時のノズルニードル６には、ノズルニードル６が上側のストッパに到達するまでは、減少された速度が与えられる。全行程２９の第２の行程区分内で生ぜしめられる、より低いノズル開放速度に基づいて、ノズルニードル曲線の積分値は、制御信号の長さが一定である場合には、ノズル減衰を伴わないノズルニードル曲線の積分値よりもはるかに小さい。これに伴って、最小限の開放圧力および最少の前噴射量のような原則的な設定値を無視することなく、著しくより少ない噴射量が形成され得る。
【００２４】
ノズルニードル６のノズルニードルヘッド３４の領域には、使用例に応じて、種々異なる数の非接触面３５が、制御縁部２８による終端部を備えて形成されていてよい。図２．１、図２．２、図２．３に示した図では、例えば、ノズルニードル６のノズルニードルヘッド３４の外周部に、互いに１２０°ずらされた３つの非接触面３５が、制御縁部２８による終端部を備えて形成され得る。
【００２５】
図３には、インジェクタ側に設けられているノズルニードル減衰装置の、別の実施例が示されている。
【００２６】
この図によれば、図３の図に示したノズルニードル６のヘッド領域は、ノズルニードル６に一致する直径３７で形成されているヘッド領域３８として構成されている。図３の図に示した、ノズルニードル６の組み込まれたノズルニードルヘッド３８は、有利にはコイルばねとして構成されている閉鎖エレメント４５のための当接面を形成している。これに対して、閉鎖エレメント４５の、反対の側に位置する端面は、インジェクタ本体２０の制御室４内に埋め込まれている補償ディスク２３に当接している。閉鎖部材４５を収容している制御室４は、図３による図示に類似して、流入絞り３によって流入孔２１を介して、圧力で負荷され得る。この流入孔２１は、インジェクタ本体２０を、ノズルニードル６に対してほぼ平行に貫通している。
【００２７】
図３の図に示したノズルニードル６の実施例では、図２．１に示した図とは異なって、ノズルニードル６の組み込まれたヘッド領域３８に、複数の流入面３９が形成されている。これらの流入面３９は、例えば、１８０°だけずらされて、ノズルニードル６の組み込まれたヘッド領域３８の外周部に設けられていてよい。制御室４からの燃料の流過方向で見て、ノズルニードル６の組み込まれたヘッド領域３８の後方で、ノズルニードル６の外周部に、複数の非接触面３５が形成されている。これらの非接触面３５は、それぞれ制御縁部２８によって制限されている。ノズルニードル６のこの領域には、例えば、互いに１２０°ずらされて外周部に形成された３つの非接触面が設けられていてよく、これらの非接触面３５は、それぞれノズルニードル６の制御縁部２８によって制限されている。制御室４内へのノズルニードル６の移動時に、流入面３９もしくは非接触面３５を介して燃料が、流出絞り９に通じている孔を介して、漏れオイル流出部１１に流出する。これにより、ノズルニードル６はその全行程距離２９にわたって、放圧される制御室４内に入ることができる。
【００２８】
閉鎖エレメント４５（有利にはコイルばねとして構成されている）は、図２．１に示した図に類似して、制御室４の制限壁によって外側を支持されて、かつノズルニードル６に設けられているノズルニードルピン２４によって支持されているので、座屈が生じるおそれはない。
【００２９】
図３．１には、ノズルニードル６が、放圧される制御室内に移動運動させられる間の、漏れギャップ３３の形成が示されている。
【００３０】
制御室４の、流出絞り９を介した放圧時には、まず、制御室４内に向かう方向への、ノズルニードル６の移動が行われる。これにより、非接触面３５と、非接触面３５を制限している制御縁部２８とが、インジェクタ本体２０内のケーシング側に設けられている制御縁部の方向で移動させられる。制御縁部２８とインジェクタ本体２０内のケーシング側に設けられている制御縁部とが重なり合わない限りは、妨げられない燃料流出が、流入面３９と非接触面３５とを介して、環状の流出通路４０を介して、流出絞り９に向かう方向で行われ、さらにこの流出絞り９から漏れオイル排出口１１（ここでは図示せず）内へと行われる。ノズルニードル６がその座から離れる、前行程３１に相応するこの開放運動中に、ノズルニードル６の開放が、減衰されない第１の開放速度で行われる。制御室４内へのノズルニードル６のさらなる移動運動時に制御縁部２８が、インジェクタ本体２０に設けられているケーシング側制御縁部を覆う場合には、ノズルニードル６の開放速度は、制御室４内に閉じこめられた制御容積によって、著しく緩められる。これにより、ノズルニードル６は引き続いての運動時に、その全行程距離２９に相応してその上側のストッパ３２内に至るまで、減少された速度で運動させられる。ノズルニードル６の外周部の非接触面３５の制御縁部２８とインジェクタケーシング２０内に設けられているケーシング側制御縁部との間に生ぜしめられる漏れギャップ３３の長さに応じて、種々異なる長さで形成される漏れギャップ３３が生ぜしめられる。この漏れギャップ３３は、流出通路４０への流入と、流出通路４０から流出絞り９への流入とを絞っている。
【００３１】
ノズルニードル６の開放時にしか減衰が作用しないようにして、これによりノズルの全行程距離２９に相応して２つの開放速度が生ぜしめられるようにすることを目標としている、ノズルニードル６の開放運動の減衰は、制御室４に通じる流入絞り３と制御室４の流出絞り９との、より鈍感な設計を可能にする。流出絞り９は、本発明によれば、従来のものよりもはるかに大きく設計され得る。なぜなら、本発明に従って構成されたインジェクタによって形成可能な前噴射量は、特に部材もしくは行程２〜３１の大きさと漏れギャップ３３とによって調節されるからである。より大きく寸法設計された流出絞り９によって、より危険のない開放動作が、高圧蓄え室１内の圧力が低い場合でも可能である。このことによって、特に、大量生産における製品の、より少ないばらつきが達成され得る。
【００３２】
図４の図には、減衰を伴うノズルニードル開放速度と、減衰を伴わないノズルニードル開放速度との経過が示されている。
【００３３】
図４の線図によれば、ノズルニードル６の行程経過には参照符号４１が、これに対して、制御サイクルの全持続時間には参照符号４２が付けられている。
【００３４】
制御室４内に収容されている補償ディスク２３に向かう方向でノズルニードル６が閉鎖ばねエレメント４５の作用に抗して開放し、かつ前行程距離３１に相応して移動する場合、より高いノズルニードル開放速度が得られる。制御室４内に収容された制御容積の減衰作用に抗して制動が行われる場合、すなわち、ノズル緊締ナット２２のノズルニードル先端２６の領域におけるノズル座からのノズルニードル開放運動の減衰が行われる場合、ノズルニードル６は曲線４４の経過に相応して開放する。これに対して、減衰を伴わないノズルニードル開放特性は曲線４３の経過によって示されている。閉じこめられた制御容積による減衰装置を備えていないノズルニードルが移動するであろう、より大きな行程距離は、はっきりと読み取ることができる。これにより、内燃機関の燃焼室内への、はるかに不利な、つまり、より不正確な噴射容積が生ぜしめられる。本発明によって提案される、曲線４４に応じたノズルニードル運動減衰装置の実施例によって、著しくより少ない噴射量が実現され得る。これにより、約１６００バール（ｂａｒ）の最高圧力時でもノズルニードル行程あたり約０．５〜１．０ｍｍ３の最少前噴射量の要件と、約２５０バールの最低圧力時の噴射とが考慮され得る。
【００３５】
ノズルニードル６が、拡大された直径３６で構成されたノズルニードルヘッド３４を備えて形成されているのであれ、流入面を有する、組み込まれたヘッド３８を備えて形成されているのであれ、ノズルニードル６の閉鎖時に、閉鎖運動は、特に、インジェクタ本体２０の内部の制御室４に通じる流入絞り３の大きさによって規定されていて、ノズルニードル６とインジェクタ本体２０との間の漏れギャップ３３に実質的に依存している。制御室４に通じる流入絞り３と、制御室４に後置されている流出絞り９との、より鈍感な設計を見込んで、閉鎖動作をこの設計特性から完全に切り離すことができる。これにより、ノズルニードル６の開放に関して最小の開放圧力が達成され、さらに、最高圧力時でも、内燃機関の燃焼室内に噴射すべき燃料量の量増加率が著しく減少可能であり、少ない前噴射量が特に有利な形式で実現され得る。燃焼経過の形成に関して、かつシリンダ内の火炎前面の拡大時に生ぜしめられる着火遅れに関して、噴射段階時の最少前噴射量は使用に応じて、その使用が業務用車の内燃機関内であれ、軌条車両の内燃機関内であれ、乗用車の内燃機関内であれ、特に重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従って構成された、燃料を噴射するためのインジェクタの油圧回路図である。
【図２】
インジェクタの縦断面図である。
【図２．１】
インジェクタ側のノズルニードル支承部を示した図である。
【図２．２】
図２．１に示した詳細図を拡大して示した図である。
【図２．３】
上側のノズルニードル支承部に生ぜしめられている漏れギャップを示した図である。
【図３】
インジェクタ側のノズルニードル支承部の別の実施例を示した図である。
【図３．１】
図３．１は、生ぜしめられている漏れギャップを示した図である。
【図４】
制御サイクルの、減衰を伴うノズルニードル開放速度と減衰を伴わないノズルニードル開放速度との経過を示した図である。[0001]
TECHNICAL FIELD High-pressure injection systems having a high-pressure storage chamber (common rail) are increasingly used in air-compressed internal combustion engines. Fuel is supplied via this high-pressure storage chamber to individual injectors for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. The start of injection and the amount of injection are regulated by an electrically controllable fuel injector. The injector can be fixed in the cylinder head part of the internal combustion engine by means of a clamping pawl (Spannplaten) and can be provided with a counterbore injection nozzle or a blind hole injection nozzle. The injection course is produced by the fuel injector and can be adapted to the course of combustion in the combustion chamber.
[0002]
The demand for pollutant emissions of prior art internal combustion engines is constantly sharpened, and a partial revision of the pending legislation of the exhaust gas legislation can be expected in the form of the exhaust gas standard EURO4. As a result, the demands on modern internal combustion engines are constantly increasing, so that the fuel injection systems of internal combustion engines need to be designed very flexibly.
[0003]
The accuracy of the injection duration and the accuracy of the amount of fuel injected into the combustion chamber are defined, inter alia, by the nozzle needle opening or closing speed. On the one hand, fuel injectors need to inject even at relatively low pressures of about 250 bar compared to a system pressure of about 1300 bar. On the other hand, by the fuel injector, even when the maximum pressure of about 1600 bar, it is required minimum before injection quantity of approximately per stroke 0.5 to 1.0 mm 3 can be formed. These requirements for the fuel injector constitute a prerequisite for the nozzle needle to open and close the injection opening of the combustion chamber. The opening characteristics of the nozzle needle and the nozzle needle speed of the fuel injector have heretofore been adjusted by a corresponding design of the inlet throttle and the outlet throttle.
[0004]
In order to take into account the above-described injection conditions for the throttle design, the following design problem arises.
[0005]
In other words, in order to achieve the minimum opening pressure, the outflow restriction must be selected as large as possible, whereas in order to achieve the minimum pre-injection amount at the highest pressure, the outflow restriction is designed to be as small as possible. Need to be Therefore, the purpose of each injector design is that the above two requirements can be respected.
[0006]
According to DE 199 30 732 Certain fuel injection valves are known. The fuel injector is used in particular in diesel engines for injecting fuel, in particular diesel fuel, in which case the diesel fuel reaches the fuel injector through a fuel inlet. The fuel injection valve has a valve member slidable in the axial direction in the guide hole of the valve body against the force of the closing spring. The valve member opens at least one injection hole of the valve body during the opening stroke. Through this injection hole, fuel can be injected into the combustion chamber. In order to provide a fuel injection valve which can be manufactured simply and at low cost, despite obtaining the same advantages as the double spring type holder, a damping volume acting in the direction opposite to the damping stroke of the valve member is used. It is connected to the fuel inlet through a throttle.
[0007]
DISCLOSURE OF THE INVENTION The advantages of the solution proposed by the invention are, in particular, that the solution proposed by the invention only acts on the nozzle needle damping as follows, i.e. when opening the nozzle needle at the nozzle seat, It can be seen that it allows nozzle needle damping which allows substantially two opening speeds of the nozzle. The solution proposed by the invention ensures that the nozzle first opens at a high opening speed in the preceding stroke, in which case the stroke distance traveled by the nozzle in the preceding stroke is adjustable in advance.
[0008]
On subsequent opening of the injection nozzle from its seat, a leakage gap is created by covering the control edge of the nozzle needle or of the nozzle needle head with the housing part surrounding the nozzle needle. Thus, the damping volume accommodated in the spring chamber inside the injector body has a damping effect on the opening speed of the nozzle needle, and attenuates the opening speed of the nozzle needle in one partial stroke of the entire stroke. Ie, decrease. However, the closing action of the nozzle needle is substantially unaffected by this opening characteristic, characterized by substantially two different opening speeds of the nozzle needle in the casing of the fuel injector. Due to the reduced speed, the integral of the nozzle needle curve is much smaller than the integral of the nozzle needle curve without nozzle attenuation for a constant control signal length. Thus, significantly smaller injection quantities can be formed without violating principle settings such as a minimum opening pressure and a minimum pre-injection quantity. As a result, a minimum opening pressure is achieved and, even at high pressures, the rate of volume increase can be significantly reduced. Thereby, the minimum pre-injection amount can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
[0009]
The nozzle needle damping device proposed by the invention allows an insensitive design of the outlet throttle from the control chamber of the nozzle needle in the casing of the fuel injector or the inlet throttle leading to the control chamber. The outlet throttle can be designed much larger than in the prior art, as compared to known designs. The decisive parameters for the pre-injection quantity are, in particular, the size of the pre-stroke and the size of the leak gap. With a larger sized outlet throttle, a risk-free opening operation is possible even at low pressure levels in the high-pressure storage chamber (common rail). On the other hand, this reduces product variability during mass production of high pressure injection systems.
[0010]
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of an injector for injecting fuel, configured according to the present invention;
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the injector,
FIG. 2.1 is a view showing a nozzle needle support portion on the injector side,
Figure 2.2 is an enlarged view of the detail shown in Figure 2.1;
FIG. 2.3 shows the leakage gap created in the upper nozzle needle bearing;
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the nozzle needle support portion on the injector side,
FIG. 3.1 shows the resulting leakage gap;
FIG. 4 is a diagram showing the progress of the nozzle needle opening speed with attenuation and the nozzle needle opening speed without attenuation in the control cycle.
[0012]
FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of an injector according to the invention for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
[0013]
Starting from a high-pressure storage chamber (common rail) 1 not shown in detail in FIG. 1, a high-pressure line extends in the direction of an injection nozzle 2 of an injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. I have. An inflow restrictor 3 is provided branching from a high-pressure pipe extending between the high-pressure storage chamber 1 and the injection nozzle 2. The control chamber 4 is loaded by the fuel under high pressure via the inlet throttle 3. The control chamber 4 is, on the one hand, limited by a limiting wall 5 of the injector casing, which is not shown here in detail. The control chamber 4, which can be loaded by the fuel under high pressure, is, on the other hand, limited by the nozzle needle 6, that is, by the conical end 7 of the nozzle needle 6. The pressure relief of the control chamber 4 takes place via a control edge 8 (shown schematically here) with leaking oil gaps of various sizes and via an outlet throttle 9. This outlet throttle 9 is arranged in the injector housing behind the control edge 8 with the leaking oil gap created. The opening control of the control chamber 4 loaded by the fuel under high pressure is performed, for example, via a solenoid valve 10. The solenoid valve 10 can have a closed position 10.1 and an open position 10.2. The control chamber 4, which is loaded by fuel under high pressure, is connected via the solenoid valve 10 to the leaking oil outlet 11 when the solenoid valve 10 is switched to its open position 10.2. Thereby, the control volume can flow out to the fuel reservoir of the fuel injection system.
[0014]
In order to relieve the pressure in the control chamber, a piezoelectric actuator or an electromagnetic / hydraulic adjusting device can be used in addition to the configuration with the solenoid valve 10 shown schematically in FIG.
[0015]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an injector having a plurality of components for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
[0016]
An inflow hole 21 extends through the injector body 20. In the region of the nozzle needle 6 of the injector, the inflow hole 21 opens into the nozzle chamber 25 surrounding the nozzle needle 6 in the region of the pressure stage. The nozzle needle 6 extends from the nozzle chamber 25 to a nozzle needle tip 26. The nozzle needle tip 26 opens and closes the injection opening 27 in the area of the injection cone in response to the vertical reciprocating stroke of the nozzle needle 6 in the injector casing 20. Via the injection opening 27 of the injection nozzle 2, the fuel volume defined by the opening or closing movement of the nozzle needle 6 reaches the combustion chamber of the internal combustion engine as the combustion proceeds. In the area of the nozzle needle 6 opposite the nozzle needle tip 26, a nozzle needle pin 24 is formed in the nozzle needle 6, which is surrounded by a spring element. A hole extends through a part of the injector casing 20 below the nozzle needle pin 24 of the nozzle needle 6. This hole is received by an outflow restrictor 9, which opens into the leaking oil outlet 11.
[0017]
From the illustration shown in FIG. 2, the area of the nozzle needle head of the injector according to the illustration of FIG. 2 is enlarged and shown in more detail.
[0018]
In FIG. 2.1, which shows the Z part according to FIG. 2, the injector body 20 is made up of a plurality of parts, and by means of the high-pressure holes 21 in a direction towards the nozzle chamber 25, not shown in FIG. It is shown that it is penetrated. The pressure chamber 4 inside the injector body 20 is connected to the control chamber 4 via the high-pressure hole 21. A closing spring element 45 is housed inside the control room 4. This closing spring element 45 may be configured, for example, as a coil spring. The closing element 45 is, on the one hand, mounted on the nozzle needle head 34 of the nozzle needle 6 and, on the other hand, on the compensating disc 23 housed in the control chamber 4. The closing element 45, which is preferably formed as a coil spring, is pierced by the nozzle needle pin 24 of the nozzle needle 6. The total travel distance followed by the nozzle needle 6 when the control chamber 4 is correspondingly depressurized is labeled 29.
[0019]
A closing element 45 housed in the control chamber 4 of the injector body 20 is supported in the head area of the nozzle needle 6. The head area 34 of the nozzle needle 6 in the exemplary embodiment according to FIG. 2.1 is formed with a nozzle needle head diameter 36 which is larger than the diameter of the nozzle needle 6. A plurality of non-contact surfaces 35 are formed on the outer peripheral portion of the nozzle needle head 34. These non-contact surfaces 35 extend axially toward the nozzle needle tip 26 and are limited by the control edge 28. A plurality of non-contact surfaces 35, for example, three non-contact surfaces 35 may be formed on the outer peripheral portion of the nozzle needle head 34, and these non-contact surfaces 35 are shifted from each other by 120 ° to form the nozzle needle head 34. It is formed on the outer periphery.
[0020]
In the illustration shown in FIG. 2.1, the nozzle needle 6 has been adjusted such that the respective control edge 28 of the non-contact surface 35 is located above the control edge on the casing side in the injector casing 20. This position corresponds to the closed position of the nozzle needle 6. Since the nozzle needle tip 26 of the nozzle needle 6 is located in the nozzle seat, the nozzle needle 6 can move the entire stroke distance 29 further.
[0021]
FIG. 2.2 shows the detail shown in FIG. 2.1 on an enlarged scale. At the first moment of opening of the nozzle needle 6, the nozzle needle 6 and the nozzle needle head 34 contained in the nozzle needle 6 are connected to the edge where the control edge 28 is formed on the casing side in the injector casing 20. , A stroke movement in the direction of the compensation disk 23 provided in the control room 4 is performed. Therefore, at the first moment of opening of the nozzle needle 6, the leak gap between the nozzle needle 6 and the injector body 20 is not used, and the nozzle needle 6 can be opened without hindrance. Only after the completion of the previous stroke 31 does the control edge 28 rest on a step provided on the casing side of the injector body 20. Until the pre-stroke 31 is thus achieved, fuel is unhindered from the control chamber 4 along the non-contact surface 35 of the nozzle needle head 34, which is formed by the nozzle needle head diameter 36, at the control edge 28. Along the flow path, it can reach the outflow restrictor 9 not shown here in detail, and can thus reach the leaking oil outlet 11.
[0022]
The diagram according to FIG. 2.3 shows the leakage gap formed during a subsequent nozzle needle stroke movement.
[0023]
In the illustration shown in FIG. 2.3, the nozzle needle head 34, which is formed by the nozzle needle head diameter 36 of the nozzle needle 6, has been moved into the upper stop. The force accumulator 45, which loads the end face of the nozzle needle head 34, is compressed corresponding to the full stroke 29 (see the diagram shown in FIG. 2.1). The control edge 28 limiting the non-contact surface 35 of the nozzle needle head 34 covers the corresponding control edge formed on the injector body 20 with a length defining the length of the leak gap 33. ing. Now, the speed of the nozzle needle 6 in the opening direction is significantly reduced by the volume present in the control chamber 4. Thereby, the nozzle needle 6 during the subsequent movement is given a reduced velocity until the nozzle needle 6 reaches the upper stop. Due to the lower nozzle opening speed that occurs in the second stroke section of the full stroke 29, the integral of the nozzle needle curve does not involve nozzle damping if the control signal length is constant. Much smaller than the integral value of the nozzle needle curve. With this, significantly smaller injection quantities can be formed without ignoring principle settings such as a minimum opening pressure and a minimum pre-injection quantity.
[0024]
In the area of the nozzle needle head 34 of the nozzle needle 6, different numbers of non-contact surfaces 35 may be provided, depending on the application, with a termination by the control edge 28. In the figures shown in FIGS. 2.1, 2.2 and 2.3, for example, three non-contact surfaces 35 which are shifted from each other by 120 ° on the outer peripheral portion of the nozzle needle head 34 of the nozzle needle 6 are controlled. It may be formed with a termination by an edge 28.
[0025]
FIG. 3 shows another embodiment of the nozzle needle damping device provided on the injector side.
[0026]
According to this figure, the head region of the nozzle needle 6 shown in the diagram of FIG. 3 is configured as a head region 38 formed with a diameter 37 corresponding to the nozzle needle 6. The integrated nozzle needle head 38 of the nozzle needle 6 shown in FIG. 3 forms an abutment surface for a closing element 45, which is preferably configured as a coil spring. On the other hand, the opposite end face of the closing element 45 bears against a compensation disc 23 embedded in the control chamber 4 of the injector body 20. The control chamber 4 containing the closing member 45 can be pressurized by the inlet throttle 3 via the inlet 21, analogously to the illustration according to FIG. The inflow hole 21 penetrates the injector body 20 almost in parallel with the nozzle needle 6.
[0027]
In the embodiment of the nozzle needle 6 shown in FIG. 3, a plurality of inflow surfaces 39 are formed in the head region 38 in which the nozzle needle 6 is incorporated, unlike the view shown in FIG. 2.1. . These inflow surfaces 39 may be provided on the outer periphery of the head region 38 in which the nozzle needle 6 is incorporated, for example, by being shifted by 180 °. A plurality of non-contact surfaces 35 are formed on the outer periphery of the nozzle needle 6 behind the head region 38 in which the nozzle needle 6 is incorporated, as viewed in the direction in which fuel flows from the control chamber 4. These non-contact surfaces 35 are each limited by a control edge 28. In this area of the nozzle needle 6, for example, three non-contact surfaces may be provided which are formed on the outer periphery and shifted by 120 ° from each other, and these non-contact surfaces 35 are respectively provided with the control edges of the nozzle needle 6. Section 28. When the nozzle needle 6 moves into the control chamber 4, fuel flows out through the hole leading to the outflow restrictor 9 to the leaked oil outflow portion 11 through the inflow surface 39 or the non-contact surface 35. This allows the nozzle needle 6 to enter the pressure-released control chamber 4 over its entire travel distance 29.
[0028]
The closing element 45, which is preferably constructed as a coil spring, is supported on the outside by a limiting wall of the control chamber 4 and is provided on the nozzle needle 6, analogously to the illustration shown in FIG. Since it is supported by the nozzle needle pin 24 that has no buckling, there is no possibility of buckling.
[0029]
FIG. 3.1 shows the formation of the leak gap 33 while the nozzle needle 6 is moved into the depressurized control chamber.
[0030]
When the pressure in the control chamber 4 is released through the outflow restrictor 9, first, the nozzle needle 6 is moved in a direction toward the inside of the control chamber 4. As a result, the non-contact surface 35 and the control edge 28 restricting the non-contact surface 35 are moved in the direction of the control edge provided on the casing side in the injector body 20. As long as the control edge 28 and the control edge provided on the casing side in the injector body 20 do not overlap, unimpeded fuel outflow occurs via the inflow surface 39 and the non-contact surface 35 in an annular fashion. The flow is performed in the direction toward the outflow restriction 9 through the outflow passage 40, and further from the outflow restriction 9 into the leaked oil discharge port 11 (not shown here). During this opening movement, which corresponds to the previous stroke 31, when the nozzle needle 6 leaves its seat, the opening of the nozzle needle 6 takes place at a first, undamped opening speed. If the control edge 28 covers the casing-side control edge provided on the injector body 20 during the further movement movement of the nozzle needle 6 into the control chamber 4, the opening speed of the nozzle needle 6 is controlled by the control chamber 4. It is significantly relaxed by the control volume enclosed therein. This causes the nozzle needle 6 to be moved at a reduced speed during subsequent movements, corresponding to its full travel distance 29, into the upper stop 32 thereof. Depending on the length of the leakage gap 33 created between the control edge 28 of the non-contact surface 35 on the outer periphery of the nozzle needle 6 and the casing-side control edge provided in the injector casing 20. A leakage gap 33, which is formed in length, is created. The leakage gap 33 restricts the inflow to the outflow passage 40 and the inflow from the outflow passage 40 to the outflow restriction 9.
[0031]
The opening movement of the nozzle needle 6 is intended to have a damping effect only when the nozzle needle 6 is open, so that two opening speeds are produced corresponding to the total stroke distance 29 of the nozzle. This allows a more insensitive design of the inlet throttle 3 leading to the control chamber 4 and the outlet throttle 9 of the control chamber 4. The outlet throttle 9 can be designed according to the invention to be much larger than in the prior art. This is because the amount of pre-injection that can be produced by an injector constructed according to the invention is regulated in particular by the size of the components or strokes 2 to 31 and the leakage gap 33. With a larger sized outlet throttle 9, a more dangerous opening operation is possible even when the pressure in the high-pressure storage chamber 1 is low. This can achieve a lower variability of the products, especially in mass production.
[0032]
FIG. 4 shows the progress of the nozzle needle opening speed with attenuation and the nozzle needle opening speed without attenuation.
[0033]
According to the diagram of FIG. 4, the course of the stroke of the nozzle needle 6 is designated by reference numeral 41, whereas the total duration of the control cycle is designated by reference numeral.
[0034]
If the nozzle needle 6 opens in the direction toward the compensation disk 23 contained in the control chamber 4 against the action of the closing spring element 45 and moves in accordance with the previous travel distance 31, a higher nozzle needle Opening speed is obtained. When braking is performed against the damping effect of the control volume accommodated in the control chamber 4, that is, the damping of the nozzle needle opening movement from the nozzle seat in the region of the nozzle needle tip 26 of the nozzle tightening nut 22 is performed. In this case, the nozzle needle 6 opens corresponding to the course of the curve 44. On the other hand, the opening characteristic of the nozzle needle without damping is indicated by the curve 43. Larger travel distances where a nozzle needle without a damping device due to a confined control volume will move can be clearly read. This results in a much more disadvantageous, ie, less accurate, injection volume into the combustion chamber of the internal combustion engine. With the embodiment of the nozzle needle movement damping device according to the curve 44 proposed according to the invention, significantly smaller injection quantities can be realized. Thus, a minimum pre-injection quantity requirement of maximum pressure at any of about 0.5 to 1.0 mm 3 per nozzle needle stroke, and injection at the minimum pressure of about 250 bar can be considered of about 1600 bar (bar) .
[0035]
Whether the nozzle needle 6 is formed with a nozzle needle head 34 configured with an enlarged diameter 36 or with an integrated head 38 having an inflow surface, the nozzle needle When the valve 6 is closed, the closing movement is defined, inter alia, by the size of the inlet throttle 3 leading to the control chamber 4 inside the injector body 20 and substantially to the leakage gap 33 between the nozzle needle 6 and the injector body 20. Is dependent on In view of a more insensitive design of the inlet throttle 3 leading to the control chamber 4 and the outlet throttle 9 downstream of the control chamber 4, the closing operation can be completely decoupled from this design characteristic. As a result, the minimum opening pressure for opening the nozzle needle 6 is achieved, and even at the highest pressure, the rate of increase in the amount of fuel to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be significantly reduced, and the small pre-injection amount Can be realized in a particularly advantageous manner. Regarding the formation of the combustion course and the ignition delay caused by the expansion of the flame front in the cylinder, the minimum pre-injection quantity during the injection phase depends on the use, whether in the internal combustion engine of a commercial vehicle or not. Of particular importance, whether in the internal combustion engine of a vehicle or in the internal combustion engine of a passenger car.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a hydraulic circuit diagram of an injector for injecting fuel, configured according to the present invention.
FIG. 2
It is a longitudinal cross-sectional view of an injector.
FIG. 2.1
It is a figure showing a nozzle needle support part on the injector side.
[Fig. 2.2]
FIG. 2 is an enlarged view of the detailed view shown in FIG. 2.1.
[Figure 2.3]
FIG. 7 shows a leakage gap created in the upper nozzle needle bearing.
FIG. 3
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the nozzle needle support portion on the injector side.
[Fig. 3.1]
FIG. 3.1 shows the resulting leakage gap.
FIG. 4
FIG. 4 is a diagram showing the progress of a nozzle needle opening speed with attenuation and a nozzle needle opening speed without attenuation in a control cycle.