WO2009016004A1 - Kraftstoffinjektor mit einer auf dem kegelventilsitz einer düsennadel aufsitzenden zentrierhülse als führung für die düsennadel - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit einer auf dem kegelventilsitz einer düsennadel aufsitzenden zentrierhülse als führung für die düsennadel Download PDF

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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of patent claim 1.
  • Known fuel injectors of this type comprise a nozzle needle which closes or releases the injection openings, and a valve piston on which the pressure prevailing in the control chamber acts.
  • the valve piston is motion coupled to the nozzle needle either directly or via a hydraulic coupler that is critical in terms of function and costs. It is also possible for transverse forces to act on the nozzle needle which lead to a jet pattern of the injected fuel that is not optimal in terms of symmetry.
  • a centering sleeve which guides the nozzle needle is seated on the same cone (conical valve seat) as the nozzle needle itself, which is thereby guided in an optimally centered manner and thus produces a spray pattern optimized in terms of symmetry.
  • the nozzle needle and the conventionally provided valve piston can advantageously be designed as a component, namely as a "long needle”.
  • the fuel injector according to the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
  • the features shown in the figures are purely schematic and not to scale.
  • the single FIGURE shows a longitudinal section through the fuel injector according to the invention.
  • the fuel injector 1 shown in Fig. 1 is usually used in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein each of these cylinders is associated with such an injector (fuel injection valve).
  • the injector 1 has, in a manner known per se, an injector body 2 with injection openings 3 projecting into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine and a nozzle needle (valve needle) 5 which opens and closes the injection openings 3 as a function of the pressure in a control chamber 4.
  • the control chamber 4 is connected via an inlet throttle (Z throttle) 6 permanently connected to a high-pressure inlet line (high pressure side) 7 of the fuel.
  • a control valve 8 is provided in the form of a 2/2-way valve, the sliding control valve member 8a opens or blocks the connection of the control chamber 4 via a discharge throttle (A-throttle) 9 with a low-pressure chamber (low pressure side) 10.
  • the high-pressure inlet line 7 is connected to a high-pressure accumulator (common rail), not shown, and the low-pressure chamber 10 with a leak oil drain, not shown.
  • the control valve 8 may have as an actuator for the control valve member 8a in particular a magnetic drive or a piezoelectric actuator.
  • the nozzle needle 5 is arranged in an axial Injektorbohrung 11 of the injector body 2 to form an annular space 12 which is connected to the high pressure supply line 7.
  • the upper end 5a of the nozzle needle 5 in FIG. 1 is in one
  • Guide bore 13 of a valve member 14 of the control valve 8 is guided axially displaceable and limited in the guide bore 13 with a force acting in the closing direction of the nozzle needle 5 control surface 15 the control chamber 4.
  • the valve member 14 is fixed in the Injektorbohrung 11 by means of a valve clamping nut 16 and has the Z and A throttles 6, 9 on.
  • the nozzle needle 5 has a conical sealing surface 17 which cooperates with a conical valve seat 18 provided in the injector bore 11.
  • the injection openings 3 are arranged downstream of the cone valve seat 18.
  • the lower end 5b of the nozzle needle 5 is guided in a centering sleeve 19, which in turn is seated on the conical valve seat 18 and thereby centered.
  • the seated on the conical valve seat 18 end face of the centering sleeve 19 is conically formed with a conical surface of the conical valve seat 18 corresponding cone angle.
  • the centering sleeve 19 is pressed by a spring 20 which is arranged in the Injektorbohrung 11 and supported on the injector 2 in centered contact with the conical valve seat 18.
  • the nozzle needle 5 is guided directly above the conical valve seat 18. Since the centering sleeve 19 is seated on the same cone as the nozzle needle 5 itself, the nozzle needle 5 is optimally centered and guided without lateral force and thus produces a symmetry-optimized jet pattern of the injected fuel.
  • the injector configuration is a high-pressure hydraulic system of leak-free design, the nozzle needle 5 is force-balanced.
  • the injector 1 has a sufficiently high closing dynamics, is below the valve member 14 into the Injektorbohrung 11, a throttle plate 21 with a
  • Closing throttle 22 is installed, via which the annular space 12 and the conical valve seat 18 is connected to the high-pressure inlet line 7.
  • the throttle resistance of the closing throttle 22 is greater than the throttle resistance of the inlet throttle 6, whereby the pressure in the control chamber 4 is always greater than the pressure applied to the conical valve seat 18, resulting in a closing force.
  • On the throttle plate 22 is a
  • Closing spring 23 is supported, which biases the nozzle needle 5 in the direction of the conical valve seat 18.
  • the control valve 8 is opened and thereby the control chamber 4 is connected to the low-pressure side 10 and thus depressurized.
  • the nozzle needle 4 acts on the sealing surface 17 of the pressure prevailing in the annular space 12 fuel pressure in the opening direction, lifts off from the conical valve seat 18 and are the injection ports 3 free.
  • the control valve 8 is closed, and the pressure in the control chamber 4 increases again and thus also acting in the closing direction of the hydraulic force to the nozzle needle 5, which is thereby pressed into its closed position.
  • the injector body 2 is made in one piece. In other embodiments, not shown, the injector body may be made in several parts with a holding body, a nozzle body and a nozzle body fixed to the holding body nozzle retaining nut.

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Abstract

Bei einem Kraftstoffinjektor (1) für Brennkraftmaschinen miteiner längsverschiebbaren Düsennadel (5), die mit einem Kegelventilsitz (18) zusammenwirkt, an welchem unter Hochdruck stehender Kraftstoff ansteht, mit wenigstens einer Einspritzöffnung (3), die stromabwärts des Kegelventilsitzes (18) angeordnet ist, mit einem an eine Hochdruckseite (7) angeschlossenen Steuerraum (4), über dessen Druck die Bewegung der Düsennadel (5) gesteuert wird, und mit einem Steuerventil (8), das die Verbindung des Steuerraums (4) zu einer Niederdruckseite (10) entweder sperrt oder öffnet, ist erfindung gemäß die Düsennadel (5) an ihrem mit dem Kegelventilsitz (18) zusammenwirkenden Ende (5b) in einer Zentrierhülse (19) geführt, die ihrerseits auf dem Kegelventilsitz (18) aufsitzt.

Description

Kraftstoffinjektor mit einer auf dem Kegelventilsitz einer Düsennadel aufsitzenden Zentrierhülse als Führung für die Düsennadel
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffinjektor nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bekannte Kraftstoffinjektoren dieser Art umfassen eine Düsennadel, die die Einspritzöffnungen verschließt oder freigibt, und einen Ventilkolben, auf den der im Steuerraum herrschende Druck wirkt. Der Ventilkolben ist mit der Düsennadel entweder direkt oder über einen hydraulischen Koppler bewegungsgekoppelt, der hinsichtlich Funktion kritisch ist und Kosten verursacht. Auch können auf die Düsennadel Querkräfte wirken, die zu einem hinsichtlich Symmetrie nicht optimalen Strahlbild des eingespritzten Kraftstoffs führen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sitzt eine die Düsennadel führende Zentrierhülse auf dem gleichen Kegel (Kegelventilsitz) auf wie die Düsennadel selbst, die dadurch optimal zentriert geführt ist und somit ein hinsichtlich Symmetrie optimiertes Strahlbild erzeugt. Die Düsennadel und der herkömmlich vorgesehene Ventilkolben können vorteilhaft als ein Bauteil, nämlich als „lange Nadel", ausgeführt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.
Ausführungsform der Erfindung
Der in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffinjektor 1 wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder ein solcher Injektor (Kraftstoffeinspritzventil) zugeordnet ist. Der Injektor 1 weist in an sich bekannter weise einen in einen Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine ragenden Injektorkörper 2 mit Einspritzöffnungen 3 sowie eine die Einspritzöffnungen 3 abhängig vom Druck in einem Steuerraum 4 öffnende und schließende Düsennadel (Ventilnadel) 5 auf. Der Steuerraum 4 ist über eine Zulaufdrossel (Z- Drossel) 6 dauerhaft an eine Hochdruck-Zulaufleitung (Hochdruckseite) 7 des Kraftstoffs angeschlossen. Zum Steuern des Einspritzvorgangs ist ein Steuerventil 8 in Form eines 2/2-Wegeventils vorgesehen, dessen verschiebbares Steuerventilglied 8a die Verbindung des Steuerraums 4 über eine Ablaufdrossel (A-Drossel) 9 mit einem Niederdruckraum (Niederdruckseite) 10 öffnet oder sperrt. Die Hochdruck- Zulaufleitung 7 ist mit einem nicht gezeigten Hochdruckspeicher (Common Rail) und der Niederdruckraum 10 mit einem nicht gezeigten Leckölablauf verbunden. Das Steuerventil 8 kann als Stellantrieb für das Steuerventilglied 8a insbesondere einen Magnetantrieb oder einen Piezoaktor aufweisen.
Die Düsennadel 5 ist in einer axialen Injektorbohrung 11 des Injektorkörper 2 unter Ausbildung eines Ringraums 12 angeordnet, der an die Hochdruck-Zulaufleitung 7 angeschlossen ist. Das in Fig. 1 obere Ende 5a der Düsennadel 5 ist in einer
Führungsbohrung 13 eines Ventilstücks 14 des Steuerventils 8 axial verschiebbar geführt und begrenzt in der Führungsbohrung 13 mit einer in Schließrichtung der Düsennadel 5 wirkenden Steuerfläche 15 den Steuerraum 4. Das Ventilstück 14 ist in der Injektorbohrung 11 mittels einer Ventilspannmutter 16 fixiert und weist die Z- und A-Drosseln 6, 9 auf. Am unteren Ende 5b weist die Düsennadel 5 eine konische Dichtfläche 17 auf, die mit einem in der Injektorbohrung 11 vorgesehenen Kegelventilsitz 18 zusammenwirkt. Die Einspritzöffnungen 3 sind stromabwärts des Kegelventilsitzes 18 angeordnet. Das untere Ende 5b der Düsennadel 5 ist in einer Zentrierhülse 19 geführt, die ihrerseits auf dem Kegelventilsitz 18 aufsitzt und dadurch zentriert ist. Die auf dem Kegelventilsitz 18 aufsitzende Stirnseite der Zentrierhülse 19 ist konisch mit einem der Kegelfläche des Kegelventilsitzes 18 entsprechenden Konuswinkel ausgebildet sein. Die Zentrierhülse 19 ist durch eine Feder 20, die in der Injektorbohrung 11 angeordnet und am Injektorkörper 2 abgestützt ist, in zentrierte Anlage an den Kegelventilsitz 18 gedrückt. Durch die Zentrierhülse 19 ist die Düsennadel 5 direkt oberhalb des Kegelventilsitzes 18 geführt. Da die Zentrierhülse 19 auf dem gleichen Kegel aufsitzt wie die Düsennadel 5 selbst, wird die Düsennadel 5 optimal zentriert und querkraftfrei geführt und erzeugt somit ein hinsichtlich Symmetrie optimiertes Strahlbild des eingespritzten Kraftstoffs.
Da es sich bei dieser Injektorkonfiguration um eine Hochdruckhydraulik in leckagefreier Ausführung handelt, ist die Düsennadel 5 kraftausgeglichen. Damit der Injektor 1 eine ausreichend hohe Schließdynamik besitzt, ist unterhalb des Ventilstücks 14 in die Injektorbohrung 11 eine Drosselplatte 21 mit einer
Schließdrossel 22 eingebaut, über die der Ringraum 12 bzw. der Kegelventilsitz 18 mit der Hochdruck-Zulaufleitung 7 verbunden ist. Der Drosselwiderstand der Schließdrossel 22 ist größer als der Drosselwiderstand der Zulaufdrossel 6, wodurch der Druck im Steuerraum 4 immer größer als der am Kegelventilsitz 18 anstehende Druck ist, was zu einer Schließkraft führt. An der Drosselplatte 22 ist eine
Schließfeder 23 abgestützt, die die Düsennadel 5 in Richtung auf den Kegelventilsitz 18 vorspannt.
Die Funktionsweise des Injektors 1 ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und soll hier nur kurz angerissen werden. Für eine Einspritzung wird das Steuerventil 8 geöffnet und dadurch der Steuerraum 4 mit der Niederdruckseite 10 verbunden und somit druckentlastet. Die Düsennadel 4, an deren Dichtfläche 17 der im Ringraum 12 herrschende Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung wirkt, hebt vom Kegelventilsitz 18 ab und gibt die Einspritzöffnungen 3 frei. Zur Beendigung der Einspritzung wird das Steuerventil 8 geschlossen, und der Druck im Steuerraum 4 steigt erneut an und damit auch die in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft auf die Düsennadel 5, die dadurch in ihre Schließstellung gedrückt wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Injektorkörper 2 einteilig ausgeführt. Bei nicht gezeigten anderen Ausführungsformen kann der Injektorkörper mehrteilig mit einem Haltekörper, einem Düsenkörper und einer den Düsenkörper am Haltekörper festspannenden Düsenspannmutter ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor (1 ) für Brennkraftmaschinen, mit einer längsverschiebbaren Düsennadel (5), die mit einem Kegelventilsitz (18) zusammenwirkt, an welchem unter Hochdruck stehender Kraftstoff ansteht, mit wenigstens einer Einspritzöffnung (3), die stromabwärts des Kegelventilsitzes (18) angeordnet ist, mit einem an eine Hochdruckseite (7) angeschlossenen Steuerraum (4), über dessen Druck die Bewegung der Düsennadel (5) gesteuert wird, und mit einem Steuerventil (8), das die Verbindung des Steuerraums (4) zu einer Niederdruckseite (10) entweder sperrt oder öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) an ihrem mit dem Kegelventilsitz (18) zusammenwirkenden Ende (5b) in einer Zentrierhülse (19) geführt ist, die ihrerseits auf dem Kegelventilsitz (18) aufsitzt.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Düsennadel (5) an ihrem dem Kegelventilsitz (18) abgewandten Ende (5a) mit einer in Schließrichtung der Düsennadel (5) wirkenden Steuerfläche (15) den Steuerraum (4) begrenzt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) an ihrem dem Kegelventilsitz (18) abgewandten Ende (5b) geführt ist.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kegelventilsitz (18) abgewandte Ende (5b) der Düsennadel (5) in einem
Ventilstück (14) des Steuerventils (8) geführt ist.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (4) über eine Zulaufdrossel (6) und der Kegelventilsitz (18) über eine Schließdrossel (22) mit der Hochdruckseite (7) verbunden sind, wobei der Drosselwiderstand der Schließdrossel (22) größer als der Drosselwiderstand der Zulaufdrossel (6) ist.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (19) durch eine gehäuseseitig abgestützte Feder (20) in Anlage an den Kegelventilsitz (18) gedrückt ist.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) in einem Injektorkörper (2) unter
Ausbildung eines Ringraums (12) angeordnet ist, der an die Hochdruckseite (7) angeschlossen ist und in dem die Zentrierhülse (19) angeordnet ist.
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