WO2017211485A1 - Einspritzdüse - Google Patents

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WO2017211485A1
WO2017211485A1 PCT/EP2017/058802 EP2017058802W WO2017211485A1 WO 2017211485 A1 WO2017211485 A1 WO 2017211485A1 EP 2017058802 W EP2017058802 W EP 2017058802W WO 2017211485 A1 WO2017211485 A1 WO 2017211485A1
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WO
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nozzle
throttling element
nozzle needle
fuel
injection
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Application number
PCT/EP2017/058802
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Rau
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • 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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
    • 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
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to an injection nozzle, as used for example for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Common rail injectors have the advantage that the injection behavior can be controlled very precisely via the actuator, so that even complex, particularly favorable for combustion injection characteristics, such as partial injections, in particular pre- and post-injections can be realized.
  • the injection process can be optimized, which in turn contributes to a reduction of pollutant emissions.
  • injectors with a reduced control chamber diameter and a smaller nozzle seat diameter are used as conventional common rail injectors. These injectors have in the throttle plate on a bottleneck in the high pressure path, which generates a pressure drop to the nozzle and thus the needle closing behavior improved.
  • the pressure drop at the throat in the throttle plate must be greater for injectors with miniaturized nozzle for the same mode of action as conventional common rail injectors, since the effective area, that is, the area of the control chamber, has been reduced.
  • German Laid-Open Specification DE 10 2014 209 961 A1 describes a nozzle assembly proposed for a fuel injector which comprises a nozzle needle which is liftably received in a high pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection opening and is acted upon at least indirectly by the spring force of a spring in the closing direction ,
  • the nozzle needle for training at least one
  • This throttle bore body is designed in several parts and comprises at least two sleeves guided into each other at least in some areas.
  • the leaking guide area is displaced radially inwards, so that the leakage is already reduced by the reduced guide diameter.
  • An annular gap remaining between the sleeves of the throttle bore body and the nozzle body causes the pressure 2 to be applied radially on the outside and the pressure i radially inwards. Since p2 is smaller than pi, the sleeves are pressed against each other in the radial direction, so that the leakage in the region of the guide is further reduced and the efficiency of the closing throttle is increased. As a result, the closing behavior of the nozzle needle is accelerated.
  • the injection nozzle according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage of producing a simple and inexpensive nozzle assembly, which favors the closing behavior of the nozzle needle, by increasing the effective area of the pressure drop at lower pressure drop to increase the needle closing forces on the nozzle needle. This contributes to the efficiency and reduction of pollutant emissions of the entire fuel injection system.
  • the injection nozzle has a nozzle body in which a pressure space which can be filled with fuel under high pressure is formed.
  • a piston-shaped nozzle needle is arranged in a liftable manner, at one end of which a sealing surface is formed. This sealing surface cooperates with a nozzle seat for opening and closing at least one injection opening.
  • an end face is formed, with which the nozzle needle is received in a sleeve and limited to a fuel fillable under changing pressure control chamber so that a force can be exerted in the direction of the nozzle seat by the hydraulic pressure on the end face.
  • a closing spring and a throttling element are arranged in the pressure chamber, wherein the throttling element surrounds the nozzle needle and is supported on a shoulder formed on the nozzle needle.
  • the closing spring is supported with its one end on the sleeve and with its other end on the throttling element, wherein the throttling element throttles fuel from a flowing into the pressure chamber inlet channel.
  • the throttling element effects the throttling of fuel at the nozzle seat facing away from the end of the nozzle needle and thus creates a hydraulic bottleneck, so that in this nozzle seat facing away end of the nozzle needle, a greater pressure on the nozzle needle is exerted than on the nozzle seat facing end portion of the nozzle needle. As a result, a force is generated in the direction of the nozzle seat on the nozzle needle and thus accelerates the closing behavior of the nozzle needle.
  • a gap is formed between the inner wall of the nozzle body and the throttling element, through which fuel can flow throttled in the direction of the at least one injection opening.
  • the throttling element is designed as a disk. In this case, it is guided on its inner side radially on the nozzle needle to allow optimum radial positioning of the disc designed as a throttling element.
  • the closing spring facing end portion of the throttling element is designed as a hollow cylinder.
  • the hollow cylinder surrounds the nozzle seat facing end portion of the closing spring.
  • the throttling element has at least one recess, as a result of which fuel can flow throttled in the direction of the at least one injection opening.
  • an inlet throttle and an outlet throttle opens into the control chamber.
  • the control chamber can be filled with high-pressure fuel via the inlet throttle.
  • the control chamber via the outlet throttle is also connected to a low pressure region, so that the pressure in the control chamber for opening and closing the nozzle needle can be controlled.
  • the inlet throttle and the outlet throttle are matched to each other, so that in an opening operation of the nozzle needle more fuel flows through the outlet throttle in the low pressure region as fuel flows through the inlet throttle into the control chamber.
  • the nozzle needle has at least one guide section, on which the nozzle needle is guided in the nozzle body.
  • the guide section has at least one bevel, which ensures a throttle-free fuel flow to the injection openings within the pressure chamber.
  • a fuel injector for injecting fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine is equipped with an injection nozzle according to one of the claims.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an injection nozzle according to the invention with a disk designed as a throttling element in longitudinal section,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an injection nozzle according to the invention with a throttling element, which is formed as a hollow cylinder on the nozzle seat facing away end region, in longitudinal section,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an injection nozzle according to the invention with a throttling element, which is formed as a hollow cylinder at the end region remote from the nozzle seat and has at least one bevel, in longitudinal section,
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an injection nozzle according to the invention with a throttling element, which is formed as a hollow cylinder at the end region remote from the nozzle seat and has at least one bevel, in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows an injection nozzle 1 according to the invention for fuels.
  • This comprises a nozzle body 2, in which a pressure chamber 4 is arranged, which via a formed in a throttle disk 21 inlet channel. 9 can be filled with fuel under high pressure.
  • a piston-shaped nozzle needle 3 is arranged in a liftable manner. This has a first guide portion 17 and a second guide portion 18, with which the nozzle needle 3 is guided in the radial direction within the pressure chamber 4.
  • the nozzle needle 3 has a sealing surface 6 with which the nozzle needle 3 cooperates with a nozzle seat 5, which is formed on the end region of the nozzle body 2 remote from the throttle disk 21, so that at least one injection opening 7, when the sealing surface 6 rests on the nozzle seat 5, which is formed in the nozzle body 2, is sealed against the pressure chamber 4. If the nozzle needle 3 lifts off from the nozzle seat 5 in the longitudinal direction, fuel will escape from the nozzle
  • Pressure chamber 4 via the at least one injection port 7 into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • at least one bevel 19 or 20 on the outer side of the guide sections 17, respectively, is provided on the first guide section 17 and on the second guide section 18.
  • the nozzle needle 3 Facing away from the sealing surface 6, the nozzle needle 3 is received in a sleeve 15 with a cylindrical section.
  • the sleeve 15 is pressed by the force of a closing spring 22 against the throttle plate 21, wherein the closing spring 22 is arranged under pressure bias between the sleeve 15 and a ner end face 29 of a throttling element 100 and thereby the
  • Nozzle needle 3 surrounds.
  • the throttling element 100 is supported on a shoulder 16 of the nozzle needle 3.
  • the sealing surface 6 facing away from the end of the nozzle needle 3 has an end face 23 which defines a control chamber 8. This is in the radial direction of the
  • control chamber 8 via an inlet throttle 10, which branches off in the throttle plate 21 from an inlet channel 9, filled with high-pressure fuel. Furthermore, the control chamber 8 is connected to a throttle disc 21 formed in the outlet throttle 11, which is connected via a control valve 12 with a low pressure line 13, wherein the low pressure line 13 opens into a low pressure region 27. If the control valve 12 is in its open position, as shown in FIG. 1, fuel flows from the control chamber 8 via the low-pressure line 13 into the low-pressure region 27, which leads to a pressure drop in the control chamber 8, which results in a reduction of the hydraulic force on the End face 23 leads. Thereby In turn, the force with which the nozzle needle 3 seals the sealing surface 6 on the nozzle seat 5 is reduced.
  • the sealing force between the nozzle seat 5 and the sealing surface 6 is zero.
  • the nozzle needle 3 is moved away from the nozzle seat 5 and the at least one injection opening 7 is released.
  • the control valve 12 is closed again, whereby the control chamber 8 is now supplied in the balance a volume flow, which presses the nozzle needle 3 back into its closed position in contact with the nozzle seat 5.
  • the at least one injection opening 7 is closed again.
  • the throttling element 100 subdivides the pressure chamber 4 into a further sub-space 28, in which the sleeve 15 and the closing spring 22 are arranged, because only a gap 25 is formed between the nozzle body 2 and the throttling element 100, which causes a throttled fuel flow in the direction of the at least one Injection opening 7 allows.
  • a larger fuel pressure is exerted on the nozzle needle 3 in the subspace 28 than in the remaining part of the pressure chamber 4, so that thereby additional closing forces acting on the nozzle needle 3 in the direction of at least one injection opening 7.
  • the throttling element 100 is formed as a disc. In this case, the disc is guided on its inner side radially on the nozzle needle 3 in order to ensure optimum positioning of the disc.
  • FIGS. 2 to 4 Exemplary embodiments of the throttling element 100, 101, 102, 103 of the injection nozzle 1 according to the invention are shown schematically in FIGS. 2 to 4, identical components bearing the same reference numerals as in FIG. 1.
  • FIG. 2 shows the throttling element 101 with an end region facing the throttle disk 21 and designed as a hollow cylinder 26.
  • the throttling element 101 forms, as in Figure 1, together with the nozzle body 2, a gap 25, whereby fuel from the Subspace 28 of the pressure chamber 4 can flow in the direction of the at least one injection port 7 throttled.
  • the kinetic energy of the fuel flow is converted in this embodiment of the throttling element 101 on the end face 29 of the throttling element 101 in pressure energy, so that at the end face 29, a greater pressure than at an opposite end face 30th
  • a part of the closing spring 22 is shielded by the hollow cylinder 26, which reduces the flow resistance and the flow losses of the fuel in this area. This shield also prevents a possible impairment of the operation of the closing spring 22 due to the fuel flow.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of the throttling element 101 from FIG.
  • the throttling element 102 has at least one recess 200, which can be produced for example by bores in the throttling element 102.
  • the surface of these recesses 100 are only minimally wetted by the fuel, whereby they react less sensitive to changes in viscosity of the fuel and thus the throttle effect is less temperature-dependent.
  • FIG. 4 shows a modified embodiment of the throttling element 102 from FIG. 3.
  • the throttling element 103 has at least one recess 201, which is formed directly on the inner wall of the nozzle body 2.
  • This recess 201 can, for example, also be realized by bores and has the same properties as the recess 200 of the throttling element 102 from FIG. 3.
  • the throttling element 100, 101, 102, 103 shown in FIGS. 1 to 4 also guides the nozzle needle 3 with its inner diameter and thus serves as an additional guide section for the nozzle needle 3.

Abstract

Einspritzdüse (1) für Kraftstoffe mit einem Düsenkörper (2), in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum (4) ausgebildet ist. In dem Druckraum (4) ist eine kolbenförmige Düsennadel (3) hubbeweglich angeordnet. An dem einen Ende der Düsennadel (3) ist eine Dichtfläche (6) ausgebildet, wobei die Dichtfläche (6) mit einem Düsensitz (5) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (7) zusammenwirkt. An dem anderen Ende der Düsennadel (3) ist eine Stirnfläche (23) ausgebildet, mit welcher die Düsennadel (3) in einer Hülse (15) aufgenommen ist und einen mit Kraftstoff unter wechselndem Druck befüllbaren Steuerraum (8) begrenzt, sodass durch den hydraulischen Druck auf die Stirnfläche (23) eine Kraft in Richtung des Düsensitzes (5) ausgeübt werden kann. Außerdem weist die Düsennadel (3) mindestens einen Führungsabschnitt (17, 18) auf, an dem die Düsennadel (3) in dem Düsenkörper (2) geführt ist. Im Druckraum (4) sind eine Schließfeder (22) und ein Drosselungselement (100, 101, 102, 103) angeordnet, wobei das Drosselungselement (100, 101, 102, 103) die Düsennadel (3) umgibt und sich an einem an der Düsennadel (3) ausgebildeten Absatz (16) abstützt. Darüber hinaus stützt sich die Schließfeder (22) mit ihrem einen Ende an der Hülse (15) und mit ihrem anderen Ende an dem Drosselungselement (100, 101, 102, 103) ab, wobei das Drosselungselement (100, 101, 102, 103) Kraftstoff aus einem in den Druckraum (4) fließenden Zulaufkanal (9) drosselt.

Description

Beschreibung
Titel
Einspritzdüse Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, wie sie beispielsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet.
Stand der Technik Bei den heutigen Common-Rail-Injektoren wird Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (Rail) den Kraftstoffeinspritzventilen über eine Hochdruckleitung zugeführt, wobei das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen des Injektors in der Regel über einen Aktor, beispielsweise einen Piezo-Aktor oder einen Magnetaktor, gesteuert wird.
Common-Rail-Injektoren haben den Vorteil, dass das Einspritzverhalten sehr präzise über den Aktor gesteuert werden kann, sodass auch komplexe, für die Verbrennung besonders günstige Einspritzverläufe, wie beispielsweise Teileinspritzungen, insbesondere Vor- und Nacheinspritzungen, realisiert werden können. Somit kann der Einspritzvorgang optimiert werden, was wiederum zu einer Reduzierung von Schadstoffemissionen beiträgt.
Zur Realisierung solcher Teileinspritzungen, insbesondere Vor- und Nacheinspritzungen mit sehr kleiner Kraftstoffmenge, wird jedoch ein schnelles Nadel- schließverhalten vorausgesetzt. Zur Verminderung der Steuermenge werden Injektoren mit einem reduzierten Steuerraumdurchmesser und einem kleineren Dü- sensitzdurchmesser als konventionelle Common-Rail-Injektoren verwendet. Diese Injektoren weisen in der Drosselplatte eine Engstelle im Hochdruckpfad auf, die einen Druckabfall zur Düse erzeugt und damit das Nadelschließverhalten verbessert. Der Druckabfall an der Engstelle in der Drosselplatte muss bei Injektoren mit miniaturisierter Düse für die gleiche Wirkungsweise wie bei konventionellen Common-Rail-Injektoren größer sein, da die Wirkfläche, das heißt, die Fläche des Steuerraums, verkleinert wurde. Ein stärkerer Druckabfall würde jedoch die Strahlaufbereitung sowie den Mengendurchsatz im Injektor verschlechtern, weswegen der Druckabfall bei Injektoren mit miniaturisierter Düse auf dem gleichen Niveau wie bei konventionellen Common-Rail-Injektoren gehalten wird. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Düsennadel langsamer schließt, wodurch sich prinzipiell die funktionale Robustheit und Lebensdauer des Injektors verringert. Um Funktionsnachteile zu vermeiden, muss in der Praxis eine teure Kompensation mittels Toleranzeinschränkung vorgenommen werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 209 961 AI ist eine für einen Kraftstoffinjektor vorgeschlagene Düsenbaugruppe beschrieben, welche eine Düsennadel umfasst, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich aufgenommen und in Schließrichtung zumindest mittelbar von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Dabei ist die Düsennadel zur Ausbildung mindestens einer
Schließdrossel bereichsweise von einem Drosselbohrungskörper umgeben. Dieser Drosselbohrungskörper ist mehrteilig ausgeführt und umfasst wenigstens zwei zumindest bereichsweise ineinander geführte Hülsen. Durch das Ineinan- derführen der Hülsen wird der leckagebehaftete Führungsbereich radial nach innen verlagert, sodass bereits durch den verringerten Führungsdurchmesser die Leckage reduziert wird. Ein zwischen den Hülsen des Drosselbohrungskörpers und dem Düsenkörper verbleibender Ringspalt bewirkt, dass radial außen der Druck 2 und radial innen der Druck i anliegt. Da p2 kleiner als pi ist, werden die Hülsen in radialer Richtung gegeneinander gedrückt, sodass die Leckage im Bereich der Führung weiter reduziert wird und der Wirkungsgrad der Schließdrossel erhöht wird. Dadurch wird das Schließverhalten der Düsennadel beschleunigt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, eine einfache und kostengünstige Düsenbaugruppe herzustellen, welche das Schließverhalten der Düsennadel begünstigt, indem bei geringerem Druckabfall die Wirkfläche des Druckabfalls erhöht wird, um die Nadelschließkräfte auf die Düsennadel zu erhöhen. Dies trägt zur Effizienz und Reduzierung der Schadstoffemission des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems bei. Dazu weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper auf, in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum ausgebildet ist. In diesem Druckraum ist eine kolbenförmige Düsennadel hubbeweglich angeordnet, an deren einen Ende eine Dichtfläche ausgebildet ist. Diese Dichtfläche wirkt mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammen. An dem anderen Ende der Düsennadel ist eine Stirnfläche ausgebildet, mit welcher die Düsennadel in einer Hülse aufgenommen ist und einen mit Kraftstoff unter wechselndem Druck befüllbaren Steuerraum begrenzt, sodass durch den hydraulischen Druck auf die Stirnfläche eine Kraft in Richtung des Düsensitzes ausgeübt werden kann. Des Weiteren sind im Druckraum eine Schließfeder und ein Drosselungselement angeordnet, wobei das Drosselungselement die Düsennadel umgibt und sich an einem an der Düsennadel ausgebildeten Absatz abstützt. Darüber hinaus stützt sich die Schließfeder mit ihrem einen Ende an der Hülse und mit ihrem anderen Ende an dem Drosselungselement ab, wobei das Drosselungselement Kraftstoff aus einem in den Druckraum fließenden Zulaufkanal drosselt. Anders ausgedrückt, bewirkt das Drosselungselement die Drosselung von Kraftstoff am düsensitzabgewandten Endbereich der Düsennadel und erzeugt damit eine hydraulische Engstelle, sodass in diesem düsensitzabgewandten Endbereich der Düsennadel ein größerer Druck auf die Düsennadel ausgeübt wird als an dem düsensitzzugewandten Endbereich der Düsennadel. Dadurch wird eine Kraft in Richtung des Düsensitzes auf die Düsennadel erzeugt und beschleunigt so das Schließverhalten der Düsennadel.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist zwischen der Innenwand des Düsenkörpers und dem Drosselungselement ein Spalt ausgebildet, durch den Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung gedrosselt fließen kann. Vorteilhafterweise ist das Drosselungselement als Scheibe ausgebildet. Dabei ist diese an ihrer Innenseite radial auf der Düsennadel geführt, um eine optimale radiale Positionierung des als Scheibe ausgebildeten Drosselungselements zu ermöglichen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der der Schließfeder zugewandte Endbereich des Drosselungselements als Hohlzylinder ausgebildet. Vorteilhafter Weise umgibt der Hohlzylinder den düsensitzzugewandten Endbereich der Schließfeder. Aufgrund der Form und im Vergleich zu dem als Scheibe ausgebildeten Drosselungselements werden zusätzliche Schließkräfte an der Düsennadel erzeugt, da an dem düsensitzzugewandten Endbereich des Drosselungselements die kinetische Energie der Kraftstoffströmung in Druckenergie umgewandelt wird und dieser zusätzlich auf die Düsennadel einwirkt. Zudem wird die Schließfeder durch den als Hohlzylinder ausgebildeten Endbereich des Drosselungselements von dem Kraftstoff ström abgeschirmt, sodass in diesem Bereich der Strömungswiderstand und die Strömungsverluste verringert werden. Außerdem wird dadurch verhindert, dass die Schließfeder in ihrer Funktionsweise beeinträchtigt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Drosselungselement wenigstens eine Ausnehmung auf, wodurch Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung gedrosselt fließen kann. Dies ermöglicht nun zusätzlich zu dem Spalt zwischen dem Düsenkörper und dem Drosselungselement einen gedrosselten Kraftstofffluss in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung, sodass je nach Anzahl und Tiefe der Anschliffe der Druck auf den düsensitzabge- wandten Endbereich der Düsennadel variiert werden und somit die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel gesteuert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens mündet eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel in den Steuerraum. Dadurch ist der Steuerraum über die Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff be- füllbar. Vorteilhafterweise ist der Steuerraum über die Ablaufdrossel auch mit einem Niederdruckbereich verbindbar, sodass der Druck im Steuerraum zum Öffnen und Schließen der Düsennadel gesteuert werden kann. Dabei sind die Zulaufdrossel und die Ablaufdrossel aufeinander abgestimmt, sodass bei einem Öffnungsvorgang der Düsennadel mehr Kraftstoff über die Ablaufdrossel in den Niederdruckbereich abfließt als Kraftstoff über die Zulaufdrossel in den Steuerraum zufließt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Düsennadel mindestens einen Führungsabschnitt auf, an dem die Düsennadel in dem Düsenkörper geführt ist. Dabei weist der Führungsabschnitt mindestens einen Anschliff auf, der einen drosselfreien Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen innerhalb des Druckraums sicherstellt.
In vorteilhafter Weise ist ein Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzdüse nach einem der Ansprüche ausgestattet.
Zeichnungen
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Einspritzdüse dargestellt.
Es zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse mit einem als Scheibe ausgebildeten Drosselungselement im Längsschnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse mit einem Drosselungselement, das an dem düsensitzabgewand- ten Endbereich als Hohlzylinder ausgebildet ist, im Längsschnitt,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse mit einem Drosselungselement, das an dem düsensitzabgewand- ten Endbereich als Hohlzylinder ausgebildet ist und mindestens einen Anschliff aufweist, im Längsschnitt,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse mit einem Drosselungselement, das an dem düsensitzabgewand- ten Endbereich als Hohlzylinder ausgebildet ist und mindestens einen Anschliff aufweist, im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 für Kraftstoffe dargestellt. Diese umfasst einen Düsenkörper 2, in dem ein Druckraum 4 angeordnet ist, welcher über einen in einer Drosselscheibe 21 ausgebildeten Zulaufkanal 9 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. In dem Druckraum 4 ist eine kolbenförmige Düsennadel 3 hubbeweglich angeordnet. Diese weist einen ersten Führungsabschnitt 17 und einen zweiten Führungsabschnitt 18 auf, mit denen die Düsennadel 3 in radialer Richtung innerhalb des Druckraums 4 geführt ist. Die Düsennadel 3 weist eine Dichtfläche 6 auf, mit der die Düsennadel 3 mit einem Düsensitz 5, der an dem der Drosselscheibe 21 abgewandten Endbereich des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist, zusammenwirkt, sodass bei Anlage der Dichtfläche 6 auf dem Düsensitz 5 wenigstens eine Einspritzöffnung 7, die im Düsenkörper 2 ausgebildet ist, gegen den Druckraum 4 abgedichtet wird. Hebt die Düsennadel 3 in Längsrichtung vom Düsensitz 5 ab, so tritt Kraftstoff aus dem
Druckraum 4 über die wenigstens eine Einspritzöffnung 7 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine aus. Um einen Kraftstofffluss innerhalb des Druckraums 4 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 7 zu gewährleisten, ist am ersten Führungsabschnitt 17 und am zweiten Führungsabschnitt 18 jeweils min- destens ein Anschliff 19 bzw. 20 an der Außenseite der Führungsabschnitte 17,
18 angebracht. Der Dichtfläche 6 abgewandt ist die Düsennadel 3 mit einem zylindrischen Abschnitt in einer Hülse 15 aufgenommen. Die Hülse 15 wird dabei durch die Kraft einer Schließfeder 22 gegen die Drosselscheibe 21 gedrückt, wobei die Schließfeder 22 unter Druckvorspannung zwischen der Hülse 15 und ei- ner Stirnfläche 29 eines Drosselungselements 100 angeordnet ist und dabei die
Düsennadel 3 umgibt. Das Drosselungselement 100 stützt sich an einem Absatz 16 der Düsennadel 3 ab.
Das der Dichtfläche 6 abgewandte Ende der Düsennadel 3 weist eine Stirnfläche 23 auf, die einen Steuerraum 8 begrenzt. Dieser wird in radialer Richtung von der
Hülse 15 begrenzt. Außerdem ist der Steuerraum 8 über eine Zulaufdrossel 10, die in der Drosselscheibe 21 von einem Zulaufkanal 9 abzweigt, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllbar. Weiterhin ist der Steuerraum 8 mit einer in der Drosselscheibe 21 ausgebildeten Ablaufdrossel 11 verbunden, die über ein Steuerventil 12 mit einer Niederdruckleitung 13 verbindbar ist, wobei die Niederdruckleitung 13 in einen Niederdruckbereich 27 mündet. Befindet sich das Steuerventil 12 in seiner Öffnungsstellung, wie in Figur 1 dargestellt, so fließt Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 über die Niederdruckleitung 13 in den Niederdruckbereich 27, wodurch es zu einem Druckabfall im Steuerraum 8 kommt, was zu einer Verminderung der hydraulischen Kraft auf die Stirnfläche 23 führt. Dadurch wird wiederum die Kraft, mit der die Düsennadel 3 am Düsensitz 5 die Dichtfläche 6 abdichtet, reduziert. Bei Erreichen des Öffnungsdrucks im Steuerraum 8 ist die Dichtkraft zwischen dem Düsensitz 5 und der Dichtfläche 6 null. Dies führt zu einer Nadelöffnung, wobei sich die Öffnungsgeschwindigkeit aus der Volumenstrombilanz aus der Ablaufdrossel 11 und der Zulaufdrossel 10 ergibt. Das heißt, die Düsennadel 3 gleicht den in der Bilanz dem Steuerraum 8 entnommenen Volumenstrom über die Nadelbewegung aus. Dadurch wird die Düsennadel 3 vom Düsensitz 5 wegbewegt und die wenigstens eine Einspritzöffnung 7 freigegeben. Soll der Einspritzvorgang beendet werden, so wird das Steuerventil 12 wieder geschlossen, wodurch dem Steuerraum 8 nun in der Bilanz ein Volumenstrom zugeführt wird, was die Düsennadel 3 zurück in ihre Schließstellung in Anlage an den Düsensitz 5 drückt. Dadurch wird die wenigstens eine Einspritzöffnung 7 wieder geschlossen.
Das Drosselungselement 100 unterteilt den Druckraum 4 in einen weiteren Teilraum 28, in welchem die Hülse 15 und die Schließfeder 22 angeordnet sind, denn zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Drosselungselement 100 ist lediglich ein Spalt 25 ausgebildet, welcher einen gedrosselten Kraftstofffluss in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 7 ermöglicht. Dabei wird im Teilraum 28 ein größerer Kraftstoffdruck auf die Düsennadel 3 ausgeübt als im restlichen Teil des Druckraums 4, sodass dadurch zusätzliche Schließkräfte auf die Düsennadel 3 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 7 einwirken. Darüber hinaus ist das Drosselungselement 100 als Scheibe ausgebildet. Dabei wird die Scheibe an ihrer Innenseite radial auf der Düsennadel 3 geführt, um eine optimale Positionierung der Scheibe zu gewährleisten.
In den Figuren 2 bis 4 sind schematisch Ausführungsbeispiele des Drosselungselements 100, 101, 102, 103 der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 dargestellt, wobei identische Bauteile die gleichen Bezugsziffern tragen wie in Figur 1.
Dabei zeigt die Figur 2 das Drosselungselement 101 mit einem der Drosselscheibe 21 zugewandten und als Hohlzylinder 26 ausgebildeten Endbereich. In dem Hohlzylinder 26 ist der düsensitzzugewandte Endbereich der Schließfeder 22 aufgenommen. Das Drosselungselement 101 bildet, wie auch in Figur 1, zusammen mit dem Düsenkörper 2 einen Spalt 25, wodurch Kraftstoff aus dem Teilraum 28 des Druckraums 4 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 7 gedrosselt fließen kann. Die kinetische Energie des Kraftstoffflusses wird bei dieser Ausbildung des Drosselungselements 101 an der Stirnfläche 29 des Drosselungselements 101 in Druckenergie umgewandelt, sodass an der Stirnfläche 29 ein größerer Druck entsteht als an einer gegenüberliegenden Stirnfläche 30. Es entstehen zusätzliche Schließkräfte in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 7 auf die Düsennadel 3. Außerdem wird ein Teil der Schließfeder 22 durch den Hohlzylinder 26 abgeschirmt, was den Strömungswiderstand und die Strömungsverluste des Kraftstoffs in diesem Bereich verringert. Diese Abschirmung verhindert auch eine mögliche Beeinträchtigung der Funktionsweise der Schließfeder 22 aufgrund des Kraftstoffflusses.
In der Figur 3 ist eine modifizierte Ausgestaltung des Drosselungselements 101 aus der Figur 2 dargestellt. Das Drosselungselement 102 weist mindestens eine Ausnehmung 200 auf, welche beispielsweise durch Bohrungen in das Drosselungselement 102 hergestellt werden können. Die Oberfläche dieser Ausnehmungen 100 werden nur minimal vom Kraftstoff benetzt, wodurch diese weniger empfindlich auf Viskositätsänderungen des Kraftstoffs reagieren und damit die Drosselwirkung weniger temperaturabhängig ist.
Figur 4 zeigt eine modifizierte Ausgestaltung des Drosselungselements 102 aus der Figur 3. Dabei weist das Drosselungselement 103 mindestens eine Ausnehmung 201 auf, welche direkt an der Innenwand des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist. Diese Ausnehmung 201 kann beispielsweise auch durch Bohrungen realisiert werden und besitzt dieselben Eigenschaften wie die Ausnehmung 200 des Drosselungselements 102 aus der Figur 3.
Das in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Drosselungselement 100, 101, 102, 103 führt zudem mit seinem Innendurchmesser die Düsennadel 3 und dient somit als zusätzlicher Führungsabschnitt für die Düsennadel 3.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzdüse (1) für Kraftstoffe mit einem Düsenkörper (2), in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum (4) ausgebildet ist, in dem eine kolbenförmige Düsennadel (3) hubbeweglich angeordnet ist, an deren einen Ende eine Dichtfläche (6) ausgebildet ist, welche Dichtfläche (6) mit einem Düsensitz (5) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (7) zusammenwirkt, und an deren anderen Ende eine Stirnfläche (23) ausgebildet ist, mit welcher die Düsennadel (3) in einer Hülse (15) aufgenommen ist und einen mit Kraftstoff unter wechselndem Druck befüll- baren Steuerraum (8) begrenzt, so dass durch den hydraulischen Druck auf die Stirnfläche (23) eine Kraft in Richtung des Düsensitzes (5) ausgeübt werden kann, wobei im Druckraum (4) eine Schließfeder (22) und ein Drosselungselement (100, 101, 102, 103) angeordnet sind, wobei das Drosselungselement (100, 101, 102, 103) die Düsennadel (3) umgibt und sich an einem an der Düsennadel (3) ausgebildeten Absatz (16) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (22) mit ihrem einen Ende an der Hülse (15) und mit ihrem anderen Ende an dem Drosselungselement (100, 101, 102, 103) abstützt, wobei das Drosselungselement (100, 101, 102, 103) Kraftstoff aus einem in den Druckraum (4) fließenden Zulaufkanal (9) drosselt.
2. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwand des Düsenkörpers (2) und dem Drosselungselement (100, 101, 102, 103) ein Spalt (25) ausgebildet ist, durch den Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung (7) gedrosselt fließen kann.
3. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselungselement (100) als Scheibe ausgebildet ist.
4. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Schließfeder (22) zugewandte Endbereich des Drosselungselements (101, 102, 103) als Hohlzylinder (26) ausgebildet ist.
5. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (26) den düsensitzzugewandten Endbereich der Schließfeder (22) umgibt.
6. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselungselement (102, 103) wenigstens eine Ausnehmung (200, 201) aufweist, wodurch Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung (7) gedrosselt fließen kann.
7. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (1) eine Zulaufdrossel (10) und eine Ablaufdrossel (11) aufweist, die in den Steuerraum (8) münden.
8. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (8) über die Ablaufdrossel (11) mit einem Niederdruckbereich (27) verbindbar ist.
9. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (3) mindestens einen Führungsabschnitt (17, 18) aufweist, an dem die Düsennadel (3) in dem Düsenkörper (2) geführt ist.
10. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Führungsabschnitt (17, 18) mindestens einen Anschliff (19, 20) aufweist.
11. Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, der eine Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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