WO2004005699A1 - Injector for an injection system - Google Patents

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WO2004005699A1
WO2004005699A1 PCT/DE2003/001702 DE0301702W WO2004005699A1 WO 2004005699 A1 WO2004005699 A1 WO 2004005699A1 DE 0301702 W DE0301702 W DE 0301702W WO 2004005699 A1 WO2004005699 A1 WO 2004005699A1
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injector
bore
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drilling
injection
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PCT/DE2003/001702
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Jürgen Dick
Heinz Lixl
Johann Massinger
Martin Simmet
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention is based on an injector for an injection system, which is designed for injecting fuel into an internal combustion engine.
  • the injector is connected by means of a high-pressure line to a high-pressure accumulator (rail) of the injection system, which provides the fuel required for injection into a cylinder of the internal combustion engine.
  • the fuel is provided by a high-pressure pump with a certain operating pressure in the high-pressure accumulator.
  • the high-pressure bore which is made inside the injector, is designed such that it forms the largest possible buffer store for the fuel.
  • the high pressure hole is in close proximity to the injection holes of the nozzle unit.
  • the measures listed in the dependent claims provide advantageous developments and improvements to the injector specified in claim 1.
  • a particularly favorable solution is seen in the fact that the high-pressure bore in the injector is designed as a stepped bore.
  • the stepped bore can have two or more drilling stages, each of which is drilled with a different drilling diameter.
  • the pressure waves propagating in the individual bore stages are reflected irregularly on the bore walls, so that they partially compensate for or weaken one another.
  • the damping of the pressure waves is the more pronounced the more drilling stages can be attached to the high-pressure drilling.
  • a particularly advantageous solution is also seen in making the individual drilling stages of the high-pressure drilling narrower in the flow direction of the fuel, for example. You start at the top of the injector with the widest hole and then drill the next hole with a smaller diameter so that the narrowest hole is formed in the area of the nozzle tip. Such an arrangement of the individual drilling stages can be carried out particularly easily in terms of production technology. From a fluidic point of view, there is also the advantage that the pressure waves are damped the more they have moved from their actual point of origin at the tip of the nozzle needle.
  • the bore diameter can be increased from step to step.
  • the volume for the fuel to be stored can also be specified in a simple manner. It seems advantageous to make the volume for the individual drilling stages smaller in the flow direction of the fuel. In this way, a relatively large storage volume for the fuel is obtained in the upper part of the injector, since there is usually enough space available for the expansion of the high-pressure bore. In the case of the lower drilling stages, on the other hand, the volume can be designed in such a way that the damping effect of the pressure waves is particularly pronounced.
  • a further improvement in the damping effect for the pressure waves can also be achieved if the transition between two drilling stages is provided with a beveled, in particular with a conical, ring surface. At the The pressure waves are also broken and partially absorbed in the ring surface.
  • transitions In order to avoid that new vibrations can form at the transition between two adjacent drilling stages due to different flow velocities in the individual drilling stages, it is proposed in an alternative embodiment of the invention to design the transitions continuously.
  • Such stepless transitions which are, for example, arc-shaped, can be easily manufactured using a correspondingly shaped profile cutter.
  • the two bores are drilled parallel to the longitudinal axis of the injector housing and have an access opening at the upper end of the injector housing. These access openings provide good access for connecting electrical lines for the piezoelectric actuator and an external fuel line.
  • the injector according to the invention is particularly well suited for use in a common rail injection system. Particularly when injecting diesel fuel, a very high fuel pressure is used, so that here the intensity of the pressure waves and the vibrations is particularly high.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a cross section through an injector according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically two transition between two drilling stages
  • FIG. 3 shows a common rail injection system with an arrangement of four injectors according to the invention.
  • an embodiment of an injector 10 according to the invention is shown in a schematic representation.
  • an injector housing 1 can first be seen, into which an axially parallel, step-shaped longitudinal bore is made.
  • the longitudinal bore can be seen in the right part of Figure 1 and is designed as a high pressure bore 2. It has an access opening 13 at its upper end, to which an external fuel line can be connected, for example with a screw thread.
  • a further step-shaped bore 10 is made in the left part of FIG.
  • Your drilling stages are preferably designed so that the drilling diameters widen from top to bottom towards the nozzle tip.
  • At the upper end of the injector housing 1 there is also an access opening 13, at which an electrical connection and control lines for the piezoelectric actuator 9 can be provided.
  • the two stepped bores 2, 10 lying next to one another are preferably designed with their bore diameters in such a way that in a bore cross-section the two neighboring cross-sectional areas 14a, 14b behave inversely proportional to each other.
  • there is a larger hole so that the sum of the drill cross-sections is preferably constant in different stages. This advantageously ensures that the wall thickness between the two bores is always homogeneous and sufficiently strong to withstand the high fuel pressure.
  • the upper end of the piezoelectric actuator 9 is fixed to the injector housing 1. Its lower end is designed to be movable and acts on a nozzle needle 6, which is arranged in a nozzle unit 11, when the length changes axially.
  • the nozzle needle 6 can open or close the 11 fuel-tight in response to control signals on the actuator with its lower conical part of the injection holes 5 of the 'nozzle assembly.
  • a high-pressure chamber 7 as well as an inlet throttle 3 and an outlet throttle 8 are further provided in the nozzle unit 11.
  • the inlet throttle 3 is connected to an inlet line 4, which is fed by the high-pressure bore 2 and essentially conveys the fuel under high pressure to the nozzle needle 6, so that the fuel emerges via the injection holes 5 when the nozzle needle 6 is lifted and into the combustion chamber Internal combustion engine can be injected.
  • the high-pressure bore 2 forms a buffer store for the fuel to be injected.
  • a connection for an external connecting line is provided at the access opening 13, which can be firmly connected to the high-pressure bore 2, for example by means of a union nut.
  • the fuel to be injected for example gasoline or diesel, becomes the injector 11 via the connecting line promoted.
  • the black arrow above the high-pressure bore 2 should indicate the direction of flow of the fuel.
  • the high-pressure bore 2 is designed as a multiple stepped bore.
  • three drilling stages with the drilling diameters dl, d2 and dn are shown as an example.
  • the uppermost drilling step has the largest diameter d1, while the drilling steps below it are each designed with a smaller diameter d2, dn.
  • the number of drilling stages is freely selectable and depends on the injector type or the intended use. Alternatively, subsequent bores can also be further developed.
  • the length of the bores is preferably chosen so that the largest possible buffer volume is created, but sufficient wall thicknesses remain for the high-pressure bore.
  • the uppermost drilling step has a length L1 and the subsequent drilling steps have the lengths L2 and Ln. In this way, a certain volume VI, V2, Vn for the fuel to be stored can thus be specified for each drilling stage with very simple means, since the individual volumes V are based on the trigonometric formula
  • the aim is to make the storage volume of the entire buffer storage as large as possible, so that, depending on the type of engine for which the injector 1 is to be used, the high-pressure storage (rail) known per se of a commercially available common rail injection system can possibly be saved.
  • the injection with the injector of the invention can be made easier and cheaper.
  • the necessary installation space in the vehicle is advantageously reduced, so that the injection system, particularly in the case of combustion engines, gates with many cylinders and in tight spaces in the engine compartment.
  • the individual volumes VI, V2, Vn are designed as a function of operating conditions of the internal combustion engine.
  • the uppermost volume VI could be made somewhat smaller, the volume V2 larger and the volume Vn smaller or the same size again.
  • requirements of the internal combustion engine can be optimized, for example with regard to emissions, engine performance and fuel consumption.
  • a further important advantage of the invention is also seen in that the different drilling diameters d1, d2, dn dampen the pressure waves or vibrations occurring during the injection process. Since the pressure waves on the side walls of the individual drilling stages are broken, reflected and absorbed irregularly, the damping results in a more uniform injection process. Precise control is particularly important in the case of multiple injection, in which the fuel is injected in several individual injection pulses at the shortest time intervals.
  • the buffer store of the high pressure bore 2 also supports this injection process.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a section of the high-pressure bore 2 of the injector 11 explained in FIG. 1.
  • the transitions 20 that form between two adjacent drilling stages are explained in FIG.
  • the transitions 20 are designed, for example, with a beveled, in particular a conical, ring surface.
  • This soft transition for example from diameter d1 to diameter d2, reflects the pressure waves even more diffusely and absorbs them, so that the damping properties are further improved.
  • the edges of the annular surface 20, which each arise between a drilling stage and the annular surface, were further rounded off with a corresponding tool, so that a stepless transition from the drilling stage d2 to the drilling stage dn is produced. This prevents new pressure waves or vibrations from occurring at the edges, which could impair the even course of the injection.
  • FIG. 3 shows a schematic arrangement for a common rail injection system, as is used for example in diesel injection. It shows the high-pressure accumulator (rail) 31 described above and known per se, to which a total of four injectors 11 are hydraulically connected via four connecting lines 32.
  • the size of the high-pressure accumulator 31 and the number of connected injectors 11 essentially depends on the number and the volume of the combustion chambers (cylinders) of the type of engine used. In this case, the four injectors 11 are provided for a four-cylinder engine.
  • the fuel is pumped into the high-pressure accumulator 31 at high pressure by a high-pressure pump 33, which is connected to the high-pressure accumulator 31, and is then available for injection in the individual buffer accumulators of the connected injectors 11.
  • the high-pressure pump 33 is in turn supplied by a fuel pump 35.
  • the fuel pump 35 pumps the fuel from a storage container (symbolized by the arrow in FIG. 3) with a lower overpressure via lines 36 and one or more filter units 34 to the high-pressure pump 33.
  • the injection holes 5 (FIG 1) opened or closed again and thus the injection process can be controlled.

Abstract

The invention relates to an injector (11) for an injection system which can be used for injecting fuel in the cylinder of an internal combustion engine. A similar injection system is known as an injection common rail system. A pressure drop which is produced at the level of injection holes (5) of the injector (11) during injection by reason of relatively long pipelines (32) between a high pressure accumulator (31) and the injector (11), generates undesirable pressure waves, in particular during a multiple injection. Said phenomenon adversely effects the homogeneity of an injection process. The aim of the invention is to design a high pressure hole (2) which is arranged in the injector casing in the form of a buffer accumulator (VI, V2, Vn). The aim is achieved, for example by embodying said high pressure hole (2) in the form of a multilevel hole.

Description

Beschreibungdescription
Injektor für ein EinspritzsystemInjector for an injection system
Die Erfindung geht nach der Gattung des Hauptanspruchs aus von einem Injektor für ein Einspritzsystem, das zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Bei einem solchen System ist der Injektor mittels einer Hochdruckleitung mit einem Hochdruckspeicher (Rail) des Einspritzsystems verbunden, der den für die Einspritzung in einen Zylinder des Verbrennungsmotors benötigten Kraftstoff bereitstellt. Der Kraftstoff wird dabei von einer Hochdruckpumpe mit einem bestimmten Betriebsdruck in dem Hochdruckspeicher bereitgestellt. Bei einem Einspritzvorgang, der durch das Abheben der Düsennadel von ihrem Sitz in einer Düseneinheit des Injektors eingeleitet wird, kommt es jedoch zu Druckeinbrüchen und Druckwellen beziehungsweise zu Schwingungen im Einspritzsystem, da die Verbindungsleitungen zwischen dem Hochdruckspeicher und den in der Regel mehreren an dem Hochdruckspeicher angeschlossenen Injektoren relativ lang sind. Diese Effekte sind insbesondere auch bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Zeitabständen besonders nachteilig, da sie den vorgesehenen Einspritzverlauf beeinträchtigen können.According to the preamble of the main claim, the invention is based on an injector for an injection system, which is designed for injecting fuel into an internal combustion engine. In such a system, the injector is connected by means of a high-pressure line to a high-pressure accumulator (rail) of the injection system, which provides the fuel required for injection into a cylinder of the internal combustion engine. The fuel is provided by a high-pressure pump with a certain operating pressure in the high-pressure accumulator. During an injection process, which is initiated by lifting the nozzle needle from its seat in a nozzle unit of the injector, there are pressure drops and pressure waves or vibrations in the injection system, since the connecting lines between the high-pressure accumulator and the generally several connected to the high-pressure accumulator Injectors are relatively long. These effects are particularly disadvantageous, particularly in the case of multiple injections with short time intervals, since they can impair the intended course of the injection.
Bisher wurde dieses Problem dadurch zu lösen versucht, dass durch konstruktive Maßnahmen die Verbindungsleitungen zwischen dem Hochdruckspeicher und den Injektoren möglichst kurz gewählt wurden. Dies wurde beispielsweise dadurch erreicht, dass der Hochdruckspeicher möglichst in unmittelbarer Nähe zum Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet wurde. Der Kraftstoff wird dann über die verkürzten Verbindungsleitungen und eine in den Injektoren angeordnete Hochdruckbohrung mit konstantem Bohrungsdurchmesser zu der Düseneinheit des Injektors geführt. Diese Anordnung stellt zwar eine gewisse Verbesserung dar, liefert jedoch insbesondere für schnelle Mehrfacheinspritzungen keine zufrieden stellenden Ergebnisse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für die Kraftstoffeinspritzung derart weiter zu bilden, dass insbesondere die bei der Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff auftretenden Druckeinbrüche, -Schwingungen und deren Wechselwirkungen reduziert werden und eine gleichmäßigere Einspritzung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.So far, this problem has been attempted by constructing the connecting lines between the high-pressure accumulator and the injectors as short as possible. This was achieved, for example, by arranging the high-pressure accumulator as close as possible to the cylinder head of the internal combustion engine. The fuel is then led to the nozzle unit of the injector via the shortened connecting lines and a high-pressure bore arranged in the injectors with a constant bore diameter. Although this arrangement represents a certain improvement, it does not provide satisfactory results, in particular for rapid multiple injections. The invention is based on the object of developing an injector for fuel injection in such a way that, in particular, the pressure drops and oscillations and their interactions occurring in the multiple injection of fuel are reduced and a more uniform injection is made possible. This object is achieved with the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Injektor wird entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs die Hochdruckbohrung, die innerhalb des Injektors angebracht ist, derart ausgebildet, dass sie einen möglichst großen Pufferspeicher für den Kraftstoff bildet. Die Hochdruckbohrung befindet sich in unmittelbarer Nähe zu den Einspritzlöchern der Düseneinheit. Dadurch ist die Länge der Verbindungsleitungen zwischen dem Hochdruckspeicher und den angeschlossenen Injektoren in vorteilhafter Weise als weniger kritisch anzusehen, da der bei der Einspritzung auftretende Druckabfall insbesondere von dem Puffervolumen ausgeglichen werden kann, das durch die erfindungsgemäße Hochdruckbohrung innerhalb des Injektors zur Verfügung gestellt wird. Des weiteren wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass durch die erfindungsgemäße Lösung auch die unerwünschten Rückwirkungen auf den Rail und den weiteren Injektoren weitgehend unterdrückt werden.In the injector according to the invention, in accordance with the characterizing feature of the main claim, the high-pressure bore, which is made inside the injector, is designed such that it forms the largest possible buffer store for the fuel. The high pressure hole is in close proximity to the injection holes of the nozzle unit. As a result, the length of the connecting lines between the high-pressure accumulator and the connected injectors can advantageously be regarded as less critical, since the pressure drop occurring during the injection can in particular be compensated for by the buffer volume that is made available within the injector by the high-pressure bore according to the invention. Furthermore, it is considered to be particularly advantageous that the solution according to the invention also largely suppresses the undesirable effects on the rail and the other injectors.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Injektors gegeben. Eine besonders günstig Lösung wird darin gesehen, dass die Hochdruckbohrung im Injektor als Stufenbohrung ausgebildet ist. Die Stufenbohrung kann dabei zwei oder mehrere Bohrstufen aufweisen, die mit einem jeweils unterschiedlichen Bohrdurchmesser gebohrt sind. Dadurch werden die sich in den einzelnen Bohrungsstufen ausbreitenden Druckwellen an den Bohrungswänden unregelmäßig reflektiert, so dass sie sich teilweise gegenseitig kompensieren oder abschwächen. Die Dämpfung der Druckwellen ist da- bei um so stärker ausgeprägt, je mehr Bohrstufen an der Hochdruckbohrung angebracht werden können.The measures listed in the dependent claims provide advantageous developments and improvements to the injector specified in claim 1. A particularly favorable solution is seen in the fact that the high-pressure bore in the injector is designed as a stepped bore. The stepped bore can have two or more drilling stages, each of which is drilled with a different drilling diameter. As a result, the pressure waves propagating in the individual bore stages are reflected irregularly on the bore walls, so that they partially compensate for or weaken one another. The damping of the pressure waves is the more pronounced the more drilling stages can be attached to the high-pressure drilling.
Eine besonders vorteilhafte Lösung wird auch darin gesehen, die einzelnen Bohrstufen der Hochdruckbohrung in Fließrichtung des Kraftstoffs beispielsweise jeweils enger auszuführen. Man beginnt am oberen Ende des Injektors mit der weitesten Bohrung und bohrt anschließend die nächste Bohrstufe mit einem kleineren Durchmesser, so dass im Bereich der Düsenspitze die engste Bohrung ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung der einzelnen Bohrstufen ist fertigungstechnisch besonders einfach durchführbar. Des weiteren ergibt sich strömungstechnisch gesehen der Vorteil, dass die Druckwellen umso stärker gedämpft werden, je weiter sie sich von ihrem eigentlichen Entstehungsort an der Spitze der Düsennadel entfernt haben .A particularly advantageous solution is also seen in making the individual drilling stages of the high-pressure drilling narrower in the flow direction of the fuel, for example. You start at the top of the injector with the widest hole and then drill the next hole with a smaller diameter so that the narrowest hole is formed in the area of the nozzle tip. Such an arrangement of the individual drilling stages can be carried out particularly easily in terms of production technology. From a fluidic point of view, there is also the advantage that the pressure waves are damped the more they have moved from their actual point of origin at the tip of the nozzle needle.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann der Bohrungsdurchmesser von Stufe zu Stufe vergrößert werden.In an alternative embodiment of the invention, the bore diameter can be increased from step to step.
Durch die Länge der einzelnen Bohrstufen in der Hochdruckbohrung kann auf einfache Weise auch das Volumen für den zu speichernden Kraftstoff vorgegeben werden. Dabei scheint es vorteilhaft, das Volumen für die einzelnen Bohrstufen in Fließrichtung des Kraftstoffs kleiner auszubilden. Auf diese Weise erhält man im oberen Teil des Injektors ein relativ großes Speichervolumen für den Kraftstoff, da hier in der Regel genügend Raum für die Aufweitung der Hochdruckbohrung zur Verfügung steht. Bei den unteren Bohrstufen kann dagegen das Volumen so ausgebildet sein, dass die Dämpfungswirkung der Druckwellen besonders gut ausgeprägt ist.Due to the length of the individual drilling stages in the high-pressure bore, the volume for the fuel to be stored can also be specified in a simple manner. It seems advantageous to make the volume for the individual drilling stages smaller in the flow direction of the fuel. In this way, a relatively large storage volume for the fuel is obtained in the upper part of the injector, since there is usually enough space available for the expansion of the high-pressure bore. In the case of the lower drilling stages, on the other hand, the volume can be designed in such a way that the damping effect of the pressure waves is particularly pronounced.
Eine weitere Verbesserung der Dämpfungswirkung für die Druckwellen kann auch dadurch erzielt werden, wenn der Übergang zwischen zwei Bohrstufen mit einer abgeschrägten, insbesondere mit einer kegelförmigen Ringfläche versehen wird. An der Ringfläche werden die Druckwellen ebenfalls gebrochen und teilweise absorbiert.A further improvement in the damping effect for the pressure waves can also be achieved if the transition between two drilling stages is provided with a beveled, in particular with a conical, ring surface. At the The pressure waves are also broken and partially absorbed in the ring surface.
Um zu vermeiden, dass sich am Übergang zwischen zwei benachbarten Bohrstufen durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Bohrstufen neue Schwingungen ausbilden können, wird in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, die Übergänge stufenlos auszubilden. Derartige stufenlose Übergänge, die beispielsweise bogenförmig ausgebildet sind, lassen sich fertigungstechnisch mit einem entsprechend geformten Profilfräser leicht anbringen.In order to avoid that new vibrations can form at the transition between two adjacent drilling stages due to different flow velocities in the individual drilling stages, it is proposed in an alternative embodiment of the invention to design the transitions continuously. Such stepless transitions, which are, for example, arc-shaped, can be easily manufactured using a correspondingly shaped profile cutter.
Günstig erscheint auch, die Druckwellen oder Schwingungen durch unterschiedlich lange Bohrstufen zu beeinflussen.It also seems favorable to influence the pressure waves or vibrations by drilling stages of different lengths.
Eine weitere vorteilhafte Lösung ergibt sich auch dadurch, dass bei einer parallel zur Hochdruckbohrung angeordneten weiteren stufenförmigen Bohrung, deren einzelne Bohrstufen sich von oben nach unten erweitern, die benachbarten Querschnittsflächen der beiden Bohrungen umgekehrt proportional zueinander ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass die Zwischenwand zwischen den beiden Bohrungen stets die gleiche Stärke beibehält. Bei dieser Lösung kann der Injektor insgesamt schlank ausgebildet werden, ohne die notwendige Festigkeit im Hochdruckbereich zu gefährden.Another advantageous solution also results from the fact that in the case of a further step-shaped bore arranged parallel to the high-pressure bore, the individual bore stages of which expand from top to bottom, the adjacent cross-sectional areas of the two bores are designed to be inversely proportional to one another. This ensures that the partition between the two holes always maintains the same thickness. With this solution, the injector can be made slim overall without jeopardizing the necessary strength in the high pressure area.
Des weiteren ist vorteilhaft, dass die beiden Bohrungen parallel zur Längsachse des Injektorgehäuses gebohrt sind und am oberen Ende des Injektorgehäuses eine Zugangsöffnung aufweisen. Über diese Zugangsöffnungen besteht ein guter Zugang zum Anschluss von elektrischen Leitungen für den piezoelektrische Aktor und einer externe Kraftstoffleitung.It is also advantageous that the two bores are drilled parallel to the longitudinal axis of the injector housing and have an access opening at the upper end of the injector housing. These access openings provide good access for connecting electrical lines for the piezoelectric actuator and an external fuel line.
Der erfindungsgemäße Injektor eignet sich besonders gut für die Verwendung bei einem Common Rail Einspritzsystem. Insbesondere bei der Einspritzung von Diesel-Kraftstoff wird mit einem sehr hohen Kraftstoffdruck gearbeitet, so dass hier bei der Einspritzung die Intensität der Druckwellen und der Schwingungen besonders hoch ist.The injector according to the invention is particularly well suited for use in a common rail injection system. Particularly when injecting diesel fuel, a very high fuel pressure is used, so that here the intensity of the pressure waves and the vibrations is particularly high.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Beschreibung nachfolgernd erläutert .An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be explained in the description below.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor,FIG. 1 shows a schematic illustration of a cross section through an injector according to the invention,
Figur 2 zeigt schematisch zwei Übergang zwischen jeweils zwei Bohrstufen undFigure 2 shows schematically two transition between two drilling stages and
Figur 3 zeigt ein Common Rail Einspritzsystem mit einer Anordnung von vier erfindungsgemäße Injektoren.FIG. 3 shows a common rail injection system with an arrangement of four injectors according to the invention.
In Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors 10 wiedergegeben. In der Querschnittszeichnung ist zunächst ein Injektorgehäuse 1 erkennbar, in das eine achsparallele, stufenförmige Längsbohrung eingebracht ist. Die Längsbohrung ist im rechten Teil von Figur 1 erkennbar und ist als Hochdruckbohrung 2 ausgeführt. Sie weist an ihrem oberen Ende eine Zugangsöffnung 13 auf, an die eine externe Kraftstoffleitung beispielsweise mit einem Schraubgewinde angeschlossen werden kann.In Figure 1, an embodiment of an injector 10 according to the invention is shown in a schematic representation. In the cross-sectional drawing, an injector housing 1 can first be seen, into which an axially parallel, step-shaped longitudinal bore is made. The longitudinal bore can be seen in the right part of Figure 1 and is designed as a high pressure bore 2. It has an access opening 13 at its upper end, to which an external fuel line can be connected, for example with a screw thread.
Im linken Teil von Figur 1 ist eine weitere stufenförmige Bohrung 10 eingebracht. Ihre Bohrstufen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass die Bohrdurchmesser sich von oben nach unten zur Düsenspitze hin erweitern. Am oberen Ende des Injektorgehäuses 1 ist ebenfalls eine Zugangsöffnung 13 vorgesehen, an der ein elektrischer Anschluss und Steuerleitungen für den piezoelektrischen Aktor 9 vorsehbar sind.A further step-shaped bore 10 is made in the left part of FIG. Your drilling stages are preferably designed so that the drilling diameters widen from top to bottom towards the nozzle tip. At the upper end of the injector housing 1 there is also an access opening 13, at which an electrical connection and control lines for the piezoelectric actuator 9 can be provided.
Die nebeneinander liegenden beiden stufenförmigen Bohrungen 2,10 sind mit ihren Bohrdurchmessern vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich bei einem Bohrguerschnitt die beiden be- nachbarten Querschnittsflächen 14a, 14b umgekehrt proportional zueinander verhalten. Neben einer engeren Bohrung liegt somit eine größere Bohrung, so dass vorzugsweise die Summe der Bohrquerschnitte in verschiedenen Stufen vorzugsweise konstant ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Wandstärke zwischen den beiden Bohrungen stets homogen und ausreichend stark ausgeführt ist, um dem hohen Kraftstoffdruck standzuhalten.The two stepped bores 2, 10 lying next to one another are preferably designed with their bore diameters in such a way that in a bore cross-section the two neighboring cross-sectional areas 14a, 14b behave inversely proportional to each other. In addition to a narrower hole, there is a larger hole, so that the sum of the drill cross-sections is preferably constant in different stages. This advantageously ensures that the wall thickness between the two bores is always homogeneous and sufficiently strong to withstand the high fuel pressure.
Der piezoelektrische Aktor 9 ist mit seinem oberen Ende am Injektorgehäuse 1 fest angeordnet. Sein unteres Ende ist beweglich ausgebildet und wirkt bei axialer Längenänderung auf eine Düsennadel 6, die in einer Düseneinheit 11 angeordnet ist. Die Düsenadel 6 kann in Abhängigkeit von Steuersignalen an dem Aktor mit ihrem unteren kegelförmigen Teil Einspritzlöcher 5 der' Düseneinheit 11 öffnen oder kraftstoffdicht verschließen.The upper end of the piezoelectric actuator 9 is fixed to the injector housing 1. Its lower end is designed to be movable and acts on a nozzle needle 6, which is arranged in a nozzle unit 11, when the length changes axially. The nozzle needle 6 can open or close the 11 fuel-tight in response to control signals on the actuator with its lower conical part of the injection holes 5 of the 'nozzle assembly.
Zur Steuerung der Düsennadel 6 sind des weiteren in der Düseneinheit 11 eine Hochdruckkammer 7 sowie eine Zulaufdrossel 3 und eine Ablaufdrossel 8 vorgesehen. Die Zulaufdrossel 3 ist mit einer Zulaufleitung 4 verbunden, die von der Hochdruckbohrung 2 gespeist wird und im wesentlichen den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zur Düsennadel 6 fördert, so dass der Kraftstoff beim Abheben der Düsenadel 6 über die Einspritzlöcher 5 austritt und in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann.To control the nozzle needle 6, a high-pressure chamber 7 as well as an inlet throttle 3 and an outlet throttle 8 are further provided in the nozzle unit 11. The inlet throttle 3 is connected to an inlet line 4, which is fed by the high-pressure bore 2 and essentially conveys the fuel under high pressure to the nozzle needle 6, so that the fuel emerges via the injection holes 5 when the nozzle needle 6 is lifted and into the combustion chamber Internal combustion engine can be injected.
Die Hochdruckbohrung 2 bildet mit ihrem gesamten Volumen VI, V2, Vn einen Pufferspeicher für den einzuspritzenden Kraftstoff. Im oberen Teil der Hochdruckbohrung VI ist an der Zugangsöffnung 13 ein Anschluss für eine externe Verbindungsleitung vorgesehen, die beispielsweise mittels einer Überwurfmutter mit der Hochdruckbohrung 2 fest verbunden werden kann. Über die Verbindungsleitung wird der einzuspritzende Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel zum Injektor 11 gefördert. Der schwarze Pfeil oberhalb der Hochdruckbohrung 2 soll die Fließrichtung des Kraftstoffs anzeigen.With its entire volume VI, V2, Vn, the high-pressure bore 2 forms a buffer store for the fuel to be injected. In the upper part of the high-pressure bore VI, a connection for an external connecting line is provided at the access opening 13, which can be firmly connected to the high-pressure bore 2, for example by means of a union nut. The fuel to be injected, for example gasoline or diesel, becomes the injector 11 via the connecting line promoted. The black arrow above the high-pressure bore 2 should indicate the direction of flow of the fuel.
Die Hochdruckbohrung 2 ist im Gegensatz zu einer üblichen zylindrischen Bohrung als mehrfache Stufenbohrung ausgebildet. In Figur 1 sind beispielhaft drei Bohrstufen mit den Bohrdurchmessern dl, d2 und dn dargestellt. Die oberste Bohrstufe weist den größten Durchmesser dl auf, während die darunter liegenden Bohrstufen mit einem jeweils kleineren Durchmesser d2, dn ausgebildet sind. Die Anzahl der Bohrstufen ist frei wählbar und richtet sich nach dem Injektortyp oder dem Verwendungszweck. Alternativ können nachfolgende Bohrungen auch weiter ausgebildet sein.In contrast to a conventional cylindrical bore, the high-pressure bore 2 is designed as a multiple stepped bore. In Figure 1, three drilling stages with the drilling diameters dl, d2 and dn are shown as an example. The uppermost drilling step has the largest diameter d1, while the drilling steps below it are each designed with a smaller diameter d2, dn. The number of drilling stages is freely selectable and depends on the injector type or the intended use. Alternatively, subsequent bores can also be further developed.
Des weiteren ist vorgesehen, die Länge der Bohrungen vorzugsweise so zu wählen, dass ein möglichst großes Puffervolumen entsteht aber dennoch genügend große Wandstärken für die Hochdruckbohrung verbleiben. Die oberste Bohrstufe weist eine Länge Ll und die nachfolgenden Bohrstufen weisen die Längen L2 beziehungsweise Ln auf. Auf diese Weise kann somit mit sehr einfachen Mitteln für jede Bohrstufe ein bestimmtes Volumen VI, V2, Vn für den zu speichernden Kraftstoff vorgegeben werden, da sich die einzelnen Volumina V nach der trigonometrischen FormelFurthermore, it is provided that the length of the bores is preferably chosen so that the largest possible buffer volume is created, but sufficient wall thicknesses remain for the high-pressure bore. The uppermost drilling step has a length L1 and the subsequent drilling steps have the lengths L2 and Ln. In this way, a certain volume VI, V2, Vn for the fuel to be stored can thus be specified for each drilling stage with very simple means, since the individual volumes V are based on the trigonometric formula
V = π *d/4 * L berechnen lassen (d= Bohrdurchmesser, L= Länge der Bohrung) .V = π * d / 4 * L can be calculated (d = drilling diameter, L = length of the drilling).
Es wird angestrebt, das Speichervolumen des gesamten Pufferspeichers möglichst groß auszubilden, so dass je nach dem, für welchen Motortyp der Injektor 1 verwendet werden soll, unter Umständen der per se bekannte Hochdruckspeicher (Rail) eines handelsüblichen Common Rail Einspritzsystems eingespart werden kann. Des 'weiteren kann das Einspritzsystem mit dem erfindungsgemäßen Injektor einfacher und preiswerter hergestellt werden. Hinzu kommt auch, dass sich der notwendige Einbauraum in dem Fahrzeug in vorteilhafter Weise verringert, so dass das Einspritzsystem insbesondere bei Verbrennungsmo- toren mit vielen Zylindern sowie bei engen Platzverhältnissen im Motorraum verwendet werden kann.The aim is to make the storage volume of the entire buffer storage as large as possible, so that, depending on the type of engine for which the injector 1 is to be used, the high-pressure storage (rail) known per se of a commercially available common rail injection system can possibly be saved. Of 'further the injection with the injector of the invention can be made easier and cheaper. In addition, the necessary installation space in the vehicle is advantageously reduced, so that the injection system, particularly in the case of combustion engines, gates with many cylinders and in tight spaces in the engine compartment.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die einzelnen Volumina VI, V2, Vn in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors auszubilden. Beispielsweise könnte das oberste Volumen VI etwas kleiner, das Volumen V2 größer und das Volumen Vn wieder kleiner oder gleich groß ausgebildet sein. Auf diese Weise lassen sich Erfordernisse des Verbrennungsmotors beispielsweise hinsichtlich der Emissionen, der Motorleistung und des Kraftstoffverbrauch optimieren.In an alternative embodiment of the invention, the individual volumes VI, V2, Vn are designed as a function of operating conditions of the internal combustion engine. For example, the uppermost volume VI could be made somewhat smaller, the volume V2 larger and the volume Vn smaller or the same size again. In this way, requirements of the internal combustion engine can be optimized, for example with regard to emissions, engine performance and fuel consumption.
Ein wesentlicher weiterer Vorteil der Erfindung wird auch darin gesehen, dass durch die unterschiedlichen Bohrdurchmesser dl, d2, dn die beim Einspritzvorgang auftretenden Druckwellen beziehungsweise -Schwingungen gedämpft werden. Da die Druckwellen an den Seitenwänden der einzelnen Bohrstufen unregelmäßig gebrochen, reflektiert und absorbiert werden, ergibt sich durch die Dämpfung ein gleichmäßigerer Einspritzverlauf. Insbesondere bei der Mehrfacheinspritzung, bei der der Kraftstoff in mehreren einzelnen Einspritzimpulsen in kürzesten Zeitabständen eingespritzt wird, ist die exakte Steuerung besonders wichtig. Der Pufferspeicher der Hochdruckbohrung 2 unterstützt auch dieses Einspritzverfahren.A further important advantage of the invention is also seen in that the different drilling diameters d1, d2, dn dampen the pressure waves or vibrations occurring during the injection process. Since the pressure waves on the side walls of the individual drilling stages are broken, reflected and absorbed irregularly, the damping results in a more uniform injection process. Precise control is particularly important in the case of multiple injection, in which the fuel is injected in several individual injection pulses at the shortest time intervals. The buffer store of the high pressure bore 2 also supports this injection process.
Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt von der in Figur 1 erläuterten Hochdruckbohrung 2 des Injektors 11. In Figur 2 werden insbesondere die Übergänge 20 erläutert, die sich zwischen zwei benachbarten Bohrstufen ausbilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Übergänge 20 beispielsweise mit einer abgeschrägten, insbesondere einer kegelförmigen Ringfläche auszubilden. Durch diesen weichen Ü- bergang zum Beispiel von dem Durchmesser dl auf den Durchmesser d2 werden die Druckwellen noch mehr diffus reflektiert und dabei absorbiert, so dass die Dämpfungseigenschaften weiter verbessert werden. Zwischen den beiden Bohrstufen d2 und dn wurden beispielhaft die Kanten der Ringfläche 20, die jeweils zwischen einer Bohrstufe und der Ringsfläche entstehen, mit einem entsprechenden Werkzeug weiter abgerundet, so dass ein stufenloser Übergang von der Bohrstufe d2 zur Bohrstufe dn entsteht. Dadurch wird verhindert, dass an den Kanten neue Druckwellen oder -Schwingungen entstehen können, die den gleichmäßigen Verlauf der Einspritzung beeinträchtigen könnten.FIG. 2 shows an enlarged view of a section of the high-pressure bore 2 of the injector 11 explained in FIG. 1. In particular, the transitions 20 that form between two adjacent drilling stages are explained in FIG. According to the invention, the transitions 20 are designed, for example, with a beveled, in particular a conical, ring surface. This soft transition, for example from diameter d1 to diameter d2, reflects the pressure waves even more diffusely and absorbs them, so that the damping properties are further improved. Between the two drilling stages d2 and dn, for example, the edges of the annular surface 20, which each arise between a drilling stage and the annular surface, were further rounded off with a corresponding tool, so that a stepless transition from the drilling stage d2 to the drilling stage dn is produced. This prevents new pressure waves or vibrations from occurring at the edges, which could impair the even course of the injection.
Figur 3 zeigt eine schematische Anordnung für eine Common Rail Einspritzsystem, wie es beispielsweise bei der Dieseleinspritzung verwendet wird. Es zeigt den zuvor beschriebenen und per se bekannte Hochdruckspeicher (Rail) 31, an dem über vier Verbindungsleitungen 32 insgesamt vier Injektoren 11 hydraulisch verbunden sind. Die Größe des Hochdruckspeichers 31 und die Anzahl der angeschlossen Injektoren 11 hängt im wesentlichen von der Anzahl und dem Volumen der Brennkammern (Zylinder) des verwendeten Motortyps ab. In diesem Fall sind die vier Injektoren 11 für einen Vierzylindermotor vorgesehen.FIG. 3 shows a schematic arrangement for a common rail injection system, as is used for example in diesel injection. It shows the high-pressure accumulator (rail) 31 described above and known per se, to which a total of four injectors 11 are hydraulically connected via four connecting lines 32. The size of the high-pressure accumulator 31 and the number of connected injectors 11 essentially depends on the number and the volume of the combustion chambers (cylinders) of the type of engine used. In this case, the four injectors 11 are provided for a four-cylinder engine.
Der Kraftstoff wird von einer Hochdruckpumpe 33, die mit dem Hochdruckspeicher 31 verbunden ist, mit hohem Druck in den Hochdruckspeicher 31 gepumpt und steht dann in den einzelnen Pufferspeichern der angeschlossenen Injektoren 11 zur Einspritzung zur Verfügung. Die Hochdruckpumpe 33 wird ihrerseits von einer Kraftstoffpumpe 35 versorgt. Hierzu fördert die Kraftstoffpumpe 35 aus einem Vorratsbehälter (in Figur 3 durch den Pfeil symbolisiert) den Kraftstoff mit einem geringeren Überdruck über Leitungen 36 und einem oder mehreren Filtereinheiten 34 zur Hochdruckpumpe 33. Mit Hilfe einer e- lektronischen Steuerung können dann die Einspritzlöcher 5 (Figur 1) geöffnet beziehungsweise wieder geschlossen werden und somit der Einspritzvorgang gesteuert werden. The fuel is pumped into the high-pressure accumulator 31 at high pressure by a high-pressure pump 33, which is connected to the high-pressure accumulator 31, and is then available for injection in the individual buffer accumulators of the connected injectors 11. The high-pressure pump 33 is in turn supplied by a fuel pump 35. For this purpose, the fuel pump 35 pumps the fuel from a storage container (symbolized by the arrow in FIG. 3) with a lower overpressure via lines 36 and one or more filter units 34 to the high-pressure pump 33. The injection holes 5 (FIG 1) opened or closed again and thus the injection process can be controlled.

Claims

Patentansprüche claims
Injektor für ein Einspritzsystem, das zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor ausgebildet ist, wobei der Injektor (11) über eine unter Druck stehende Kraftstoffleitung (32) mit einem Hochdruckspeicher (31) des Einspritzsystems verbindbar ist, und mit einer Hochdruckbohrung (2), durch die der Kraftstoff mittels einer steuerbaren Düsennadel (6) zu Einspritzlöchern (5) des Injektors (11) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckbohrung (2) des Injektors (11) als Pufferspeicher (Vl,V2,Vn) für den unter Druck stehenden Kraftstoff ausgebildet ist.Injector for an injection system, which is designed to inject fuel into an internal combustion engine, the injector (11) being connectable to a high-pressure accumulator (31) of the injection system via a pressurized fuel line (32), and to a high-pressure bore (2), through which the fuel can be guided to the injection holes (5) of the injector (11) by means of a controllable nozzle needle (6), characterized in that the high-pressure bore (2) of the injector (11) acts as a buffer store (Vl, V2, Vn) for the lower Pressurized fuel is formed.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckbohrung (2) als Stufenbohrung ausgebildet ist.Injector according to claim 1, characterized in that the high-pressure bore (2) is designed as a stepped bore.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckbohrung (2) mit wenigstens zwei Bohrdurchmessern (dl,d2,dn) ausgebildet ist.Injector according to claim 1 or 2, characterized in that the high pressure bore (2) is formed with at least two bore diameters (dl, d2, dn).
Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgende Bohrdurchmesser (dl,d2,dn) der Hochdruckbohrung (2) zur Düsenspitze hin enger oder alternativ weiter ausgebildet sind.Injector according to claim 3, characterized in that subsequent bore diameters (dl, d2, dn) of the high-pressure bore (2) towards the nozzle tip are made narrower or alternatively further.
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bohrdurchmesser (dl) der Stufenbohrung (2) größer ist als der zweite Bohrdurchmesser (d2) und dieser größer ist als gegebenenfalls ein dritter Bohrdurchmesser (dn) .Injector according to claim 4, characterized in that the first drilling diameter (dl) of the stepped bore (2) is larger than the second drilling diameter (d2) and this is larger than a third drilling diameter (dn) if necessary.
Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Kraftstoff aufnehmende Volumen (Vl,V2,Vn) der einzelnen Bohrstufen unter Berücksich- tigung der Raumverhältnisse im Injektor (11) und/oder von Betriebsbedingungen eines Motors ausgebildet ist.Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the volume (Vl, V2, Vn) of the individual drilling stages which takes up the fuel under consideration adjustment of the space in the injector (11) and / or operating conditions of an engine is formed.
7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bohrstufen an ihren Ü- bergängen (20) eine abgeschrägte, insbesondere eine kegelförmige Ringfläche aufweisen.7. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the individual drilling stages have a beveled, in particular a conical, annular surface at their transitions (20).
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (20) zwischen zwei benachbarten Bohrstufen stufenlos ausgebildet ist.8. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the transition (20) between two adjacent drilling stages is stepless.
9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bohrstufen unterschiedliche Längen (Ll,L2,Ln) aufweisen, wobei die Längen (Ll,L2,Ln) zur Düsenspitze hin nach einem vorgegebenen9. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the individual drilling stages have different lengths (Ll, L2, Ln), the lengths (Ll, L2, Ln) towards the nozzle tip according to a predetermined
Verhältnis abnehmen.Decrease ratio.
10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektorgehäuse (1) bei wenigstens einer Bohrstufe der Hochdruckbohrung (2) eine weitere stufenförmige Bohrung (10) parallel angeordnet ist, dass deren Bohrdurchmesser sich von oben nach unten hin erweitern, und dass bei wenigstens einer Bohrung der Hochdruckbohrung (2) eine Querschnittsfläche (14a) umgekehrt proportional zu einer Querschnittsfläche (14b) der weiteren stufenförmigen Bohrung (10) ausgebildet ist.10. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the injector housing (1) in at least one drilling stage of the high-pressure bore (2), a further step-shaped bore (10) is arranged in parallel, that its bore diameter widen from top to bottom, and that in at least one bore of the high-pressure bore (2) a cross-sectional area (14a) is formed inversely proportional to a cross-sectional area (14b) of the further step-shaped bore (10).
11. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckbohrung (2) und/oder die weitere Bohrung (10) parallel zur Längsachse des Injektorgehäuses (1) gebohrt sind und am oberen Ende des Injektorgehäuses (1) eine Zugangsöffnung (13) aufweisen.11. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure bore (2) and / or the further bore (10) are drilled parallel to the longitudinal axis of the injector housing (1) and an access opening (13) at the upper end of the injector housing (1) ) exhibit.
12. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (11) für eine Common Rail Einspritzsystem, insbesondere zur Einspritzung von Diesel-Kraftstoff verwendbar ist. 12. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the injector (11) for a common Rail injection system, in particular for the injection of diesel fuel.
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