WO2011023472A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2011023472A1
WO2011023472A1 PCT/EP2010/060540 EP2010060540W WO2011023472A1 WO 2011023472 A1 WO2011023472 A1 WO 2011023472A1 EP 2010060540 W EP2010060540 W EP 2010060540W WO 2011023472 A1 WO2011023472 A1 WO 2011023472A1
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WO
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seat
nozzle body
central bore
fuel injector
nozzle needle
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/060540
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Christ
Wigbert Hartmann
Thilo Kreher
Christian Wehr
Michael Braun
Wilfried Roth
Otto Halama
Peter Nepf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having a nozzle body having a central bore in which a long nozzle needle is received axially movable to release or close at least one injection port.
  • the central bore has a guide area for guiding the long nozzle needle and a seating area for forming a sealing seat for the long nozzle needle.
  • the invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine with at least one such fuel injector.
  • Fuel injectors with so-called long nozzle needles are known from the prior art.
  • long nozzle needles in particular those needles are understood in which the nozzle needle forms a functional part with the valve piston.
  • Long jet needles can be built in one piece, as well as in several parts. Due to the large length in relation to the diameter, there is the problem with long nozzle needles that they can experience a radial deflection by acting transverse forces and / or by excessive manufacturing tolerances. Such, in turn, leads to an asymmetrical spray pattern and, consequently, to an uneven distribution of the fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine. In order to counteract a radial deflection, therefore long nozzle needles are guided over a portion of their axial extent within the fuel injector.
  • a guide region in the collar of the nozzle body can be used. forms his.
  • a further guide is usually provided outside the nozzle body in the region of the seat-remote end of the nozzle needle in the case of long nozzle needles.
  • the document DE 10 2006 012 078 A1 discloses a fuel injection device for an internal combustion engine with direct fuel injection, which has a nozzle body with a guide section in the collar region of the nozzle body for guiding a valve element. The valve element is further guided at its seat remote end in a sleeve portion of a valve body. Nevertheless, the valve element can experience a radial deflection. To prevent this, another third guide section could be arranged. However, the triple bearing would cause the leadership of the valve element would be overdetermined. In the event of overdetermination, there is the danger that the valve member or the nozzle needle becomes braced, so that the functionality of the fuel injector is no longer guaranteed.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a fuel injector with a long nozzle needle, in which the problems described above do not or only to a significantly reduced extent in appearance.
  • the proposed fuel injector should be a uniform, symmetrical
  • the fuel injector should be simple in design and inexpensive to produce.
  • the fuel injector has a nozzle body with a central body
  • Bore having a guide portion, which is arranged in the vicinity of the seating area or adjacent to the seating area, so that a portion Ai of the long nozzle needle is guided in a seat-near guide area, which is based on the entire Li of the nozzle body within a range, whose country ge L 2 is a maximum of 40% of the total length Li of the nozzle body, starting from the seat-side end of the nozzle body.
  • the section Ai does not have to come close to the seat-side end of the nozzle needle.
  • the position of the section Ai is determined primarily by the position of the guide region within the central bore of the nozzle body.
  • the portion Ai has a greater axial extent than the guide region on the nozzle body.
  • the difference essentially corresponds to the stroke of the nozzle needle.
  • the seat-oriented guide ensures an optimum sealing fit of the nozzle needle, since transverse forces can cause no or only insignificant radial deflection of the nozzle needle in the seating area.
  • the seat-near guide can also replace a guide of the nozzle needle in the remaining shaft or in the collar region of the nozzle body.
  • the formation of only one guide region instead of, for example, two guide regions simplifies the production of parts, so that the proposed fuel injector can be produced cost-effectively.
  • a significant advantage of the fuel injector according to the invention is a close to the leadership of the
  • the central bore of the nozzle body is designed as a stepped bore for the formation of the guide region. That is, the central bore has a portion having a smaller diameter than the remaining portion of the central bore. The smaller diameter section then forms the guide area.
  • the central bore of the nozzle body can not only be simple, but also multi-stepped. In this way, the guide area can be equipped with different guide diameters. Outside the guide area, the diameter of the central bore is to be selected in such a way that a sufficiently large annular gap remains between the nozzle needle and the nozzle body, so that multiple storage of the nozzle needle and the associated risk of overdetermination are prevented.
  • the nozzle needle should preferably rest only in the guide area directly on the nozzle body or can get into direct contact with the nozzle body.
  • a step is formed within the guide region through which a seat-near portion of the guide portion of reduced diameter Di is formed.
  • the guide region thus has at least two different guide diameters, wherein the guide diameter with the smaller diameter serves to stabilize the nozzle needle. Therefore, this section of the guide area is preferably formed as close as possible seat.
  • the guide area can also have several such sections.
  • At least one region of the central bore adjoining the guide region is preferably exposed by means of turning, milling or an electrochemical process. By exposing a portion of the central bore remains with a smaller diameter, which then forms the guide area. If the guide area directly adjoins the seating area, it is necessary to expose the central bore only upstream of the guide area. However, an exposure of the central bore can also be done on both sides of the guide area, with an axial distance of the guide area is provided to the seating area.
  • the guide area itself is preferably subjected to a further grinding treatment after exposure.
  • the long nozzle needle is preferably constructed in one or more parts but always forms a functional part.
  • the nozzle needle in the guided portion Ai has flats, recesses, grooves and / or channels for fuel supply. This is necessary since the nozzle needle rests directly against the nozzle body in the guide region, so that the fuel to be injected can not be supplied to the at least one injection opening without corresponding channel-forming recesses.
  • the flats, recesses, grooves and / or channels are preferably arranged distributed uniformly around the circumference of the nozzle needle.
  • the nozzle needle thus has a rotationally symmetrical cross-sectional profile in the section Ai.
  • the seating area or the seat-near end of the central bore of the nozzle body is preferably designed as a seat hole nozzle or as a blind hole nozzle.
  • the design as a seat hole nozzle which has the advantage of a significantly reduced dead volume and associated HC reductions. Compared to a blind-hole nozzle, the HC reduction can be up to 55%. Since the If the fuel injector has an excellent sealing contact with the nozzle needle at the sealing seat, the functionality of the preferred seat-hole nozzle is ensured.
  • the central bore of the nozzle body may have a complex geometry, which in addition to the execution as a stepped bore also includes versions with multiple gradations and / or cavities. In the area of diameter changes, the central bore preferably has conically extending sections for switching between the different bore diameters. This also improves the flow conditions within the bore.
  • the long nozzle needle is guided in a further portion A 2 , which is arranged at the seat distal end of the long nozzle needle outside of the nozzle body.
  • the long nozzle needle is mounted at two points, so that an over-determination of the leadership is not given. Due to the further guidance, the seat distal end of the nozzle needle is held, which increases the stability of the nozzle needle, in particular during an axial movement.
  • the guide on the seat remote end of the long nozzle needle and another guide area may be formed in the collar of the nozzle body.
  • the guidance of the long nozzle needle should be limited to a maximum of two areas to avoid overdetermination.
  • Fuel injector proposed.
  • FIG. 3 alone shows the nozzle body from FIG. 2,
  • FIG. 5 shows the longitudinal section of a further embodiment in the region of the nozzle body
  • Figure 6 shows the profile of the central bore of the nozzle body of Figure 5 in longitudinal section
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a fuel injector according to the invention in the region of the nozzle body in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a nozzle body 1 with a long nozzle needle 3 accommodated therein of a fuel injector according to the invention in accordance with a first embodiment.
  • the nozzle body 1 has a central bore 2, in which the long nozzle needle 3 is inserted.
  • the long nozzle needle 3 is arranged to be axially movable within the central bore 2 of the nozzle body 1.
  • the long nozzle needle 3 is guided over a guide region 5 on the nozzle body 1.
  • the guided region of the long nozzle needle 3 is marked as partial section Ai.
  • the long nozzle needle 3 of Figure 1 has a further guided portion A 2 , which is arranged at the seat distal end 11 of the nozzle needle 3.
  • the end of the nozzle needle 3 is meant, which has a large axial distance to a seating area 6 within the central bore 2 of the nozzle body 1.
  • the seating area 6 is presently conically shaped and serves as a sealing seat for the long nozzle needle 3.
  • the at least one injection opening 4 is arranged within the seating area 6 of the central bore 2.
  • the present fuel injector thus has a seat hole nozzle.
  • the formation of a blind-hole nozzle is possible, in which the at least one injection opening 4 opens into a region of the central bore 2 formed as a blind hole.
  • the long nozzle needle 3 on flats 9, which serve to ensure the supply of fuel to the at least one injection port 4. Because in the guide area 5 is the long nozzle needle 3 directly to the nozzle body 1, so that without such flattening 9, the fuel supply could not be guaranteed.
  • the portion Ai but also with grooves, in particular longitudinal grooves, or other channel-forming recesses may be provided on the outer peripheral side. Alternatively or additionally, it is also possible to provide channel-forming recesses, such as longitudinal grooves, in the guide region 5 of the central bore 2 for the fuel supply.
  • FIG. 3 shows the nozzle body 1 of FIG. 2 in a longitudinal section.
  • FIG. 3 thus clarifies the geometry of the central bore 2.
  • the guide region 5 is formed within the central bore 2 and has a diameter D 2 which is smaller than the diameter D 3 of the central bore 2 in order to ensure the guiding function.
  • a further bore section with a diameter D 4 which in the present case corresponds to the diameter D 3 of the central bore 2, adjoins the guide section 5 on the seat side.
  • the diameter D 4 may also differ from the diameter D 3 of the central bore 2.
  • the bore section with the diameter D 4 can serve for example to form a pressure chamber 10, provided that an annular space for receiving fuel remains between the long nozzle needle 3 and the nozzle body 1. The actual pressure is maintained in the pressure chamber 10, but the guide area 5 continues to act.
  • FIG. 5 shows only the region of the nozzle body 1, including the section of the nozzle needle 3 recorded here.
  • the embodiment of FIG. 4 essentially differs from that of FIG. 2 in that in the collar region of the nozzle body 1 a pressure chamber 10 by widening of the central bore 2 is trained.
  • the guide portion 5 is again located in the vicinity of the seat portion 6 and is corresponding to the profile view of Figure 6, in turn, two parts having two different guide diameters Di and D 2 is formed.
  • the at least one injection opening 4 is also arranged outside the region 6, so that the central bore 2 terminates in a blind hole nozzle.
  • the further embodiment of Figure 7 differs from the preceding particular in that the long nozzle needle 3 is performed twice.
  • the further guided portion A 2 is not arranged at the seat remote end 11 of the long nozzle needle 3, but forms a recorded within the central bore 2 portion of the nozzle needle 3 from.
  • a first seat-near guide area 5 and a second guide area 5 spaced apart from the seat area 6 are formed within the central bore 2 of the nozzle body 1.
  • the long nozzle needle 3 is provided on the outer peripheral side with flats 9 for the fuel supply, wherein the flattened portions 9 extend from the portion Ai to the portion A 2 .
  • the long nozzle needle 3 also in a non-guided portion flattened portions 9. The reason for this is, inter alia, that continuous flattenings 9 are easier to produce.
  • an adjacent region 8 of the central bore 2 can be exposed by turning, milling or by an electrochemical process.
  • the guide area 5 directly adjoins the seating area, it only requires the exposure of the area 8 adjoining the guide area 5 upstream. If the guide area 5 is axially spaced from the seating area 6, the central bore 2 must be exposed on both sides of the guide area 5.
  • the maximum axial distance of the guide region 5 to the seating area 6 is determined by the invention that the guide area 5 is within a range whose length L 2 is 40% of the total length Li of the nozzle body 1, wherein the length L 2 from the seat-side end of the nozzle body 1 calculated (see Figure 1). Only by a corresponding arrangement of the guide region 5 within the central bore 2 of the nozzle body 1, the advantages of the present invention can be realized. These are particularly evident in a symmetrical spray pattern and a concomitant uniform fuel distribution in the
  • nozzle needle 3 is guided over the seat-near guide portion 5 in a seat-near section Ai.
  • a further guidance of the nozzle needle 3, for example in a seat distant portion A 2 outside of the nozzle body 1, are provided, wherein the guide should remain limited to a maximum of two areas. For only in this way can an over-determination and thus a distortion of the long nozzle needle 3 during execution of the lifting movement be excluded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Düsenkörper (1), der eine zentrale Bohrung (2) aufweist, in der eine lange Düsennadel (3) axial beweglich zur Freigabe oder zum Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) aufgenommen ist, wobei die zentrale Bohrung (2) einen Führungsbereich (5) zur Führung der langen Düsennadel (3) und einen Sitzbereich (6) zur Ausbildung eines Dichtsitzes für die lange Düsennadel (3) besitzt. Erfindungsgemäß ist der Führungsbereich (5) in der Nähe des Sitzbereiches (6) oder direkt anschließend an den Sitzbereich (6) angeordnet, so dass ein Teilabschnitt (A1) der langen Düsennadel (3) in einem sitznahen Führungsbereich (5) geführt ist, der bezogen auf die gesamte Länge (L1) des Düsenkörpers (1) innerhalb eines Bereiches angeordnet ist, dessen Länge (L2) maximal 40% der gesamten Länge (L1) des Düsenkörpers (1) ausgehend vom sitzseitigen Ende des Düsenkörpers (1) beträgt. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem solchen Kraftstoffinjektor.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffinjektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Düsenkörper, der eine zentrale Bohrung aufweist, in der eine lange Düsennadel axial beweglich zur Freigabe oder zum Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung aufgenommen ist. Dabei besitzt die zentrale Bohrung einen Führungsbereich zur Führung der langen Düsennadel sowie einen Sitzbereich zur Ausbildung eines Dichtsitzes für die lange Düsennadel. Des Wei- teren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem solchem Kraftstoffinjektor.
Kraftstoffinjektoren mit sogenannten langen Düsennadeln sind aus dem Stand der Technik bekannt. Als lange Düsennadeln werden insbesondere solche Nadeln ver- standen, bei denen die Düsennadel mit dem Ventilkolben ein Funktionsteil bildet. Lange Düsennadeln können einteilig, als auch mehrteilig gebaut sein. Aufgrund der großen Länge im Verhältnis zum Durchmesser besteht bei langen Düsennadeln das Problem, dass sie durch einwirkende Querkräfte und/oder durch zu große Fertigungstoleranzen eine radiale Auslenkung erfahren können. Eine solche führt wiederum zu einem asym- metrischen Spritzbild und damit einhergehend zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Kraftstoffes in dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Um einer radialen Auslenkung entgegen zu wirken, werden daher lange Düsennadeln über einen Teilbereich ihrer axialen Erstreckung innerhalb des Kraftstoffinjektors geführt. Hierzu kann beispielsweise im Düsenkörper ein Führungsbereich im Bund des Düsenkörpers ausge- bildet sein. Eine weitere Führung ist bei langen Düsennadeln zudem zumeist außerhalb des Düsenkörpers im Bereich des sitzabgewandten Endes der Düsennadel vorgesehen. Aus der Druckschrift DE 10 2006 012 078 Al geht eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff- Direkteinspritzung hervor, die einen Düsenkörper mit einem Führungsabschnitt im Bundbereich des Düsenkörpers zur Führung eines Ventilelementes besitzt. Das Ventilelement ist ferner an seinem sitzabgewandten Ende in einem Hülsenabschnitt eines Ventilkörpers geführt. Dennoch kann das Ventil- element eine radiale Auslenkung erfahren. Um dies zu verhindern, könnte ein weiterer dritter Führungsabschnitt angeordnet werden. Die dreifache Lagerung würde jedoch dazu führen, dass die Führung des Ventilelementes überbestimmt wäre. Bei einer Überbestimmung besteht die Gefahr, das sich das Ventilglied bzw. die Düsennadel verspannt, so dass die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffinjektors nicht mehr gewährleis- tet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde einen Kraftstoffinjektor mit einer langen Düsennadel bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Probleme nicht oder nur in deutlich verringertem Maße in Erscheinung treten. Insbe- sondere soll der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor ein gleichmäßiges, symmetrisches
Sprühbild und damit eine gleichmäßige Kraftstoffeinspritzung gewährleisten. Des Weiteren soll der Kraftstoffinjektor einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß weist der Kraftstoffinjektor einen Düsenkörper mit einer zentralen
Bohrung auf, die einen Führungsbereich besitzt, welcher in der Nähe des Sitzbereiches oder anschließend an den Sitzbereich angeordnet ist, so dass ein Teilabschnitt Ai der langen Düsennadel in einem sitznahen Führungsbereich geführt ist, der bezogen auf die gesamte Li des Düsenkörpers innerhalb eines Bereiches angeordnet, dessen Län- ge L2 maximal 40% der gesamten Länge Li des Düsenkörpers ausgehend vom sitzsei- tigen Ende des Düsenkörpers beträgt. Der Teilabschnitt Ai muss dabei nicht bis an das sitzseitige Ende der Düsennadel heranreichen. Die Lage des Teilabschnittes Ai wird vorwiegend durch die Lage des Führungsbereiches innerhalb der zentralen Bohrung des Düsenkörpers bestimmt. Da die Düsennadel axial beweglich in der zentralen Bohrung aufgenommen ist, weist der Teilabschnitt Ai eine größere axiale Erstreckung als der Führungsbereich am Düsenkörper auf. Die Differenz entspricht im Wesentlichen dem Hub der Düsennadel. Durch die sitznahe Führung ist ein optimaler Dichtsitz der Düsennadel gewährleistet, da Querkräfte keine oder nur eine unwesentliche radiale Auslenkung der Düsennadel im Sitzbereich bewirken können. Die sitznahe Führung kann zudem eine Führung der Düsennadel im übrigen Schaft- oder im Bundbereich des Düsenkörper ersetzen. Die Ausbildung nur eines Führungsbereiches anstelle von beispielsweise zwei Führungsbereichen vereinfacht die Teileproduktion, so dass der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor kostengünstig herstellbar ist. Als wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist jedoch ein mit der sitznahen Führung der
Düsennadel einhergehendes symmetrisches Spritzbild und somit eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes beim Einspritzen im Brennraum einer Brennkraftmaschine zu nennen. Vorzugsweise ist zur Ausbildung des Führungsbereiches die zentrale Bohrung des Düsenkörpers als Stufenbohrung ausgeführt. D.h., dass die zentrale Bohrung einen Abschnitt aufweist, der einen geringeren Durchmesser als der übrige Bereich der zentralen Bohrung aufweist. Der Abschnitt mit dem geringeren Durchmesser bildet dann den Führungsbereich aus. Die zentrale Bohrung des Düsenkörpers kann aber nicht nur ein- fach, sondern auch mehrfach gestuft ausgeführt sein. Auf diese Weise kann der Führungsbereich mit unterschiedlichen Führungsdurchmessern ausgestattet sein. Außerhalb des Führungsbereiches ist der Durchmesser der zentralen Bohrung derart zu wählen, dass ein ausreichend großer Ringspalt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper verbleibt, so dass eine mehrfache Lagerung der Düsennadel und die damit ein- hergehende Gefahr einer Überbestimmung verhindert werden. Die Düsennadel soll vorzugsweise nur im Führungsbereich direkt am Düsenkörper anliegen oder in direkter Anlage mit dem Düsenkörper gelangen können. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Führungsbereiches eine Stufe ausgebildet, durch welche ein sitznaher Abschnitt des Führungsbereiches mit verringertem Durchmesser Di ausgebildet wird. Der Führungsbereich weist somit wenigstens zwei unterschiedliche Führungsdurchmesser auf, wobei der Führungsdurch- messer mit dem geringeren Durchmesser der Stabilisierung der Düsennadel dient. Daher ist dieser Abschnitt des Führungsbereiches bevorzugt möglichst sitznah ausgebildet. Der Führungsbereich kann aber auch mehrere solcher Abschnitte aufweisen.
Zur Ausbildung des Führungsbereiches ist zumindest ein an dem Führungsbereich an- grenzender Bereich der zentralen Bohrung vorzugsweise mittels Drehen, Fräsen oder eines elektrochemischen Verfahrens freigelegt. Durch das Freilegen bleibt ein Abschnitt der zentralen Bohrung mit einem geringeren Durchmesser bestehen, der dann den Führungsbereich ausbildet. Schließt der Führungsbereich direkt an dem Sitzbereich an, ist ein Freilegen der zentralen Bohrung lediglich stromaufwärts des Füh- rungsbereiches notwendig. Eine Freilegung der zentralen Bohrung kann jedoch auch zu beiden Seiten des Führungsbereiches erfolgen, wobei ein axialer Abstand des Führungsbereiches zum Sitzbereich geschaffen wird. Der Führungsbereich selbst wird vorzugsweise nach dem Freilegen einer weiteren Schleifbehandlung unterzogen. Weiterhin bevorzugt ist die lange Düsennadel ein- oder mehrteilig aufgebaut sie bildet jedoch immer ein Funktionsteil aus. Des Weiteren besitzt die Düsennadel im geführten Teilabschnitt Ai Abflachungen, Ausnehmungen, Nuten und/oder Kanäle für die Kraftstoffzufuhr. Dies ist erforderlich, da die Düsennadel im Führungsbereich direkt am Düsenkörper anliegt, so dass ohne entsprechende kanalbildende Ausnehmungen der ein- zuspritzende Kraftstoff nicht der wenigstens einen Einspritzöffnung zugeführt werden kann. Die Abflachungen, Ausnehmungen, Nuten und/oder Kanäle sind vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang der Düsennadel verteilt angeordnet. Die Düsennadel weist somit ein rotationssymmetrisches Querschnittsprofil im Teilabschnitt Ai auf. Der Sitzbereich bzw. das sitznahe Ende der zentralen Bohrung des Düsenkörpers ist vorzugsweise als Sitzlochdüse oder als Sacklochdüse ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die Ausbildung als Sitzlochdüse, die den Vorteil eines deutlich verringerten Totvolumens und damit einhergehenden HC-Reduzierungen besitzt. Gegenüber einer Sacklochdüse kann die HC- Reduzierung bis zu 55% betragen. Da bei dem vorge- schlagenen Kraftstoffinjektor ein hervorragender Dichtkontakt der Düsennadel am Dichtsitz gewährleistet ist, ist auch die Funktionsfähigkeit der bevorzugten Sitzlochdüse sichergestellt. Ferner können in der zentralen Bohrung des Düsenkörpers weitere Ausnehmungen vorhanden sein, die beispielsweise als Druckkammer oder als Kraftstoffzulaufkanal dienen. Dementsprechend kann die zentrale Bohrung des Düsenkörpers eine komplexe Geometrie aufweisen, die neben der Ausführung als Stufenbohrung auch Ausführungen mit mehrfachen Abstufungen und/oder Aushöhlungen umfasst. Im Bereich der Durchmesserwechsel weist die zentrale Bohrung bevorzugt konisch verlaufende Abschnitte zum Vermitteln zwischen den unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern auf. Dadurch werden auch die Strömungsverhältnisse innerhalb der Bohrung verbessert.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die lange Düsennadel in einem weiteren Teilbereich A2 geführt, der an dem sitzfernen Ende der langen Düsennadel außerhalb des Düsenkörpers angeordnet ist. Auf diese Weise ist die lange Düsennadel an zwei Punkten gelagert, so dass eine Überbestimmung der Führung nicht gegeben ist. Aufgrund der weiteren Führung ist auch das sitzferne Ende der Düsennadel gehalten, wodurch sich die Stabilität der Düsennadel insbesondere bei einer Axial- bewegung erhöht. Alternativ zur Führung am sitzfernen Ende der langen Düsennadel kann auch ein weiterer Führungsbereich im Bund des Düsenkörpers ausgebildet sein. Die Führung der langen Düsennadel sollte jedoch zur Vermeidung einer Überbestimmung maximal auf zwei Bereiche begrenzt werden. Dabei werden die Vorteile in Bezug auf eine Verbesserung der Strahlbildsymmetrie und der gleichmäßigen Kraftstoffvertei- lung auch bereits bei Anordnung eines einzigen Führungsbereiches in der Nähe des
Sitzbereiches bzw. direkt hieran anschließend erreicht.
Die vorstehend genannten Vorteile kommen, insbesondere bei Einsatz eines solchen Kraftstoffinjektors in einem Kraftstoffeinspritzsystem zum Tragen. Daher wird ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem solchen
Kraftstoffinjektor vorgeschlagen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch den Düsenkörper und die Düsennadel eines ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, Figur 2 Detailausschnitt aus Figur 1,
Figur 3 allein den Düsenkörper aus Figur 2,
Figur 4 das Profil der zentralen Bohrung des Düsenkörpers der Figuren 2 und 3 im Längsschnitt,
Figur 5 den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform im Bereich des Düsenkörpers, Figur 6 das Profil der zentralen Bohrung des Düsenkörpers der Figur 5 im Längsschnitt und
Figur 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich des Düsenkörpers im Längsschnitt.
Figur 1 ist ein Düsenkörper 1 mit einer darin aufgenommenen langen Düsennadel 3 eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors gemäß einer ersten Ausführungsform zu entnehmen. Der Düsenkörper 1 weist eine zentrale Bohrung 2 auf, in der die lange Düsennadel 3 eingesetzt ist. Zur Freigabe und zum Verschließen wenigstens einer Ein- spritzöffnung 4 (siehe Figur 2) ist die lange Düsennadel 3 axial beweglich innerhalb der zentralen Bohrung 2 des Düsenkörpers 1 angeordnet. Dabei wird die lange Düsennadel 3 über einen Führungsbereich 5 am Düsenkörper 1 geführt. Der geführte Bereich der langen Düsennadel 3 ist als Teilabschnitt Ai gekennzeichnet. Darüber hinaus weist die lange Düsennadel 3 der Figur 1 einen weiteren geführten Teilabschnitt A2 auf, der am sitzfernen Ende 11 der Düsennadel 3 angeordnet ist. Mit dem sitzfernen Ende 11 ist das Ende der Düsennadel 3 gemeint, das einen großen axialen Abstand zu einem Sitzbereich 6 innerhalb der zentralen Bohrung 2 des Düsenkörpers 1 besitzt. Der Sitzbereich 6 ist vorliegend konisch geformt und dient als Dichtsitz für die lange Düsennadel 3. Die wenigstens eine Einspritzöffnung 4 ist innerhalb des Sitzbereiches 6 der zentralen Bohrung 2 angeordnet. Der vorliegende Kraftstoffinjektor weist somit eine Sitzlochdüse auf. Alternativ ist aber auch die Ausbildung einer Sacklochdüse möglich, bei der die wenigstens eine Einspritzöffnung 4 in einen als Sackloch ausgebildeten Bereich der zentralen Bohrung 2 mündet.
Über die gesamte axiale Erstreckung des Teilbereiches Ai weist die lange Düsennadel 3 Abflachungen 9 auf, die dazu dienen, die Kraftstoffzufuhr zu der wenigstens einen Einspritzöffnung 4 sicherzustellen. Denn im Führungsbereich 5 liegt die lange Düsennadel 3 direkt am Düsenkörper 1 an, so dass ohne solche Abflachungen 9 die Kraftstoffzufuhr nicht gewährleistet werden könnte. Anstelle von Abflachungen 9 kann der Teilbereich Ai aber auch mit Nuten, insbesondere Längsnuten, oder sonstigen kanalbildenden Ausnehmungen außenumfangsseitig versehen sein. Alternativ oder ergän- zend ist es auch möglich, kanalbildende Ausnehmungen, wie beispielsweise Längsnuten, im Führungsbereich 5 der zentralen Bohrung 2 für die Kraftstoffzufuhr vorzusehen.
In der Figur 3 ist der Düsenkörper 1 der Figur 2 in einem Längsschnitt dargestellt. Figur 3 verdeutlich damit die Geometrie der zentralen Bohrung 2. Der Führungsbereich 5 ist innerhalb der zentralen Bohrung 2 ausgebildet und weist einen Durchmesser D2 auf, der - zur Sicherstellung der Führungsfunktion - kleiner als der Durchmesser D3 der zentralen Bohrung 2 ist. An den Führungsabschnitt 5 schließt sich sitzseitig ein weiterer Bohrungsabschnitt mit einem Durchmesser D4 an, der vorliegend dem Durchmesser D3 der zentralen Bohrung 2 entspricht. Der Durchmesser D4 kann sich jedoch auch von dem Durchmesser D3 der zentralen Bohrung 2 unterscheiden. Der Bohrungsabschnitt mit dem Durchmesser D4 kann beispielsweise der Ausbildung einer Druckkammer 10 dienen, sofern zwischen der langen Düsennadel 3 und dem Düsenkörper 1 ein Ringraum zur Aufnahme von Kraftstoff verbleibt. Der Kraftstoffdruck in der Druckkammer 10 bewirkt eine Stabilisierung der Düsennadel 3. Die eigentliche Führung übernimmt je- doch weiterhin der Führungsbereich 5. An den Bohrungsabschnitt mit dem Durchmesser D4 schließt sich des Weiteren eine Stufe 7 an, deren Durchmesser Di kleiner als der des Führungsbereiches 5 ist, wobei die Stufe 7 vorliegend jedoch keine Führungsfunktion übernimmt. Die verschiedenen Durchmesser können insbesondere der Figur 4 entnommen werden, welche die zentrale Bohrung 2 im Profil darstellt. Ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors ist den Figuren 5 und 6 zu entnehmen. Figur 5 zeigt dabei lediglich den Bereich des Düsenkörpers 1 einschließlich des hierin aufgenommenen Abschnitts der Düsennadel 3. Im Wesentlichen unterscheidet sich die Ausführungsform der Figur 4 von der der Figur 2 dadurch, dass im Bundbereich des Düsenkörpers 1 eine Druckkammer 10 durch Aufweitung der zentralen Bohrung 2 ausgebildet ist. Der Führungsbereich 5 befindet sich wiederum in der Nähe des Sitzbereiches 6 und ist entsprechend der Profildarstellung der Figur 6 wiederum zweiteilig mit zwei unterschiedlichen Führungsdurchmessern Di und D2 ausgebildet. Der zwischen Führungsbereich 5 mit dem Führungsdurchmesser
D2 und der Stufe 7 mit dem Führungsdurchmesser Di liegende Bereich der zentralen Bohrung 2 mit einem Durchmesser D4 kann wiederum zur Ausbildung einer weiteren Druckkammer 10 herangezogen werden. Die wenigstens eine Einspritzöffnung 4 ist auch hier außerhalb des Bereiches 6 angeordnet, so dass die zentrale Bohrung 2 in ei- ner Sacklochdüse endet.
Das weitere Ausführungsbeispiel der Figur 7 unterscheidet sich von den vorhergehenden insbesondere dadurch, dass die lange Düsennadel 3 zweifach geführt ist. Der weitere geführte Teilabschnitt A2 ist dabei jedoch nicht am sitzfernen Ende 11 der langen Düsennadel 3 angeordnet, sondern bildet einen innerhalb der zentralen Bohrung 2 aufgenommenen Abschnitt der Düsennadel 3 aus. In entsprechender Weise ist innerhalb der zentralen Bohrung 2 des Düsenkörpers 1 ein erster sitznaher Führungsbereich 5 sowie ein zweiter zum Sitzbereich 6 beabstandeter Führungsbereich 5 ausgebildet. Somit ergeben sich auch zwei geführte Teilabschnitte Ai und A2 am Außenumfang der langen Düsennadel 3. Mit der Führung im Bundbereich des Düsenkörpers 1 entfällt die
Führung der langen Düsennadel 3 am sitzfernen Ende 11, da ansonsten eine dreifache Führung und damit Überbestimmung der Düsennadel 3 gegeben wäre. Die Düsennadel 3 könnte sich dann bei Ausführung der axialen Bewegung verspannen, so dass Funktionsmängel des Kraftstoffinjektors nicht ausgeschlossen werden könnten. Die lange Düsennadel 3 ist außenumfangsseitig mit Abflachungen 9 für die Kraftstoffzufuhr versehen, wobei sich die Abflachungen 9 vom Teilabschnitt Ai sich bis zum Teilabschnitt A2 erstrecken. Somit weist die lange Düsennadel 3 auch in einem nicht geführten Teilabschnitt Abflachungen 9 auf. Grund hierfür ist u.a., dass durchlaufende Abflachungen 9 leichter herzustellen sind. Zur Herstellung eines Führungsbereiches 5 kann ein hieran angrenzender Bereich 8 der zentralen Bohrung 2 durch Drehen, Fräsen oder durch ein elektrochemisches Verfahren freigelegt werden. Grenzt der Führungsbereich 5 direkt an den Sitzbereich an, bedarf es lediglich der Freilegung des stromaufwärts an den Führungsbereich 5 angrenzenden Bereich 8. Liegt der Führungsbereich 5 axial beabstandet zum Sitzbereich 6 ist die zentrale Bohrung 2 beidseits des Führungsbereiches 5 freizulegen. Der maximale axiale Abstand des Führungsbereiches 5 zum Sitzbereich 6 ist dadurch festgelegt, dass erfindungsgemäß der Führungsbereich 5 innerhalb eines Bereiches liegt, dessen Länge L2 maximal 40% der Gesamtlänge Li des Düsenkörpers 1 beträgt, wobei sich die Länge L2 vom sitzseitigen Ende des Düsenkörpers 1 berechnet (siehe Figur 1). Erst durch eine entsprechende Anordnung des Führungsbereiches 5 innerhalb der zentralen Bohrung 2 des Düsenkörpers 1 können die Vorteile der vorliegenden Erfindung realisiert werden. Diese zeigen sich insbesondere in einem symmetrischen Spritzbild und einer damit einhergehenden gleichmäßigen Kraftstoffverteilung im
Brennraum der Brennkraftmaschine, da die Düsennadel 3 über den sitznahen Führungsbereich 5 in einem sitznahem Teilabschnitt Ai geführt ist. Zusätzlich zu einer solchen Führung kann eine weitere Führung der Düsennadel 3, beispielsweise in einem sitzfernen Teilabschnitt A2 außerhalb des Düsenkörpers 1, vorgesehen werden, wobei die Führung auf maximal zwei Bereiche beschränkt bleiben sollte. Denn nur so kann eine Überbestimmung und damit ein Verspannen der langen Düsennadel 3 bei Ausführung der Hubbewegung ausgeschlossen werden.

Claims

Patentansprüche 1. Kraftstoffinjektor zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine mit einem Düsenkörper (1), der eine zentrale Bohrung (2) aufweist, in der eine lange Düsennadel (3) axial beweglich zur Freigabe oder zum Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) aufgenommen ist, wobei die zentrale Bohrung (2) einen Führungsbereich (5) zur Führung der langen Düsen- nadel (3) und einen Sitzbereich (6) zur Ausbildung eines Dichtsitzes für die lange
Düsennadel (3) besitzt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbereich (5) in der Nähe des Sitzbereiches (6) oder direkt anschließend an den Sitzbereich (6) angeordnet ist, so dass ein Teilabschnitt (AJ der langen Düsennadel (3) in einem sitznahen Füh- rungsbereich (5) geführt ist, der bezogen auf die gesamte Länge (Li) des Düsenkörpers (1) innerhalb eines Bereiches angeordnet ist, dessen Länge (L2) maximal 40% der gesamten Länge (Li) des Düsenkörpers (1) ausgehend vom sitzseitigen Ende des Düsenkörpers (1) beträgt.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Führungsbereiches (5) die zentrale Bohrung (2) des Düsenkörpers (1) als Stufenbohrung ausgeführt ist, wobei die zentrale Bohrung (2) einfach oder mehrfach gestuft ausgeführt ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Führungsbereiches (5) eine Stufe (7) ausgebildet ist, durch welche ein sitznaher Abschnitt des Führungsbereiches (5) mit verringertem Durchmesser (Di) ausgebildet wird.
4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein an den Führungsbereich (5) angrenzender Bereich (8) der zentralen Bohrung (2) zur Ausbildung des Führungsbereiches (5) vorzugsweise mittels Drehen, Fräsen oder eines elektrochemischen Verfahrens freigelegt ist.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die lange Düsennadel (3) ein- oder mehrteilig aufgebaut ist und/oder im geführten Teilabschnitt (Ai) Abflachungen (9), Aus- nehmungen, Nuten und/oder Kanäle für die Kraftstoffzufuhr besitzt.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das der Sitzbereich (6) oder das sitznahe Ende der zentralen Bohrung (2) des Düsenkörpers (1) als Sitzlochdüse oder als Sack- lochdüse ausgebildet ist.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in der zentralen Bohrung (2) des Düsenkörpers (1) eine Druckkammer (10) und/oder ein Kraftstoffzulaufkanal ausgebildet ist.
8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die lange Düsennadel (3) in einem weiteren Teilbereich (A2) geführt ist, der an dem sitzfernen Ende (11) der langen Düsen- nadel (3) außerhalb des Düsenkörpers (1) angeordnet ist.
9. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem
Kraftstoffinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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