WO2010006828A1 - Kraftstoffinjektor mit hochdruckzulauf - Google Patents

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Gerhard Girlinger
Marcela Haberlova
Arthur Eberhart
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14

Definitions

  • the invention relates to a KrafStoffinjektor for the operation of an internal combustion engine having an injector body, wherein an inlet bore connects a conical pressure port with a valve chamber for supplying fuel under high pressure, wherein the valve chamber is placed along a longitudinal center axis of the injector body and above a nozzle needle.
  • a fuel injector in whose injector body a valve chamber communicates via an inlet bore with a pressure port. Furthermore, in the region of the intersections between the valve space and the inlet bore, bulges in the cross section are provided in order to reduce the notch stresses in this area and thus to achieve an overall higher pressure resistance of the injector body.
  • a disadvantage of the known prior art is that in the present systems, the production cost is high and the stresses occurring in the field of intersections an improvement in the geometry of the same can be further reduced.
  • the invention comprises the technical teaching that, starting from a pressure connection of the fuel injector, the inlet bore has a fan-like contour with a specific fan angle and a variable cross section in a slot-like shape along its extension.
  • an enlarged pressure surface is generated in the axial direction, which leads to a reduction in voltage in the region of the intersection of inlet bore and valve chamber.
  • a shift of the maximum stress can be achieved from the range of the Verschneidungslinien in the axial region of the inlet bore, whereby the processing cost in the area of the intersections can be reduced.
  • optimal material utilization is achieved by the fan-like design of the inlet bore.
  • fan-like in this case means that the bore, starting from the pressure port, widens its cross-section in the direction of the valve space along a defined angle the variable cross-section of the inlet bore has the shape of a slot, wherein due to the processing of the inlet bore edges can protrude into this slot shape and change them accordingly slightly.
  • the fan-like contour is formed by at least two holes, wherein the center axes of the respective outer holes, starting from a connection axis pressure connection - valve chamber pivoted by half the fan angle in each case
  • the fan-like contour of the inlet bore can be produced with low production costs by two holes are set in the simplest case, which are pivoted to form the fanning of the inlet corresponding to half the fan angle with respect to the lying between the valve chamber and pressure connection axis connection.
  • the fan-like contour is formed by a plurality of holes to obtain a slot-shaped cross-section.
  • a smooth contour of the inlet bore can be achieved, which improves the flow characteristic via the inlet bore.
  • this embodiment of the fan hole can be made by a cutter, which is pivoted about the point of the pressure port starting from a connecting axis to the valve chamber by half the fan angle. It is also conceivable, however, to manufacture the contour by means of electrochemical shaping or roughing eroding.
  • the respective outer holes of the fan-like contour of the inlet bore with their central axes are not outside each tangent of the same angle Cross section of the valve chamber. It is advantageous here that the outer regions of the inlet bore are not too far outside of the valve chamber and thus does not have to be too strong deflection of the flowing fuel in the direction of the valve chamber.
  • the fan-like contour of the inlet bore has, at its end facing the valve chamber, the shape of a concavely curved ring section.
  • the fan angle is in the range of 20 ° -30 °. This value range defines an optimal widening of the inlet bore.
  • the fan-like contour of the inlet bore in the direction of the longitudinal central axis of the injector body has an extension in the range of 2 mm - 5 mm. In this size range, a sufficient cross section for supplying fuel through the inlet bore is achieved.
  • the valve chamber has an oblong-hole-shaped or elliptical cross-section, wherein outer holes defining the cross-section are offset outwardly by an amount of 0.1 mm to 0.2 mm from the longitudinal central axis of the injector body.
  • Fig.l a sectional view of an inventive
  • Fuel injector cut in the region of the inlet bore perpendicular to the longitudinal center axis of the Injektorgropers;
  • Fig. 2 is a sectional view of the fuel injector taken along the line A-A in Fig.l;
  • FIG. 3 is a sectional view of the fuel injector, taken along the line B-B in Fig.l.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the fuel injector according to the invention, the section being placed perpendicular to a longitudinal center axis of the injector body 1.
  • an inlet bore 2 connects a conical pressure port 3 with a valve space 4.
  • the valve chamber 4 is designed elliptical. In order to produce an enlarged pressure surface in the axial direction of the inlet bore 2, this is fan-shaped and extends from the conical pressure port 3 at the angle ⁇ in the direction of the valve chamber 4.
  • such an inlet bore 2 is generated by three individual holes in the
  • Injector body 1 are made.
  • the first bore is thereby guided starting from the conical pressure port 3 straight in the direction of the longitudinal central axis of the injector body 1.
  • the two outer holes are created by turn starting from the pressure port 3 by half the fan angle ⁇ pivoted in the direction of the valve chamber 4 is drilled.
  • the inlet bore 2 also has a rounding 5 with the shape of a concave-shaped ring portion in order to improve the flow characteristics in the valve chamber 4 in this area.
  • the inlet bore 2 edges 6a-6d which arise due to the overlap of the individual bores to form the inlet bore 2.
  • FIGS. 2 and 3 show further sectional views of the fuel injector according to the invention, from which in particular the geometry of the inlet bore 2 emerges.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Injektorkörper (1), bei welchem eine Zulaufbohrung (2) einen kegelförmigen Druckanschluss (3) mit einem Ventilraum (4) zur Zuführung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff verbindet, wobei der Ventilraum (4) entlang einer Längsmittelachse des Injektorkörpers (1) und oberhalb einer Düsennadel platziert ist, wobei ferner die Zulaufbohrung (2) ausgehend von dem kegelförmigen Druckanschluss (3) entlang ihrer Erstreckung eine fächerartige Kontur mit einem Fächerwinkel (α) und einem veränderlichen Querschnitt in langlochähnlicher Form aufweist.

Description

KRAFTSTOFFINJEKTOR MIT HOCHDRUCKZULAUF
Die Erfindung betrifft einen KrafStoffinjektor für den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Injektorkörper, bei welchem eine Zulaufbohrung einen kegelförmigen Druckanschluss mit einem Ventilraum zur Zuführung von unter Hochdruck stehenden Kraftstoff verbindet, wobei der Ventilraum entlang einer Längsmittelachse des Injektorkörpers und oberhalb einer Düsennadel platziert ist.
Stand der Technik
Aus der DE 101 52 230 Al ist bereits ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dessen Injektorkörper ein Ventilraum über eine Zulaufbohrung mit einem Druckanschluss in Verbindung steht. Im Bereich der Verschneidungen zwischen Ventilraum und Zulaufbohrung sind des Weiteren Ausbuchtungen des Querschnitts vorgesehen, um die Kerbspannungen in diesem Bereich zu verringern und somit insgesamt eine höhere Druckfestigkeit des Injektorkörpers zu erreichen.
Aus der DE 44 46 071 Al ist des Weiteren ein Verfahren zur Gestaltung von Hochdruckverschneidungen, beispielsweise in Kraftstoffinjektoren bekannt. Um eine Verminderung der Spannungen im Verschneidungsbereich zu erreichen, ist eine Zulaufbohrung zu einem Ventilraum oval ausgeführt. Dadurch kann eine bessere Spannungsverteilung in der Zulaufbohrung erreicht werden und somit die Bauteilbelastung minimiert werden.
Nachteilhaft am bekannten Stand der Technik ist, dass bei den vorliegenden Systemen der Herstellungsaufwand hoch ist bzw. die auftretenden Spannungen im Bereich der Verschneidungen durch eine Verbesserung der Geometrie derselben weiter reduziert werden können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor zu schaffen, bei welchem Verschneidungen zwischen Zulaufbohrung und Ventilraum derart ausgebildet sind, dass Spannungen in diesem Bereich reduziert werden, während gleichzeitig eine optimale Materialausnutzung vorherrscht.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Zulaufbohrung ausgehend von einem Druckanschluss des Kraftstoffinjektors entlang Ihrer Erstreckung eine fächerartige Kontur mit einem bestimmten Fächerwinkel und einem veränderlichen Querschnitt in langlochähnlicher Form aufweist. Durch diese Maßnahme wird in axialer Richtung eine vergrößerte Druckfläche erzeugt, was zu einer Spannungsreduktion im Bereich der Verschneidung von Zulaufbohrung und Ventilraum führt. Somit kann eine Verschiebung des Spannungsmaximums aus dem Bereich der Verschneidungslinien in den axialen Bereich der Zulaufbohrung erreicht werden, wodurch der Bearbeitungsaufwand im Bereich der Verschneidungen reduziert werden kann. Des Weiteren wird durch die fächerartige Ausgestaltung der Zulaufbohrung eine optimale Materialausnutzung erreicht.
Der Begriff „fächerartig" meint in diesem Fall, dass die Bohrung ausgehend von dem Druckanschluss ihren Querschnitt in Richtung des Ventilraumes entlang eines definierten Winkels aufweitet. Der Ausdruck „langlochähnliche Form" bedeutet, dass der veränderliche Querschnitt der Zulaufbohrung die Form eines Langlochs aufweist, wobei aufgrund der Bearbeitung der Zulaufbohrung Kanten in diese Langlochform hineinragen können und diese entsprechend geringfügig verändern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die fächerartige Kontur durch mindestens zwei Bohrungen gebildet, wobei sich die Mittelachsen der jeweils äußeren Bohrungen ausgehend von einer Verbindungsachse Druckanschluss - Ventilraum um jeweils den halben Fächerwinkel geschwenkt in
Richtung Ventilraum erstrecken. Durch diese Maßnahme kann die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung mit niedrigem Herstellungsaufwand erzeugt werden, indem im einfachsten Fall zwei Bohrungen gesetzt werden, die zum bilden des Auffächerns des Zulaufs entsprechend um den halben Fächerwinkel gegenüber der zwischen Ventilraum und Druckanschluss liegenden Verbindungsachse geschwenkt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die fächerartige Kontur durch eine Vielzahl an Bohrungen gebildet, um einen langlochförmigen Querschnitt zu erhalten. Mittels der Überlagerung einer Vielzahl von Einzelbohrungen kann eine glatte Kontur der Zulaufbohrung erreicht werden, was die Strömungscharakteristik über die Zulaufbohrung verbessert. Der Einfachheit halber kann diese Ausführung der Fächerbohrung durch einen Fräser gefertigt werden, welcher um den Punkt des Druckanschlusses ausgehend von einer Verbindungsachse zum Ventilraum um jeweils den halben Fächerwinkel geschwenkt wird. Denkbar ist aber auch eine Fertigung der Kontur mittels elektrochemischen Formens oder Schrupperodierens .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegen die jeweils äußeren Bohrungen der fächerartigen Kontur der Zulaufbohrung mit ihren Mittelachsen nicht außerhalb jeweils einer Tangente gleichen Winkels des Querschnitts des Ventilraums. Vorteilhaft ist hierbei, dass die äußeren Bereiche der Zulaufbohrung nicht zu weit außerhalb des Ventilraums liegen und somit keine zu starke Umlenkung des strömenden Kraftstoffs in Richtung Ventilraum zu erfolgen hat.
In Weiterbildung der Erfindung weist die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung an ihrem dem Ventilraum zugewandten Ende die Form eines konkav gekrümmten Ringabschnitts auf. Dadurch wird die Zuströmung des Kraftstoffs zum Ventilraum am Ende der Zulaufbohrung weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der Fächerwinkel im Bereich von 20°-30°. Dieser Wertebereich definiert eine optimale Aufweitung der Zulaufbohrung.
In Weiterbildung der Erfindung weist die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung in Richtung der Längsmittelachse des Injektorkörpers eine Erstreckung im Bereich von 2 mm - 5 mm auf. In diesem Größenbereich wird ein ausreichender Querschnitt zur Zuführung von Kraftstoff über die Zulaufbohrung erreicht.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilraum einen langlochförmigen oder elliptischen Querschnitt auf, wobei äußere, den Querschnitt definierende Bohrungen um einen Betrag von 0,1 mm bis 0,2 mm von der Längsmittelachse des Injektorkörpers nach außen versetzt liegen. Durch diese Maßnahme wird eine Vergrößerung des Ventilraums erreicht, wodurch auch die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung entsprechend aufgeweitet werden kann.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
Fig.l eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Kraftstoffinjektors , geschnitten im Bereich der Zulaufbohrung senkrecht zur Längsmittelachse des Injektorköpers;
Fig.2 eine Schnittansicht des Kraftstoffinjektors, geschnitten entlang der Linie A-A in Fig.l; und
Fig.3 eine Schnittansicht des Kraftstoffinjektors, geschnitten entlang der Linie B-B in Fig.l.
Ausführungsform der Erfindung
In Fig.l ist eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zu sehen, wobei der Schnitt senkrecht zu einer Längsmittelachse des Injektorkörpers 1 platziert wurde. In dieser Schnittansicht verbindet eine Zulaufbohrung 2 einen kegelförmigen Druckanschluss 3 mit einem Ventilraum 4. Wie in Fig.l zu erkennen ist, ist der Ventilraum 4 elliptisch ausgeführt. Um in axialer Richtung der Zulaufbohrung 2 eine vergrößerte Druckfläche zu erzeugen, ist diese fächerartig ausgebildet und erstreckt sich ausgehend von dem kegelförmigen Druckanschluss 3 unter dem Winkel α in Richtung Ventilraum 4. In der gezeigten Ausführungsform wird eine derartige Zulaufbohrung 2 erzeugt, indem drei einzelne Bohrungen im
Injektorkörper 1 vorgenommen werden. Die erste Bohrung wird hierbei ausgehend vom kegelförmigen Druckanschluss 3 gerade in Richtung der Längsmittelachse des Injektorkörpers 1 geführt. Die beiden äußeren Bohrungen werden erzeugt, indem wiederum ausgehend vom Druckanschluss 3 um jeweils den halben Fächerwinkel α geschwenkt in Richtung Ventilraum 4 gebohrt wird. An ihrem Ende weist die Zulaufbohrung 2 zudem eine Abrundung 5 mit der Form eines konkav geformten Ringabschnitts auf, um in diesem Bereich die Strömungseigenschaften in den Ventilraum 4 zu verbessern. Des Weiteren weist die Zulaufbohrung 2 Kanten 6a-6d auf, welche aufgrund der Überschneidung der einzelnen Bohrungen zur Bildung der Zulaufbohrung 2 entstehen.
In den Figuren 2 und 3 sind weitere Schnittansichten des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zu sehen, aus welchem insbesondere die Geometrie der Zulaufbohrung 2 hervorgeht.

Claims

Ansprüche :
1. Kraftstoffinjektor für den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Injektorkörper (1), bei welchem eine Zulaufbohrung (2) einen kegelförmigen Druckanschluss (3) mit einem Ventilraum (4) zur Zuführung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff verbindet, wobei der Ventilraum (4) entlang einer Längsmittelachse des Injektorkörpers (1) und oberhalb einer
Düsennadel platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrung (2) ausgehend von dem kegelförmigen Druckanschluss (3) entlang ihrer Erstreckung eine fächerartige Kontur mit einem Fächerwinkel (α) und einem veränderlichen Querschnitt in langlochähnlicher
Form aufweist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fächerartige Kontur durch mindestens zwei Bohrungen gebildet ist, wobei sich die
Mittelachsen der jeweils äußeren Bohrungen ausgehend von einer Verbindungsachse Druckanschluss (3) -Ventilraum (4) um jeweils den halben Fächerwinkel (α) geschwenkt in Richtung Ventilraum (4) erstrecken.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fächerartige Kontur durch eine Vielzahl an Bohrungen gebildet ist, um einen langlochförmigen Querschnitt zu erhalten.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils äußeren Bohrungen der fächerartigen Kontur der Zulaufbohrung (2) mit ihren Mittelachsen nicht außerhalb jeweils einer Tangente gleichen Winkels eines Querschnitts des Ventilraumes (4) liegen.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung (2) an ihrem dem Ventilraum (4) zugewandten Ende eine Abrundung (5) mit der Form eines konkav gekrümmten
Ringabschnitts aufweist.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerwinkel (α) im Bereich von 20° bis 30° liegt.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fächerartige Kontur der Zulaufbohrung (2) in Richtung der Längsmittelachse des Injektorkörpers (1) eine Erstreckung im Bereich von 2mm bis
5mm aufweist.
8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilraum (4) einen langlochförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, wobei äußere, den Querschnitt definierende Bohrungen um einen Betrag von 0.1mm bis 0.2mm von der Längsmittelachse des Injektorkörpers (1) nach außen versetzt liegen.
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