DE102006051583A1 - Fuel injector with storage volume segment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinkektor (1) ist mittels eines Aktors (10) betätigbar und umfasst ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied (23). Der Kraftstoffinjektor (1) des Weiteren ein mindestens einteilig ausgebildetes Speichervolumensegment (40), welches im Injektorverbund (2, 13, 20 22) enthalten ist.The invention relates to a fuel injector (1) for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injector (1) can be actuated by means of an actuator (10) and comprises a preferably needle-shaped injection valve member (23). The fuel injector (1) further comprises a storage volume segment (40) formed at least in one piece, which is contained in the injector assembly (2, 13, 20 22).
Description
Stand der TechnikState of the art
Bei modernen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen erweist es sich als günstig für den Verbrennungsverlauf, während des Verbrennungsvorganges mehrfach in kurzen Intervallen Kraftstoff einzuspritzen. Dies erfordert insbesondere bei schnelllaufenden Verbrennungskraftmaschinen sehr schnell schaltende Einspritzventile. Schnelle Schaltvorgänge an Einspritzventilen (Kraftstoffinjektoren) führen insbesondere in Verbindung mit hohen hydraulischen Systemdrücken, die ebenfalls zur Verbesserung der Verbrennungsprozesse angestrebt werden, zu Druckschwingungen im Kraftstoffinjektor. Bei Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail) liegt der Systemdruck in der Größenordnung von 1600 bar, wobei jedoch, wie oben bereits erwähnt, an höheren Systemdrücken gearbeitet wird, um die Verbrennung weiter zu optimieren.at modern internal combustion engines, especially in direct injection Internal combustion engines prove to be favorable for the course of combustion, while the combustion process multiple times at short intervals fuel inject. This requires in particular at high-speed Internal combustion engines very fast switching injectors. Fast switching operations to injectors (fuel injectors) lead in particular in connection with high hydraulic system pressures, which are also aimed at improving the combustion processes, to pressure oscillations in the fuel injector. For high-pressure accumulator injection systems (Common Rail), the system pressure is in the order of 1600 bar, wherein however, as mentioned above, at higher system pressures is worked to further optimize the combustion.
Hohe Systemdrücke sowie die schnell hintereinander folgenden Schaltvorgänge können den Schließvorgang eines Kraftstoffinjektors so beeinflussen, dass unerwünschte Effekte im Verbrennungsablauf sowie ein erhöhter Verschleiß an mechanischen Komponenten des Kraftstoffinjektors auftreten können.Height system pressures as well as the rapid successive switching operations can the closing process of a fuel injector so influence that unwanted effects in the combustion process as well as increased wear on mechanical Components of the fuel injector can occur.
Zur Bedämpfung von Druckschwingungen eignen sich Speichervolumina in Verbindung mit hydraulischen Drosselelementen, die in ummittelbarer Nähe zum Entstehungsort der Druckschwingung angeordnet sind. Dazu stehen ein Aktorraum in dem beispielsweise bei Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Piezoaktors betätigt werden, der Piezoaktor untergebracht ist zur Verfügung, sowie ein Düsenraum, die mit der einzuspritzenden Flüssigkeit, so zum Beispiel des in den Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffs befüllbar sind. Die in diesen Räumen, d.h. dem Aktorraum sowie dem Düsenraum bevoratbaren Flüssigkeitsvolumina erweisen sich jedoch hinsichtlich ihrer Dämpfungswirkung oft als zu klein zur wirksamen Bedämpfung auftretender Druckschwingungen. Es ist daher anzustreben, zusätzliche Speichervolumina im Kraftstoffinjektor in unmittelbarer Nähe zum Entstehungs ort der Druckschwingungen, in der Regel einen Düsenraum zu schaffen. Dies findet jedoch seine Grenze darin, dass es der begrenzte Einbauraum an der Verbrennungskraftmaschine in der Regel nicht erlaubt, den Außendurchmesser eines Kraftstoffinjektors zu vergrößern.to attenuation of pressure oscillations are storage volumes in conjunction with hydraulic throttle elements, which are in close proximity to the place of origin the pressure vibration are arranged. For this purpose there is an actuator room in the example of fuel injectors by means of a piezoelectric actuator actuated be accommodated, the piezo actuator is available, as well a nozzle space, the with the liquid to be injected, for example, the fuel to be injected into the combustion chamber fillable are. Those in these rooms, i.e. the actuator chamber and the nozzle chamber voratbaren liquid volumes However, they often prove to be too small in terms of their damping effect for effective damping occurring pressure oscillations. It is therefore desirable to have additional Storage volumes in the fuel injector in the immediate vicinity of the place of origin the pressure oscillations, usually creating a nozzle space. This finds however, its limit is that it has the limited installation space at the Internal combustion engine usually does not allow the outside diameter to increase a fuel injector.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen in einem Kraftstoffinjektor ein zusätzliches, mit Kraftstoff befüllbares Speichervolumen zu integrieren, um die Druckschwingungen im Kraftstoffinjektor nach der Einspritzung zu dämpfen. Das zusätzliche, in den Kraftstoffinjektor integrierte Speichervolumen ist in einer Kammer, so zum Beispiel einem Speichervolumensegment ausgebildet. Durch dieses zusätzlich in den Kraftstoffinjektor zu integrierende Speichervolumensegment verlängert sich der Kraftstoffinjektor um etwa 1 cm, wodurch sich ein mit Kraftstoff befüllbares Speichervolumen von 900 mm3 ergibt. Wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Speichervolumensegment in doppelter Größe ausgebildet, so ergibt sich ein verdoppeltes Speichervolumen für bevorratbares Dämpfungsmedium, wie zum Beispiel Kraftstoff.According to the invention, it is proposed to integrate in a fuel injector an additional storage volume which can be filled with fuel in order to dampen the pressure oscillations in the fuel injector after the injection. The additional storage volume integrated in the fuel injector is formed in a chamber, such as a storage volume segment. As a result of this additional storage volume segment to be integrated into the fuel injector, the fuel injector is lengthened by approximately 1 cm, resulting in a storage volume of 900 mm 3 that can be filled with fuel. If the inventively proposed storage volume segment is formed in double size, the result is a doubled storage volume for storable damping medium, such as fuel.
Bevorzugt wird das mit der einzuspritzenden Flüssigkeit, wie zum Beispiel Kraftstoff, befüllbare zusätzliche Speichervolumensegment über ein Drosselelement, so zum Beispiel eine Lochdrossel hydraulisch an einem Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors angekoppelt. Die zum Beispiel als Lochdrossel ausgebildete Drossel und das zusätzliche Speichervolumen wirken als Dämpfungselement und lassen sich einfach, insbesondere ohne den Außendurchmesser des Kraftstofffinjektors zu vergrößern, an die schwingungstechnisch zu beherrschenden Erfordernisse anpassen. Hydraulische Druckschwingungen in einem Kraftstoffinjektor lassen sich mit einem derartigen zusätzlichen Speichervolumensegment wirksam vermindern. In einer Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens, kann ein Speichervolumensegment zwischen dem Düsenkörper und einer Drosselplatte eines Kraftstoffinjektors angeordnet werden. Das die Baulänge des Kraftstoffinjektors nur geringfügig verlängernde zusätzliche Speichervolumensegment, ist zum Beispiel durch verlängerte Positionierstifte in Bezug auf den Düsenkörper und die Drosselplatte positioniert und durch ein entsprechend verlängert ausgebildetes Düsenspannelement, wie zum Beispiel eine Düsenspannmutter, mit dem gesamten Injektorverband verspannt.Prefers This will be with the liquid to be injected, such as Fuel, fillable additional Storage volume segment via a throttle element, such as a throttle hole hydraulically coupled to a high pressure area of the fuel injector. The For example, throttle designed as a throttle and the additional storage volume act as a damping element and can be easily, especially without the outer diameter to increase the fuel injector, to the vibration technology adapt to the requirements to be mastered. Hydraulic pressure oscillations in a fuel injector can be with such an additional Effectively reduce storage volume segment. In a variant of the invention underlying idea, a storage volume segment between the nozzle body and a throttle plate of a fuel injector are arranged. The length the fuel injector only slightly extending additional storage volume segment, is extended for example by Positioning pins with respect to the nozzle body and the throttle plate positioned and by a correspondingly extended trained Nozzle clamping element such as a nozzle retaining nut, braced with the entire Injektorverband.
Das in den Ausführungsvarianten dargestellte zusätzliche Speichervolumensegment wird sehr nahe am Entstehungsort hydraulischer Druckschwingungen, wie zum Beispiel dem Düsenraum, angeordnet und weist dadurch eine sehr gute Wirksamkeit auf. Durch eine entsprechende Variation der Axiallänge des erfindungsgemäß vorgeschlagenen zusätzli chen Speichervolumensegmentes lässt sich das in diesem bevorratbare Speichervolumen einfach an die schwingungstechnischen Erfordernisse anpassen. In besonders vorteilhafter Weise vergrößert das erfindungsgemäß vorgeschlagene zusätzliche Speichervolumensegment den Außendurchmesser des Kraftstoffinjektors nicht, sondern wirkt sich in moderater Weise auf die Baulänge des Kraftstoffinjektors aus. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Speichervolumensegment kann optional am Injektor eingesetzt werden, wenn das Schwingungsverhalten die Funktion oder die Dauerhaltbarkeit desselben es erfordern.The additional storage volume segment shown in the variants is arranged very close to the place of origin of hydraulic pressure oscillations, such as the nozzle space, and thus has a very good effectiveness. By a corresponding variation of the axial length of the inventively proposed addi tional storage volume segment can be stored in this storable storage volume easily adapted to the vibration requirements. In a particularly advantageous manner, the inventively proposed additional storage volume segment does not increase the outer diameter of the fuel injector, but has a moderate effect on the length of the fuel injector. The inventively proposed storage volume segment can optionally be used on the injector when the vibration behavior of the Function or the durability of the same require it.
In Bezug auf Kraftstoffinjektor sind lediglich die Länge eines Düsenspannelementes, wie zum Beispiel einer Düsenspannmutter sowie Positionierstifte zur lagerichtigen Positionierung des zusätzlichen Speichervolumensegments innerhalb des Kraftstoffinjektors um dessen Zusatzlänge anzupassen; alle anderen Komponenten des Kraftstoffinjektors können unverändert übernommen werden.In Regarding fuel injector are only the length of one Nozzle clamping element such as a nozzle retaining nut and positioning pins for correct positioning of the additional Storage volume segment within the fuel injector to the additional length adapt; all other components of the fuel injector can be taken over unchanged become.
Ein erforderliche Verlängerung des Kraftstoffinjektors in axiale Richtung liegt in der Größenordnung von 10 mm und fällt daher zur Erzeugung eines zusätzlichen Speichervolumens von 1000 mm3 sehr moderat aus. Insbesondere dann, wenn das zusätzliche Speichervolumensegment zweiteilig ausgebildet wird, kann bei geringem Herstellungsaufwand desselben eine relativ hohe Volumenausnutzung des zur Verfügung stehenden Einbauraums erreicht werden.A required extension of the fuel injector in the axial direction is of the order of 10 mm and therefore falls very moderately to produce an additional storage volume of 1000 mm 3 . In particular, when the additional storage volume segment is formed in two parts, a relatively high volume utilization of the available installation space can be achieved with low production costs.
Bei einer zweiteiligen Ausführung des zusätzlichen Speichervolumensegments kann ein oberer Teil als Ringteil und ein unterer Teil als Einsatzteil ausgebildet werden. Das Unterteil kann zum Beispiel vor dem Einsetzen in den Kraftstoffinjektor stark abgekühlt werden und nach dem Erwärmen durch die Wärmeausdehnung verpresst und somit lagefixiert sein.at a two-part design of the additional Storage volume segment, an upper part as a ring part and a lower part are formed as an insert. The lower part can for example, be strongly cooled before insertion into the fuel injector and after heating by the thermal expansion be pressed and thus be fixed in position.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based In the drawings, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt:It shows:
Ausführungsvariantenvariants
Der
Darstellung gemäß
Ein
in
Die
Aktorraumbohrung
Der
zur Betätigung
des Kraftstoffinjektors
Bei
der in
Aus
der Darstellung gemäß
Aus
der schematischen Darstellung gemäß
Vom
Hochdruckzulauf
Aufgrund
der direkten Anbindung des zusätzlichen
Speichervolumens
Die
im Düsenraum
Da
das Speichervolumensegment
Aus
der Darstellung gemäß
In
der ersten Stirnseite
In
der zweiten Stirnseite
Das
ringförmig
ausgebildete Speichervolumen
In
der in
Der
Darstellung gemäß
Aus
der Schnittdarstellung in
Das
Unterteil
Der
Darstellung gemäß
Aus
der Darstellung gemäß
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Effective date: 20131105 |