WO2012016819A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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Roland Schulz
Gerhard Suenderhauf
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/1866—Valve seats or member ends having multiple cones
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/04—Fuel-injection apparatus having means for avoiding effect of cavitation, e.g. erosion

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injector is known from DE 26 58 783 A.
  • the known fuel injector has at its lower, the combustion chamber of an internal combustion engine facing the end of a blind hole, which has a cylindrical portion which merges into a curved or arched bottom portion. In the region of the curvature of the bottom portion, at least one passage opening for fuel is formed, which is oblique to the
  • the blind hole can be closed by means of an upwardly and downwardly movable closing member, in particular a nozzle needle.
  • an upwardly and downwardly movable closing member in particular a nozzle needle.
  • curved floor areas in blind holes of fuel injectors hemispherical, ie formed with a constant radius.
  • Today's fuel injection systems, in particular diesel injection systems operate at operating or system pressures of over 1500bar, sometimes already above 2000bar. It has been found in the continuous operation of such fuel injectors according to the prior art that, as a result of cavitation phenomena in the blind hole to damage or to influence the geometry of the blind hole, especially in the cylindrical region of the blind hole, can come. Such damage or changes in the geometry lead to undesirable flow changes at the fuel injector with the associated negative effects, such as the exhaust behavior.
  • the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that its tendency to Kavitations petitionen influences the geometry of the blind hole is significantly reduced. This results over the operating time of the fuel injector or the fuel injection system always the same flow rates to the fuel injector with the associated positive effects, such as the exhaust behavior.
  • This object is achieved with a fuel injector having the features of claim 1.
  • the invention is based on the idea to change the geometry of the blind hole as a whole by an at least approximately flat, preferably a flat bottom region, such that a stable flow vortex forms in the blind hole during the opening and closing operation of the nozzle needle Blind hole reduced.
  • Njektors are specified in the subclaims. All combinations of at least two of the features disclosed in the claims, the description and / or the figures fall within the scope of the invention.
  • the diameter of the cylindrical section is between 1, 0 mm and 1, 5 mm, in particular 1, 2 mm, if the height of the cylindrical section is between 0.5 mm and 1, 1 mm, 0.9 mm in particular, and if the radius is between 0.25 mm and 0.5 mm, in particular 0.32 mm.
  • the inventive design of the fuel injector with a blind hole whose bottom portion is formed at least approximately flat the possibility is created, the at least one passage opening for Ab- Splash the fuel closer to the ground area to position.
  • That of the closing member is provided that this has a flat tip or a flat end region.
  • FIG. 1 is a simplified longitudinal section through a fuel injector according to the invention in the lower, the combustion chamber of an internal combustion engine facing the end in a position for illustrating the blind hole geometry and 2, the fuel injector according to FIG. 1, likewise in longitudinal section, with passage openings formed in the injector housing.
  • an inventive fuel! Njektor 10 shown.
  • the fuel injector 10 is in particular part of a fuel injection system, not shown in detail, in particular a so-called common-rail injection system for injecting fuel into combustion chambers of internal combustion engines.
  • the system pressure of the fuel injection system is preferably more than 1500 bar, in particular more than 2000 bar.
  • the fuel injector 10 which is shown only at its end facing the combustion chamber of the internal combustion engine, has an injector housing 12, in whose region shown in the figures a recess 13 in the form of a high-pressure chamber is formed.
  • the recess 13 is during operation of the fuel! njektors 10 filled with high pressure fuel.
  • a movable up and down closing member in the form of a nozzle needle 15 is arranged within the recess 13.
  • the nozzle needle 15 in this case has a multi-stepped diameter, one end of which is designed in the form of a conical tip 16.
  • the nozzle needle 15 is formed in particular by means of spring force against a in the wall of the recess 13
  • Sealing seat 17 is pressed when the nozzle needle 15 is in its closed position.
  • the lifting of the sealing seat 17 by means of an actuator which can be configured in a known per se manner, for example as a piezoelectric actuator or as a magnetic actuator.
  • the recess 13 in this case goes into a blind hole 20, which has a cylindrical portion 21 on the nozzle needle 15 side facing.
  • the diameter d of the cylindrical portion 21 between 1, 0mm and 1, 5mm, in particular 1, 2mm.
  • the height h of the cylindrical portion 21 is between 0.5 mm and 1, 1 mm, in particular 0.9 mm.
  • the height h of the cylindrical portion 21 is in particular 0.6 mm.
  • the cylindrical section 21 merges into a bottom section 22 on the side facing away from the nozzle needle 15.
  • the bottom portion 22 in this case has an at least approximately flat, preferably a flat bottom portion 23, which is connected via a transition region 25 with the cylindrical portion 21.
  • the transition region 25 according to the invention has a radius R whose size is less than half the diameter d of the cylindrical portion 21.
  • the radius R is between 0.25 mm and 0.5 mm, preferably 0.32 mm.
  • the arrangement of the tip 16 of the nozzle needle 15 is such that the tip 16 is in the region of the cylindrical portion 21. It can be provided that the tip 16 is located within the cylindrical portion 21 during the entire opening stroke of the nozzle needle 15.
  • the injector housing 12 preferably also has a plurality of passage openings 26 arranged at uniform angular intervals relative to one another, via which fuel is emitted or sprayed from the recess 13 into the combustion chamber of the internal combustion engine when the nozzle needle 15 is lifted off from the sealing seat 17 can.
  • the longitudinal axis 27 of the passage openings 26 extends obliquely to the longitudinal axis 28 of the nozzle needle 15.
  • the passage openings 26 each have a first, the cylindrical portion 21 facing the inlet edge 31 and a second, the bottom portion 22 facing the leading edge 32. According to the invention, it is provided that the first entry edge 31 is arranged in the region of the cylindrical section 21, while the second entry edge 32 is arranged in the region of the transitional section 25.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (12), an dessen einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Ausnehmung (13) mit einer Sacklochbohrung (20) ausgebildet ist, wobei die Sacklochbohrung (20) einen ersten, zylindrischen Abschnitt (21) und einen den Grund der Sacklochbohrung (20) ausbildenden Bodenabschnitt (22) aufweist, mit wenigstens einer im Bereich der Sacklochbohrung (20) ausgebildeten Durchlassöffnung (26) für Kraftstoff und einem in Richtung der Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) auf- und abbeweglichen Schließglied (15), insbesondere einer Düsennadel, das in seiner Schließstellung an einem Dichtabschnitt der Ausnehmung (13) aufsitzt und einen Dichtsitz (17) ausbildet und in angehobener Stellung einen Durchlass zu der wenigstens einen Durchlassöffnung (26) bildet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Bodenabschnitt (22) einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich (23) aufweist und dass zwischen dem zylindrischen Abschnitt (21 ) und dem Bodenbereich (23) ein Übergangsbereich (25) ausgebildet ist, dessen Radius (R) weniger als die Hälfte des Durchmessers (d) des zylindrischen Abschnitts (21) beträgt.

Description

Beschreibung
Kraftstoffinjektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 26 58 783 A bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist dabei an seinem unteren, dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Sacklochbohrung auf, die einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der in einen gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildeten Bodenabschnitt übergeht. Im Bereich der Krümmung des Bodenabschnitts ist wenigstens eine Durchlassöffnung für Kraftstoff ausgebildet, die schräg zur
Längsachse der Sacklochbohrung angeordnet ist. Die Sacklochbohrung ist mittels eines auf- und abbeweglichen Schließgliedes, insbesondere einer Düsennadel, verschließbar. Üblicherweise werden derartig gewölbte Bodenbereiche in Sacklochbohrungen von Kraftstoffinjektoren halbkugelförmig, d.h. mit konstantem Radius, ausgebildet. Heutige Kraftstoffeinspritzsysteme, insbesondere Dieseleinspritzsysteme, arbeiten mit Betriebs- bzw. Systemdrücken von über 1500bar, teilweise schon von über 2000bar. Es hat sich beim Dauerbetrieb derartiger Kraftstoffinjektoren nach dem Stand der Technik herausgestellt, dass es in Folge von Kavitationserscheinungen in der Sacklochbohrung zu einer Beschädigung bzw. zu einer Beeinflussung der Geometrie der Sacklochbohrung, insbesondere im zylindrischen Bereich der Sacklochbohrung, kommen kann. Derartige Beschädigungen bzw. Veränderungen der Geometrie führen zu unerwünschten Durchflussänderungen an dem Kraftstoffinjektor mit den damit verbundenen negativen Auswirkungen, beispielsweise auf das Abgasverhalten.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dessen Neigung zu kavitationsbedingten Beeinflus- sungen der Geometrie der Sacklochbohrung deutlich reduziert ist. Dadurch ergeben sich über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors bzw. des Kraftstoffeinspritzsystems gesehen stets gleiche Durchflussmengen an dem Kraftstoffinjektor mit den damit verbundenen positiven Auswirkungen, beispielsweise auf das Abgasverhalten. Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich die Geometrie des Sackloches insgesamt derart zu ändern, dass sich beim Öff- nungs- und Schließvorgang der Düsennadel ein stabiler Strömungswirbel in dem Sackloch ausbildet, der die Kavitationsneigung im Sackloch reduziert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Dimensionierung des Sackloches hat es sich herausgestellt, wenn der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts zwischen 1 ,0mm und 1 ,5mm, insbesondere 1 ,2mm beträgt, wenn die Höhe des zylindrischen Abschnitts zwischen 0,5mm und 1 ,1 mm, insbesondere 0,9mm be- trägt, und wenn der Radius zwischen 0,25mm und 0,5mm, insbesondere 0,32mm beträgt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kraftstoffinjektors mit einer Sacklochbohrung, deren Bodenabschnitt zumindest annähernd eben ausgebildet ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die wenigstens eine Durchlassöffnung zum Ab- spritzen des Kraftstoffes näher an den Bodenbereich zu positionieren. Insbesondere hat es sich dabei herausgestellt, dass es günstig ist, die wenigstens eine Durchlassöffnung im Bezug zur Längsachse der Sacklochbohrung schräg anzuordnen, wobei eine dem zylindrischen Abschnitt zugewandte erste Eintrittskante und eine dem Bodenabschnitt zugewandte zweite Eintrittskante der Durchlassöffnung derart angeordnet sind, dass die erste Eintrittskante im Bereich des zylindrischen Abschnitts und die zweite Eintrittskante im Bereich des Übergangsbereichs angeordnet ist.
Weiterhin hat es sich für die Ausbildung der gewünschten stabilen Strömung bzw. des gewünschten stabilen Strömungswirbels als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schließglied auf der der Sacklochbohrung zugewandten Seite eine kegelförmige Spitze aufweist, die in den zylindrischen Abschnitt der Sacklochbohrung hineinragt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die des Schließgliedes ist es vorgesehen, dass dieses eine flache Spitze bzw. einen flachen Endbereich aufweist.
Bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektoren bei Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen der Einspritz- bzw. Systemdruck mehr als 1500bar beträgt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in dessen unterem, dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende in einer Position zur Darstellung der Sacklochgeometrie und Fig. 2 den Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 , ebenfalls im Längsschnitt, mit in dem Injektorgehäuse ausgebildeten Durchlassöffnungen.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor 10 dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 ist insbesondere Bestandteil eines im Näheren nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines sogenannten Common- Rail-Einspritzsystems, zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen. Hierbei beträgt der Systemdruck des Kraftstoffeinspritzsystems vorzugsweise mehr als 1500bar, insbesondere mehr als 2000bar.
Der lediglich an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende dargestellte Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, in dessen in den Figuren dargestellten Bereich eine Ausnehmung 13 in Form eines Hochdruckraumes ausgebildet ist. Die Ausnehmung 13 ist während des Betriebs des Kraftstoff! njektors 10 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Innerhalb der Ausnehmung 13 ist ein auf- und abbewegliches Schließglied in Form einer Düsennadel 15 angeordnet. Die Düsennadel 15 weist hierbei einen mehrfach gestuft ausgebildeten Durchmesser auf, wobei deren ein Ende in Form einer kegelförmigen Spitze 16 ausgebildet ist. Die Düsennadel 15 wird insbesondere mittels Federkraft gegen einen in der Wand der Ausnehmung 13 ausgebildeten
Dichtsitz 17 gedrückt, wenn die Düsennadel 15 sich in ihrer Schließstellung befindet. Das Abheben von dem Dichtsitz 17 erfolgt mittels eines Aktors, der auf an sich bekannte Art und Weise beispielsweise als Piezoaktor oder aber als Magnetaktor ausgebildet sein kann.
Erfindungswesentlich ist die Ausbildung des Kraftstoffinjektors 10 in dessen in den Figuren dargestellten Bereich. Die Ausnehmung 13 geht hierbei in eine Sacklochbohrung 20 über, die auf der der Düsennadel 15 zugewandten Seite einen zylindrischen Abschnitt 21 aufweist. Vorzugsweise beträgt hierbei der Durchmesser d des zylindrischen Abschnitts 21 zwischen 1 ,0mm und 1 ,5mm, insbesondere 1 ,2mm. Ferner beträgt die Höhe h des zylindrischen Abschnitts 21 zwischen 0,5mm und 1 ,1 mm, insbesondere 0,9mm. Bei Verwendung einer flachen Spitze 16 bzw. eines flachen Endbereichs beträgt die Höhe h des zylindrischen Abschnitts 21 insbesondere 0,6mm. Der zylindrische Abschnitt 21 geht auf der der Düsennadel 15 abgewandten Seite in einen Bodenabschnitt 22 über. Der Bodenabschnitt 22 weist hierbei einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich 23 auf, der über einen Übergangsbereich 25 mit dem zylindrischen Abschnitt 21 verbunden ist. Hierbei weist der Übergangsbereich 25 erfindungsgemäß einen Radius R auf, dessen Größe weniger als die Hälfte des Durchmessers d des zylindrischen Abschnitts 21 beträgt. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass der Radius R zwischen 0,25mm und 0,5mm, bevorzugt 0,32mm beträgt.
Wie in den Figuren dargestellt, bei denen sich die Düsennadel 15 in ihrer Schließposition befindet, ist die Anordnung der Spitze 16 der Düsennadel 15 derart, dass sich die Spitze 16 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 21 befindet. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Spitze 16 während des gesamten Öffnungshubs der Düsennadel 15 innerhalb des zylindrischen Abschnitts 21 befindet.
Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, weist das Injektorgehäuse 12 weiterhin vorzugsweise mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Durchlassöffnungen 26 auf, über die Kraftstoff bei vom Dichtsitz 17 abgehobener Düsennadel 15 aus der Ausnehmung 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben bzw. abgespritzt werden kann. Hierbei verläuft die Längsachse 27 der Durchlassöffnungen 26 schräg zur Längsachse 28 der Düsennadel 15. Weiterhin weisen die Durchlassöffnungen 26 jeweils eine erste, dem zylindrischen Abschnitt 21 zugewandte Eintrittskante 31 und eine zweite, dem Bodenabschnitt 22 zugewandte Eintrittskante 32 auf. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die erste Eintrittskante 31 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 21 angeordnet ist, während die zweite Eintrittskante 32 im Bereich des Übergangsbereichs 25 angeordnet ist.
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (12), an dessen einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Ausnehmung (13) mit einer Sacklochbohrung (20) ausgebildet ist, wobei die Sacklochbohrung (20) einen ersten, zylindrischen Abschnitt (21 ) und einen den Grund der Sacklochbohrung (20) ausbildenden Bodenabschnitt (22) aufweist, mit wenigstens einer im Bereich der Sacklochbohrung (20) ausgebildeten Durchlassöffnung (26) für Kraftstoff und einem in Richtung der Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) auf- und abbeweglichen Schließglied (15), insbesondere einer Düsennadel, das in seiner Schließstellung an einem Dichtabschnitt der Ausnehmung (13) aufsitzt und einen Dichtsitz (17) ausbildet und in angehobener Stellung einen Durchlass zu der wenigstens einen Durchlassöffnung (26) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (22) einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich (23) aufweist und dass zwischen dem zylindrischen Abschnitt (21 ) und dem Bodenbereich (23) ein Übergangsbereich (25) ausgebildet ist, dessen Radius (R) weniger als die Hälfte des Durchmessers (d) des zylindrischen Abschnitts (21 ) beträgt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser (d) des zylindrischen Abschnitts (21 ) zwischen 1 ,0mm und 1 ,5mm, insbesondere 1 ,2mm beträgt, dass die Höhe (h) des zylindrischen Abschnitts (21 ) zwischen 0,5mm und 1 ,1 mm, insbesondere 0,9mm beträgt und, dass der Radius (R) zwischen 0,25mm und 0,5mm, insbesondere 0,32mm beträgt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (26) in Bezug zur Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) schräg angeordnet ist und eine dem zylindrischen Abschnitt (21 ) zugewandte erste Eintrittskante (31 ) und eine dem Bodenabschnitt (22) zugewandte zweite Eintrittskante (32) aufweist, wobei die erste Eintrittskante (31 ) im Bereich des zylindrischen Abschnitts (21 ) und die zweite Eintrittskante (32) im Bereich des Übergangsbereichs (25) angeordnet ist.
4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schließglied (15) auf der der Sacklochbohrung (20) zugewandten Seite eine kegelförmige Spitze (16) aufweist, die in den zylindrischen Abschnitt (21 ) der Sacklochbohrung (20) hineinragt.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schließglied (15) auf der der Sacklochbohrung (20) zugewandten Seite eine flache Spitze bzw. einen flachen Endbereich aufweist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Systemdruck des Einspritzsystems mehr als 1500bar beträgt.
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