DE102010042044A1 - fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer Düsennadel (1), die in einer Hochdruckbohrung (2) eines Düsenkörpers (3) zum Freigeben oder Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) hubbeweglich geführt ist, wobei an der Düsennadel (1) ein Führungsabschnitt (5) ausgebildet ist, welcher einen Führungsspalt (6) zwischen der Düsennadel (1) und dem Düsenkörper (3) oder einer in den Düsenkörper (3) eingesetzten Führungshülse (11) radial begrenzt. Erfindungsgemäß ist die Düsennadel (1) zur Verringerung einer Leckage über den Führungsspalt (6) zumindest im Bereich des Führungsabschnitts (5) aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient λ größer als der des Werkstoffes ist, aus welchem der Düsenkörper (3) oder die in den Düsenkörper (3) eingesetzte Führungshülse (11) gefertigt ist, so dass der Führungsabschnitt (5) im Betrieb des Kraftstoffinjektors aufgrund der Erwärmung des Kraftstoffs eine den Führungsspalt (6) reduzierende radiale Aufweitung erfährt.The invention relates to a fuel injector for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, with a nozzle needle (1) which is guided in a stroke-movable manner in a high-pressure bore (2) of a nozzle body (3) for opening or closing at least one injection opening (4), wherein a guide section (5) is formed on the nozzle needle (1), which radially delimits a guide gap (6) between the nozzle needle (1) and the nozzle body (3) or a guide sleeve (11) inserted into the nozzle body (3). According to the invention, the nozzle needle (1) to reduce leakage via the guide gap (6), at least in the area of the guide section (5), is made of a material whose coefficient of thermal expansion λ is greater than that of the material from which the nozzle body (3) or the in The guide sleeve (11) inserted into the nozzle body (3) is manufactured so that the guide section (5) experiences a radial expansion that reduces the guide gap (6) during operation of the fuel injector due to the heating of the fuel.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with the features of the preamble of
Heutige Kraftstoffinjektoren weisen in der Regel einen Steuer- oder Kopplerraum als Funktionsraum zur Ansteuerung einer Düsennadel auf. Über einen solchen Funktionsraum wird die erforderliche Druckdifferenz zum Öffnen und Schließen der Düsennadel eingestellt. Über einen Führungsspalt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper wird der Funktionsraum jedoch regelmäßig mit einer Leckagemenge beaufschlagt, welche das Druckniveau in dem Funktionsraum in negativer Weise beeinflusst. Denn das Druckniveau bestimmt das Öffnungs- und Schließverhalten der Düsennadel und damit den Düsennadelhub bzw. die Einspritzmenge.Today's fuel injectors generally have a control or coupler space as a functional space for controlling a nozzle needle. About such a function space, the required pressure difference is set to open and close the nozzle needle. Over a guide gap between the nozzle needle and the nozzle body, however, the functional space is regularly applied with a leakage amount, which influences the pressure level in the functional space in a negative way. Because the pressure level determines the opening and closing behavior of the nozzle needle and thus the nozzle needle stroke and the injection quantity.
Darüber hinaus tritt eine Leckage über einen Führungsspalt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper auch bei Kraftstoffinjektoren ohne einen druckgesteuerten Funktionsraum auf. Die Leckagemenge wird dabei in der Regel einem drucklosen Rücklauf zugeführt. Da die rückgeführte Menge wieder auf Hochdruck gefördert werden muss, steigt zwangsläufig die Förderleistung einer vorgeschalteten Pumpe. Dadurch verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems.In addition, leakage occurs via a guide gap between the nozzle needle and the nozzle body even with fuel injectors without a pressure-controlled functional space. The amount of leakage is usually fed to a non-pressurized return. Since the recirculated amount must be promoted back to high pressure, inevitably increases the capacity of an upstream pump. As a result, the efficiency of the overall system deteriorates.
Stand der TechnikState of the art
Die Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Die vorgestellten aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte setzen jeweils einen Anstieg des Einspritzdrucks voraus. Ein Druckanstieg und eine damit einhergehende Spalthöhenvergrößerung ist jedoch nicht allein ausschlaggebend für eine Erhöhung der Leckagemenge. Neben der Spalthöhe des Führungsspalts bzw. Führungsdichtspalts, das heißt dem radialen Abstand der Düsennadel zum Düsenkörper, hängt die Leckagemenge von weiteren Faktoren ab. Einen weiteren Faktor stellt beispielsweise die Viskosität des Kraftstoffs dar, welche temperaturabhängig ist. Mit zunehmender Erwärmung nimmt die Viskosität des Kraftstoffs ab, wodurch die Leckagemenge steigt. Einer Erhöhung der Leckagemenge, die auf eine Verringerung der Viskosität des Kraftstoffs zurückzuführen ist, vermögen die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte nicht entgegenzuwirken.The concepts presented in the prior art each presuppose an increase in the injection pressure. However, an increase in pressure and an associated gap height increase are not the only decisive factors for an increase in the leakage quantity. In addition to the gap height of the guide gap or guide sealing gap, that is the radial distance of the nozzle needle to the nozzle body, the leakage amount depends on other factors. Another factor is, for example, the viscosity of the fuel, which is temperature-dependent. As the heating increases, the viscosity of the fuel decreases, increasing the amount of leakage. An increase in the amount of leakage due to a reduction in the viscosity of the fuel can not counteract the concepts known from the prior art.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor der eingangs genannten Art anzugeben, der einem temperaturbedingten Anstieg der Leckagemenge über einen Führungsspalt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper oder einer hierin eingesetzten Führungshülse entgegenzuwirken vermag.The invention is therefore based on the object of specifying a fuel injector of the type mentioned, which is able to counteract a temperature-induced increase in the amount of leakage via a guide gap between the nozzle needle and the nozzle body or a guide sleeve inserted therein.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a fuel injector with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben oder Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich geführt ist. An der Düsennadel ist dabei ein Führungsabschnitt ausgebildet, welcher einen Führungsspalt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper oder einer in den Düsenkörper eingesetzten Führungshülse radial begrenzt. Erfindungsgemäß ist die Düsennadel zur Verringerung einer Leckage über den Führungsspalt zumindest im Bereich des Führungsabschnitts aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient λ größer als der des Werkstoffes ist, aus welchem der Düsenkörper oder die in den Düsenkörper eingesetzte Führungshülse gefertigt ist, so dass der Führungsabschnitt im Betrieb des Kraftstoffinjektors aufgrund einer Erwärmung eine den Führungsspalt reduzierende radiale Aufweitung erfährt. Dabei kann die Düsennadel vollständig oder in wenigstens einem Bereich, zumindest jedoch im Bereich des Führungsabschnitts, aus einem Werkstoff mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Werkstoffs des Düsenkörpers oder der Führungshülse gefertigt sein. Um die Verwendung mehrerer Werkstoffe zu ermöglichen, kann die Düsennadel auch gebaut sein.The proposed fuel injector comprises a nozzle needle, which is guided in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing or closing at least one injection opening in a liftable manner. At the nozzle needle while a guide portion is formed, which limits a guide gap between the nozzle needle and the nozzle body or a guide sleeve inserted into the nozzle body radially. According to the invention, the nozzle needle to reduce leakage over the guide gap, at least in the region of the guide section made of a material whose thermal expansion coefficient λ is greater than that of the material from which the nozzle body or inserted into the nozzle body guide sleeve is made, so that the guide portion in Operation of the fuel injector due to heating undergoes a guide gap reducing radial expansion. It can the Nozzle needle completely or in at least one region, but at least in the region of the guide portion, be made of a material having a greater coefficient of thermal expansion than that of the material of the nozzle body or the guide sleeve. To allow the use of multiple materials, the nozzle needle can also be built.
Die temperaturbedingte radiale Aufweitung der Düsennadel, zumindest im Bereich des Führungsabschnitts, vermag eine ebenfalls temperaturbedingte Verringerung der Viskosität des Kraftstoffs sowie eine damit einhergehende Erhöhung der Leckagemenge zu kompensieren. Denn aufgrund der unterschiedichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der den Führungsspalt begrenzenden Bauteile, nimmt mit steigender Temperatur nicht nur die Viskosität des. Kraftstoffs, sondern auch die Spalthöhe des Führungsspalts ab. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Düsennadel, zumindest im Bereich des Führungsabschnitts, bei einem Temperaturanstieg stärker als der Düsenkörper ausdehnt. Die Reduzierung der Spalthöhe des Führungsspalts hat wiederum zur Folge, dass es trotz der verringerten Viskosität des Kraftstoffs nicht zu einer Erhöhung der Leckagemenge kommt.The temperature-induced radial expansion of the nozzle needle, at least in the region of the guide section, can also compensate for a temperature-related reduction in the viscosity of the fuel and a concomitant increase in the amount of leakage. Because of the different coefficients of thermal expansion of the guide gap limiting components decreases with increasing temperature not only the viscosity of. Fuel, but also the gap height of the guide gap. This is due to the fact that the nozzle needle, at least in the region of the guide section, expands at a temperature increase more than the nozzle body. The reduction of the gap height of the guide gap in turn means that there is no increase in the amount of leakage despite the reduced viscosity of the fuel.
Dadurch, dass sowohl die Änderung der Viskosität des Kraftstoffs als auch die Änderung des Düsennadeldurchmessers temperaturabhängig sind, ist das System weitgehend selbstregelnd. Das heißt, dass mit steigender Temperatur und der hiermit einhergehenden Verringerung der Viskosität des Kraftstoffs zugleich die Wirkung der kompensierenden Maßnahme steigt.The fact that both the change in the viscosity of the fuel and the change in the nozzle needle diameter are temperature-dependent, the system is largely self-regulating. This means that with increasing temperature and the concomitant reduction in the viscosity of the fuel at the same time the effect of the compensatory measure increases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Führungsabschnitt an einem separaten Bauteil ausgebildet, das mit der Düsennadel fest verbunden ist. Die hieraus resultierende gebaute Ausführung der Düsennadel ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe. Vorzugsweise wird lediglich für das separate Bauteil, das den Führungsabschnitt ausbildet, ein anderer Werkstoff gewählt. Dieser Werkstoff besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizient λ der größer als der des Werkstoffs des Düsenkörpers oder einer hierin eingesetzten Führungshülse ist. Durch die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe wird ferner eine Trennung der Funktionen Führen und Dichten ermöglicht. Das zur Ausbildung des Führungsabschnitts vorgesehene separate Bauteil übernimmt vorteilhafterweise die Funktion des Dichtens, da der Werkstoff des separaten Bauteils derart gewählt ist, dass sich das Bauteil bei einem Temperaturanstieg ausdehnt und eine Spalthöhenverkleinerung bewirkt. Dies führt zu einer verbesserten Dichtwirkung. Die Funktion des Führens wird von einem Düsennadelabschnitt übernommen, der demgegenüber aus einem Werkstoff mit weitgehend unveränderten Werkstoffeigenschaften besteht. Dadurch ist zugleich sichergestellt, dass die übrigen. Funktionen der Düsennadel nicht beeinträchtigt werden. Beispielsweise bleibt somit ein optimaler Dichtsitz der Düsennadel im Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung erhalten.According to a preferred embodiment of the invention, the guide section is formed on a separate component, which is firmly connected to the nozzle needle. The resulting built execution of the nozzle needle allows the use of different materials. Preferably, another material is selected only for the separate component which forms the guide section. This material has a thermal expansion coefficient λ which is greater than that of the material of the nozzle body or a guide sleeve inserted therein. The use of different materials also allows separation of the guiding and sealing functions. The provided for forming the guide portion separate component advantageously takes over the function of sealing, since the material of the separate component is selected such that the component expands at a temperature rise and causes a gap height reduction. This leads to an improved sealing effect. The function of guiding is taken over by a nozzle needle section, which in contrast consists of a material with largely unchanged material properties. This ensures at the same time that the rest. Functions of the nozzle needle will not be affected. For example, an optimum sealing seat of the nozzle needle thus remains in the region of the at least one injection opening.
Weiterhin bevorzugt ist das separate Bauteil an die Düsennadel axial angesetzt. Somit ist das separate Bauteil ferner zur Hubeinstellung der Düsennadel einsetzbar. Ein zusätzliches Bauteil für die Hubeinstellung der Düsennadel ist dementsprechend entbehrlich, da diese Funktion von dem mit der Düsennadel verbundenen Bauteil übernommen werden kann. Vorzugsweise werden hierzu mehrere Auswahlreihen vorgehalten, die in Abhängigkeit vom jeweils geforderten Düsennadelhub wahlweise mit einer Düsennadel kombiniert werden können.Further preferably, the separate component is attached to the nozzle needle axially. Thus, the separate component can also be used for adjusting the stroke of the nozzle needle. An additional component for the stroke adjustment of the nozzle needle is accordingly unnecessary, since this function can be taken over by the component connected to the nozzle needle. Preferably, a plurality of selection rows are provided for this purpose, which can optionally be combined with a nozzle needle as a function of the respectively required nozzle needle stroke.
Vorteilhafterweise ist das separate Bauteil zylinderförmig ausgebildet oder umfasst einen zylinderförmigen Abschnitt, welcher an die Düsennadel axial ansetzbar ist. Dadurch ist eine Hubeinstellung der Düsennadel über das separate Bauteil realisierbar. Zudem weist das separate Bauteil eine einfache Geometrie auf, so dass es kostengünstig herstellbar ist.Advantageously, the separate component is cylindrical or comprises a cylindrical portion which is axially attachable to the nozzle needle. As a result, a stroke adjustment of the nozzle needle via the separate component can be realized. In addition, the separate component has a simple geometry, so that it can be produced inexpensively.
Eine Leckage über den Führungsspalt zwischen dem Führungsabschnitt der Düsennadel und dem Düsenkörper oder einer in den Düsenkörper eingesetzten Führungshülse setzt diesseits und jenseits des Führungsspalts unterschiedliche Druckverhältnisse voraus. Diese Bedingung wird von unterschiedlichen Injektorkonzepten erfüllt.A leakage over the guide gap between the guide portion of the nozzle needle and the nozzle body or a guide sleeve inserted into the nozzle body requires different pressure conditions on both sides of the guide gap. This condition is met by different injector concepts.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dichtet der Führungsabschnitt der Düsennadel die Hochdruckbohrung gegenüber einem Funktionsraum ab. Bei dem Funktionsraum kann es sich beispielsweise um einen Steuerraum oder einen Kopplerraum zur Ansteuerung der Düsennadel handeln. Über diese Funktionsräume wird die notwendige Druckdifferenz zum Öffnen und Schließen der Düsennadel eingestellt.According to a first preferred embodiment of the invention, the guide section of the nozzle needle seals the high-pressure bore with respect to a functional space. The functional space may be, for example, a control room or a coupler space for controlling the nozzle needle. About these functional spaces, the necessary pressure difference to open and close the nozzle needle is set.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dichtet der Führungsabschnitt der Düsennadel die Hochdruckbohrung gegenüber einem Niederdruckbereich, vorzugsweise einem Rücklauf, ab. Dieses Injektorkonzept weist somit keinen druckgesteuerten Funktionsraum auf.According to an alternative preferred embodiment of the invention, the guide section of the nozzle needle seals the high-pressure bore with respect to a low-pressure region, preferably a return line. This injector concept thus has no pressure-controlled functional space.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Den
Bei dem in den
Bei dem in den
Die vorstehend beschriebenen Injektorkonzepte der
Der Zusammenhang zwischen der Temperatur T, der Leckagemenge Q und der Führungsspalthöhe H ist schematisch in dem Diagramm der
Die Ausbildung des Bauteils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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