DE10111783A1 - Einspritzdüse - Google Patents

Abstract

Eine Einspritzdüse weist einen Düsenkörper (12), eine Düsennadel (18), die im Düsenkörper verschiebbar gelagert ist, einen Steuerraum (20), der mit einem Fluidzulauf (30) und einem Fluidablauf (34) in Verbindung steht, und ein Ventilelement (40), das den Fluidablauf (34) öffnen und schließen kann, auf. Der Steuerraum wird von einem verschiebbaren Ring (24) seitlich begrenzt, wobei der Ring auf der Düsennadel aufliegt und eine Schließfeder (28) den Ring fluiddicht gegen die Düsennadel drückt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, mit einem Düsenkörper, einer Düsennadel, die im Düsenkörper verschiebbar gelagert ist, einem Steuerraum, der mit einer Fluidzulaufleitung und einer Fluidablaufleitung in Verbindung steht, und einem Steuerelement, das die Fluidablaufleitung öffnen und schließen kann.

Aus dem Stand der Technik sind Einspritzdüsen der eingangs genannten Art bekannt, die in Common-Rail-Einspritzsystemen eingesetzt werden. Sie besitzen zum Schließen der Nadel eine Schließfeder, welche im Steuerraum liegt. Die Größe der Feder bestimmt damit das Steuerraumvolumen. Da die Feder für ein gutes Schließen der Nadel eine möglichst hohe Steifigkeit besitzen sollte und damit relativ groß ausfällt, wird auch das Steuerraumvolumen vergleichsweise groß. Der Injektor wird dadurch träge, und die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt lassen sich nicht exakt definieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Abmessungen der Schließfeder unabhängig vom Steuerraumvolumen und unabhängig vom für die Nadelgeschwindigkeit wichtigen Steuerkolbendurchmesser frei wählbar sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß die Düsennadelführung keine Dichtfunktion mehr übernehmen muß.

Vorteile der Erfindung

Die Einspritzdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß das Steuerraumvolumen sehr klein ausgeführt werden kann, wodurch ein rasches Ansprechverhalten der Düse erreicht wird. Es können hohe Nadelgeschwindigkeiten erreicht werden, da der Durchmesser des Steuerkolbens frei festgelegt werden kann. Die Schließfeder ermöglicht ein gutes Schließverhalten der Düse. Außerdem ist die Verbindung zwischen Ring und Düsennadel fluiddicht. Damit kommt der Düsennadelführung keine Dichtfunktion mehr zu, womit die Anforde­ rung an die Qualität der Führung geringer wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Fluidzulaufleitung ein erstes Drosselelement und die Fluidablaufleitung ein zweites Drosselelement auf. Mit der Dimensionierung der beiden Drosselelemente bezogen auf den Steuerkolbendurchmesser des Ventilkörpers kann so die Nadelgeschwindigkeit auf einfache Weise festgelegt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 5 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer fünften Ausführungsform;

Fig. 6 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer sechsten Ausführungsform;

Fig. 7 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer siebten Ausführungsform;

Fig. 8 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer achten Ausführungsform;

Fig. 9 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Einspritzdüse gemäß einer neunten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Einspritzdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Einspritzdüse 10 weist einen Düsenkörper 12 auf, der hier aus mehreren Abschnitten 12a, 12b aufgebaut ist, die von einem Verspannelement 13 fest zusammengehalten werden. Der Düsenkörper 12 ist mit Düsenöffnungen 14 versehen, durch die Kraftstoff in den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Zu den Düsenöffnungen führt ein Kraftstoffkanal 16.

Im Düsenkörper 12 ist eine Düsennadel 18 so verschiebbar angebracht, daß sie aus einer Ausgangsstellung, in der die Düsenöffnungen 14 geschlossen sind, in eine Einspritzstellung gebracht werden kann, in der die Düsenöffnungen geöffnet sind.

Auf der von den Düsenöffnungen 14 abgewandten Seite des Düsennadel 18 ist ein Steuerraum 20 gebildet, dessen eine Stirnseite von der Rückseite der Düsennadel 18 und dessen andere Stirnseite von einem Ventilblock 22 gebildet ist. Die Umfangswand des Steuerraumes 20 ist gebildet von einem Ring 24, der in dichter Weise verschiebbar auf der Außenwand des Ventilblocks 22 angeordnet ist und an der ebenen Rückseite der Düsennadel 18 anliegt. Dies ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen dem Ring 24 und der Düsennadel 18.

In einem Vorratsraum 26 zwischen dem Düsenkörper 12 und dem Ventilblock 22 ist eine Schließfeder 28 für die Düsennadel 18 angeordnet. Die Schließfeder 28 stützt sich an dem Ring 24 ab, so daß dieser mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Düsennadel 18 gedrückt wird. Auf diese Weise wird zum einen eine fluiddichte Anlage des Rings 24 an der Düsennadel 18 erhalten, und zum anderen wird die Düsennadel in ihre Ausgangsstellung beaufschlagt.

Der Steuerraum weist einen Fluidzulauf 30 auf, der vom Kraftstoffkanal abzweigt und mit einer Zulaufdrossel 32 versehen ist. Der Steuerraum 20 weist weiterhin einen Fluidablauf 34 auf, der mit einer Ablaufdrossel 36 versehen ist. Der Querschnitt der Ablaufdrossel 36 ist größer als der Querschnitt der Zulaufdrossel 32.

Der Fluidablauf 34 mündet in einer Ventilkammer 38, in der ein Ventilelement 40 angeordnet ist. Das Ventilelement 40 kann zwischen einer Stellung, in der der Fluidablauf 34 geschlossen ist, und einer Stellung verstellt werden, in der der Fluidablauf geöffnet ist. Zur Verstellung des Ventilelements 40 können beliebige, dem Fachmann bekannte Mittel verwendet werden, beispielsweise Piezoaktoren.

Im Ausgangszustand, also wenn kein Kraftstoff eingespritzt werden soll, befindet sich das Ventilelement 40 in der geschlossenen Stellung. Somit wird der Kraftstoff im Steuerraum 20 aufgestaut, so daß dort der Kraftstoffdruck anliegt. Da der Querschnitt der Rückseite der Düsennadel 18 größer ist als der Querschnitt der Düsennadel im Bereich der Düsenöffnungen 14, ist die im Steuerraum 20 erzeugte, die Düsennadel in die geschlossene Stellung beaufschlagende Kraft größer als die Kraft, die an der Spitze der Düsennadel erzeugt wird und die Düsennadel in die geöffnete Stellung beaufschlagt. Hinzu kommt die Kraft der Schließfeder 28. Die Düsennadel verbleibt also in der geschlossenen Stellung.

Wenn Kraftstoff eingespritzt werden soll, wird der Fluidablauf 34 vom Ventilelement 40 freigegeben. Da aufgrund der Querschnittsverhältnisse der Ablauf- und der Zulaufdrossel nun der Druck im Steuerraum 20 absinkt, wird erreicht, daß durch den auf die Spitze der Düsennadel 18 einwirkenden Kraftstoffdruck die Düsennadel von den Düsenöffnungen 14 abhebt und in die geöffnete Stellung verschoben wird. Die Verschiebung wird begrenzt durch Anlage der Rückseite des Düsennadel 18 an einem als Anschlag dienenden Vorsprung 42 des Ventilblocks 22.

Beim Übergang der Düsennadel 18 in die geöffnete Stellung wird der Ring 24 von der Düsennadel zurückgeschoben, wobei der dichte Kontakt zwischen Ring und Düsennadel aufrechterhalten bleibt. Das beim Verschieben des Rings 24 verdrängte Fluidvolumen im Bereich der Schließfeder 28 kann um den Ring herum in den unteren Teil des Vorratsraumes 26 strömen. Da der Druck im Steuerraum 20 niemals größer ist als der Druck in den umgebenden Teilen der Düse, wird der Ring 24 nicht von der Düsennadel 18 abgehoben. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß bezüglich des Fluids eine hohe Dichtigkeit zwischen Düsennadel 18 und Ring 24 erreicht wird. Damit verringern sich wiederum die Anforderungen an die Fluiddichtheit der Führung der Düsennadel 18 im Düsenkörper 12, wodurch der Aufbau der Einspritzdüse vereinfacht wird. Darüber hinaus kann die Größe der Schließfeder unabhängig vom Steuerkolbendurchmesser und vom Steuerraumvolumen gewählt werden, wodurch die Dimensionierung des Injektors erleichtert wird.

In Fig. 2 ist eine Einspritzdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Soweit bei dieser Ausführungsform Bauteile verwendet werden, die von der ersten Ausführungsform bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Hinsichtlich ihrer Funktion wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform, bei der der Anschlag für die Düsennadel am Ventilblock 22 sitzt, weist hier der Düsenkörper 12 den Vorsprung 42 auf, der die Verschiebung des Rings 24 und damit der Düsennadel 18 begrenzt. Dies hat den Vorteil, daß die Anschlagposition der Düsennadel gegenüber dem Düsenkörper genau definiert ist, und nicht auch noch von der Lage des Ventilblocks bezüglich des Düsenkörpers abhängt.

In Fig. 3 ist eine Einspritzdüse gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile, die aus den vorangegangenen Ausfüh­ rungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt hier der Fluidzulauf 30 mit der Zulaufdrossel 32 im Ring 24. Zulaufdrossel 32 und Ablaufdrossel 36 liegen hier in verschiedenen Bauteilen vor, was die Möglichkeit der Kombination auch unterschiedlicher Ausführungen der beiden Bauteile Ring und Ventilblock bietet.

In Fig. 4 ist eine Einspritzdüse gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile, die aus vorangegangenen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform erfolgt die Kraftstoffzufuhr zur Düsennadel 18 hier über Zuströmkammern 44, welche in die Düsennadel geschliffen sind. Um die Dichtfunktion zwischen Düsennadel 18 und Dichtring 24 zu gewährleisten, können die Zuströmkammern 44 so ausgeführt sein, daß sie nicht über die ganze Führungshöhe der Nadel reichen. In dieser Ausführungsform ist die Zulaufdrossel 32 in der Düsennadel untergebracht. Eine erste Fase 45 erleichtert den Zulauf von Kraftstoff zum Fluidzulauf 30. Durch die Lage von Fluidzulauf und Fluidablauf in den Bauteilen Düsennadel und Ventilblock besteht hier die Möglichkeit, verschiedene Ausführungsformen der beiden Bauteile zu kombinieren.

In Fig. 5 ist eine Einspritzdüse gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile, die aus den vorangegangenen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Der Ring 24 wird hier mit einer zweiten Fase 46 versehen, um so durch eine verringerte Auflagefläche am Flachsitz zwischen Ring 24 und Düsennadel 18 eine bessere Abdichtung zu erreichen.

In Fig. 6 ist eine Einspritzdüse gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile, die aus den vorangegangenen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Bei dieser Ausführungsform wird im Auflagebereich zwischen Ring 24 und Düsennadel ein Dichtelement 48 eingesetzt. Hierbei wird eine verbesserte Abdichtung des Steuerraums 20 im Bereich der Verbindung zwischen Ring und Düsennadel erreicht. Die Düsennadel wird hier mit einer Ringnut 50 versehen, da durch diese das Dichtelement 48 sicher gelagert werden kann. Die Kraftübertragung zwischen Düsennadel 18 und Ring 24 erfolgt über einen Ringvorsprung 52.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Fig. 7, 7a, 7b dargestellt ist, ist das Dichtelement 48 eine Dichtfeder. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Tellerfeder (Fig. 7a). Dies ist besonders vorteilhaft, da auch für einen nicht gleichmäßig auf der Düsennadel 18 aufsitzenden Ring 24 die Tellerfeder 48 eine vollständige Dichtung zwischen Ring und Düsennadel ermöglicht. Die Vorspannung der Tellerfeder 48 sollte immer kleiner als die Spannung der Schließfeder 28 sein, damit der Ring 24 stets an der Düsennadel 18 anliegt.

Wird der Teil 12a des Düsenkörpers und der Ventilblock 22 einstückig ausgeführt (Fig. 7), so wird die Montage der Einspritzdüse vereinfacht und die Fertigungsgenauigkeit der gesamten Düse verbessert.

In Fig. 8 ist eine Einspritzdüse gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile, die aus den vorausgegangenen Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

In dieser Ausführungsform besteht der Ring 24 aus einem ersten Ringabschnitt 54 und einem zweiten Ringabschnitt 56. Die Begrenzungsfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Ringabschnitt ist eine Kugelausschnittsfläche. Die Montage der Einspritzdüse kann dazu führen, daß die Zentralachse des Ventilblocks 22 nicht genau mit der Zentralachse der Düsennadel 18 übereinstimmt, die beiden Achsen also etwas gegeneinander geneigt sind. Da der Ring 24 auf der Außenwand des Ventilblocks aufliegt, weicht dann auch die Zentralachse des Rings von der Zentralachse der Düsennadel ab, so daß eine vollständige Dichtung zwischen dem Ring und der Düsennadel nicht möglich ist. Ist der Ring aus zwei Ringabschnitten aufgebaut, so stimmt die Zentralachse des ersten Ringabschnitts 54 mit der Zentralachse der Düsennadel und die Zentralachse des zweiten Ringabschnitts 56 mit der Zentralachse des Ventilblocks überein. Erster und zweiter Ringabschnitt weisen mit der Kugelausschnittsfläche eine gemeinsame Gleitfläche auf, so daß sie einander ausweichen können. Die gemeinsame Grenzfläche ermöglicht außerdem die Abdichtung zwischen den beiden Ringabschnitten. Da die Zentralachsen von Düsennadel und erstem Ringabschnitt übereinstimmen, wird eine vollständige Abdichtung zwischen Ring 24 und Düsennadel 18 erreicht.

In Fig. 9 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Einspritzdüse dargestellt. Die Düsennadel 18 besteht hier aus einem erstem Düsennadelteil 58 und einem zweiten Düsennadelteil 60. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise eine Achsenabweichung zwischen Ventilblock 22 und Düsennadel 18 auszugleichen. Vorteilhafterweise wird dazu der erste Düsennadelteil so ausgeführt, daß er einen Kugelabschnitt bildet und formschlüssig im zweiten Düsennadelteil liegt. Damit wird ein besonders leichtgängiger Ausgleich der Achsenabweichung erreicht.

Bezugszeichenliste

10

Einspritzdüse

12

,

12

a,

12

b Düsenkörper

13

Verspannelement

14

Düsenöffnung

16

Kraftstoffkanal

18

Düsennadel

20

Steuerraum

22

Ventilblock

24

Ring

26

Vorratsraum

28

Schließfeder

30

Fluidzulauf

32

Zulaufdrossel

34

Fluidablauf

36

Ablaufdrossel

38

Ventilkammer

40

Ventilelement

42

Vorsprung

44

Zuströmkammer

45

erste Fase

46

zweite Fase

48

Dichtelement

50

Ringnut

52

Ringvorsprung

54

erster Ringabschnitt

56

zweiter Ringabschnitt

58

erstes Düsennadelteil

60

zweites Düsennadelteil

Claims (19)

1. Einspritzdüse, mit einem Düsenkörper (12), einer Düsennadel (18), die im Düsenkörper verschiebbar gelagert ist, einem Steuerraum (20), der mit einem Fluidzulauf (30) und einem Fluidablauf (34) in Verbindung steht, und einem Ventilelement (40), das den Fluidablauf (34) öffnen und schließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum von einem verschiebbaren Ring (24) seitlich begrenzt wird, wobei der Ring auf der Düsennadel aufliegt und eine Schließfeder (28) den Ring fluiddicht gegen die Düsennadel drückt.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidzulauf (30) eine Zulaufdrossel (32) und der Fluidablauf (34) eine Ablaufdrossel (36) aufweist.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zulaufdrossel und Ablaufdrossel (32, 36) in einem Ventilblock (22) untergebracht sind.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (32) im Ring (24) untergebracht ist.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (32) in der Düsennadel (18) untergebracht ist.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (12) eine erste Fase (45) aufweist.

7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerraum (20) ein Vorsprung (42) auf dem Ventilblock (22) ausgebildet ist, auf dem die Düsennadel (18) aufliegen kann.

8. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (42) auf dem Düsenkörper (12) ausgebildet ist, und daß der Ring (24) auf dem Vorsprung aufliegen kann.

9. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (24) im Auflagebereich zwischen Ring und Düsennadel (18) eine zweite Fase (46) aufweist.

10. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse im Auflagebereich zwischen Ring (24) und Düsennadel (18) ein Dichtelement (48) aufweist.

11. Einspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (48) zwischen Ring (24) und Düsennadel (18) ein Dichtring ist.

12. Einspritzdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (48) in einer Ringnut (50) gelagert ist.

13. Einspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (48) zwischen Ring (24) und Düsennadel (18) eine Dichtfeder ist.

14. Einspritzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfeder (48) eine Tellerfeder ist.

15. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (24) einen ersten Ringabschnitt (54) und einen zweiten Ringabschnitt (56) aufweist.

16. Einspritzdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsfläche zwischen erstem und zweitem Ringabschnitt (54, 56) eine Kugelausschnittsfläche ist.

17. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (18) aus einem ersten Düsennadelteil (58) und einem zweiten Düsennadelteil (60) besteht.

18. Einspritzdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Düsennadelteil (58) als Kugelabschnitt ausgebildet ist und formschlüssig im zweiten Düsennadelteil (60) liegt.

19. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (12a) des Düsenkörpers und der Ventilblock (22) in einem Stück ausgeführt sind.