EP3445967A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

Kraftstoffinjektor

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Publication number
EP3445967A1
EP3445967A1 EP17714205.6A EP17714205A EP3445967A1 EP 3445967 A1 EP3445967 A1 EP 3445967A1 EP 17714205 A EP17714205 A EP 17714205A EP 3445967 A1 EP3445967 A1 EP 3445967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
nozzle
fuel injector
nozzle body
fuel
Prior art date
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Granted
Application number
EP17714205.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3445967B1 (de
Inventor
Martin Bernhaupt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3445967A1 publication Critical patent/EP3445967A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3445967B1 publication Critical patent/EP3445967B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/043—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with cooling means other than air cooling
    • 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
    • F02M2700/00—Supplying, feeding or preparing air, fuel, fuel air mixtures or auxiliary fluids for a combustion engine; Use of exhaust gas; Compressors for piston engines
    • F02M2700/07—Nozzles and injectors with controllable fuel supply
    • F02M2700/077—Injectors having cooling or heating means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel injector has cooling channels.
  • a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 is known from
  • EP1781931 B1 known.
  • the known fuel injector comprises a
  • Holding body a valve body with throttle plate and a nozzle body.
  • the holding body and the nozzle body are clamped together by a nozzle lock nut.
  • a pressure chamber is formed, which is supplied via an inlet bore with pressurized fuel.
  • An at least one injection opening releasing or closing longitudinally movable nozzle needle is arranged to be longitudinally movable in the pressure chamber.
  • cooling channels are used to cool the nozzle body and nozzle needle, especially in the combustion chamber facing areas.
  • the formation of the cooling channels in the nozzle body requires a structural change of the components of the fuel injector. While retaining the
  • Throttle plate can be used unchanged or only slightly modified. This identical part concept greatly reduces development and production costs.
  • Combustion chamber of an internal combustion engine a holding body and a nozzle body.
  • the holding body and the nozzle body are clamped together by a nozzle retaining nut, optionally with the interposition of other components.
  • a pressure chamber is formed, which is supplied via an inlet bore with pressurized fuel.
  • An at least one injection opening releasing or closing nozzle needle is in the
  • a cooling cap is arranged radially surrounding the nozzle body. Between the nozzle body and the cooling cap, a cooling medium through which a cooling medium can flow is formed. In the radial direction between the holding body and the nozzle body on the one hand and the
  • a guide sleeve is arranged. Between the guide sleeve and the nozzle retaining nut a inflow channel for supplying the cooling medium is formed, wherein the inflow passage is hydraulically connected to the cooling space.
  • the cooling cap surrounds the nozzle body in the radial direction at least at its end facing the combustion chamber.
  • the cooling of the nozzle body via the cooling chamber takes place very close to the combustion chamber, ie very efficiently close to the region of the greatest heat input. Due to the formation of the inflow channel between the cooling cap and the nozzle body is the
  • Existing fuel injectors can thus by retrofitting Guide sleeve and cooling cap to be retrofitted to an active cooling.
  • the inflow channel can preferably be designed annular over the entire circumference of the guide sleeve. This has a high
  • the refrigerator is designed annular.
  • the cooling of the nozzle body takes place over its entire circumference at its end facing the combustion chamber. This cooling is particularly effective because the combustion chamber side is the hottest area of the nozzle body. Because such a relatively large amount of heat is dissipated from the tip of the nozzle body, thereby also indirectly the tip of the nozzle needle is effectively cooled.
  • the cooling space is hydraulically connected to the inflow passage via a cooling channel formed in the nozzle body.
  • the cooling cap can be made very small, especially in the radial direction.
  • a feed groove is formed radially between the nozzle body and the cooling cap.
  • the feed groove lies in the flow direction of the cooling medium between the inflow channel and the cooling space.
  • the feed groove can advantageously be designed as an internal geometry of the cooling cap, for example in the form of a flattening. As a result, at the tip of the nozzle body no structural weakening by cooling channels more.
  • a cooling inlet is formed in the inflow passage in the holding body.
  • the supply of the cooling space with the cooling medium via the cooling inlet and inflow channel can take place predominantly in the axial direction of the fuel injector.
  • the space requirement in the radial direction is minimized.
  • the connection to the cooling inlet can also take place in the axial direction.
  • Nozzle clamping nut formed.
  • the cooling inlet is in radial Direction trained. This can be advantageous in the radial direction corresponding to existing space to the axial dimensions of the
  • a discharge channel for discharging the cooling medium is formed in the nozzle body.
  • the discharge channel is hydraulically connected to the cooling space.
  • the cooling medium can be performed in a particularly controlled. If required, these two cooling channels can also be used as throttles.
  • the outflow channel opens into a collection chamber bounded by the guide sleeve.
  • the guide sleeve is used functionally not only for the formation of feeding cooling channels, but also for the formation of laxative cooling channels.
  • the collecting space is hydraulically connected to a cooling outlet formed in the holding body.
  • Cooling process can also take place in the axial direction.
  • the fuel injector has a control valve, wherein the control valve controls the longitudinal movement of the nozzle needle.
  • the control valve needs a Abberichtmenge of fuel for tax operations.
  • the Abberichtmenge is dissipated via the cooling process.
  • the cooling medium is fuel, so that Abberichtmenge and cooling amount can be easily mixed.
  • FIG. 2 schematically shows a fuel injector according to the invention, wherein only the essential areas are shown,
  • Fig. 3 shows schematically a fuel injector according to the invention in one
  • Fig. 4 shows schematically a fuel injector according to the invention in yet a further embodiment, wherein only the essential areas are shown.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a fuel injector 100 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, as is known from the prior art.
  • the known fuel injector 100 comprises a holding body 1, a
  • Valve body 3 a throttle plate 5 and a nozzle body 16. All these components are held together by a nozzle retaining nut 7.
  • the nozzle body 16 in this case contains a nozzle needle 6, which in an im
  • Nozzle body 16 formed pressure chamber 8 is arranged longitudinally displaceable. During an opening movement of the nozzle needle 6, fuel is injected via a plurality of injection openings 60 formed in the nozzle body 16 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a collar is visible, on which a compression spring 61 is supported.
  • the other end of the compression spring 61 is supported on a control sleeve 62, which in turn rests against the underside of the throttle plate 5.
  • the control sleeve 62 defines with the upper, the injection openings 60th opposite end face of the nozzle needle 6 and with the underside of the throttle plate 5 a control chamber 63.
  • the pressure prevailing in the control chamber 63 pressure is decisive for the control of the longitudinal movement of the nozzle needle 6.
  • An inlet bore 64 is formed in the fuel injector 100.
  • the fuel pressure on the one hand in the pressure chamber 8 is effective, where he exerts a force in the opening direction of the nozzle needle 6 via a pressure shoulder of the nozzle needle 6.
  • this fuel pressure acts via an inlet throttle 65 formed in the control sleeve 62 in the control chamber 63 and, supported by the force of the compression spring 61, holds the nozzle needle 6 in its
  • a magnet armature 71 and a valve needle 72 connected to the magnet armature 71 are lifted off by a valve seat 73 formed on the valve body 3.
  • the fuel from the control chamber 63 can flow in this way through an opening formed in the throttle plate 5 outlet throttle 75 via the valve seat 73 into a drain passage 76.
  • the lowering of the hydraulic force in this way on the upper end face of the nozzle needle 6 leads to an opening of the nozzle needle 6.
  • the fuel from the pressure chamber 8 thus passes through the injection openings 60 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • cooling passages 30 are in valve body 3, throttle plate 5 and nozzle body 16 of the known
  • Fuel injector 100 is formed. Thus, especially the tip of the nozzle needle 6 and the nozzle body 16 can be cooled.
  • the cooling channels 30 are partially in the inlet bore 64. This is however only owed to the sectional view, in the versions are the
  • Cooling channels 30 separated from the inlet bore 64.
  • the cooling passages 30 of the known fuel injector 100 require a complex conversion of the valve body 3 and throttle plate 5 with additionally very limited potential with respect to the hydraulic flow cross section of the cooling passages 30. According to the invention, therefore, the cooling passages 30
  • FIG. 2 schematically shows a fuel injector 100 according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • the fuel injector 100 is constructed similar to that of FIG. 1 and has the holding body 1, a control valve 2 and a throttle plate 5.
  • the control valve 2 may be electromagnetic, as shown in Fig.l, or another drive, for example
  • the control valve 2 is disposed in the valve body 3 and a valve plate 4.
  • the fuel injector 100 can also be designed so that the three components valve body 3, valve plate 4 and throttle plate 5 are two or even only one piece.
  • Nozzle needle movement ie inlet and outlet throttle formed.
  • Holding body 1, valve body 3, valve plate 4, throttle plate 5 and a nozzle 80 are connected by means of the nozzle retaining nut 7.
  • the nozzle 80 comprises the nozzle body 16 with the injection openings 60, not shown, and a cooling cap 20.
  • a guide sleeve 11 is arranged in the fuel injector 100 between the outer nozzle retaining nut 7 and the inner holding body 1, valve body 3, valve plate 4, throttle plate 5 and nozzle body 16.
  • a first O-ring 12 seals the guide sleeve 11 from the holding body 1
  • a second O-ring 13 seals the guide sleeve 11 from the nozzle body 16, so that flow channels for the cooling medium between the
  • the cooling medium which can also be fuel, is with a
  • the holding body 1 via a cooling inlet 38th fed.
  • the cooling medium enters a first annulus 10, which between the
  • Nozzle clamping nut 7 and the holding body 1 is formed.
  • the first annular space 10 is hydraulically with a between the nozzle retaining nut 7 and the
  • the inflow passage 14 extends substantially in the longitudinal direction of the fuel injector 100.
  • the inflow passage 14 can be both annular and in the form of
  • a second annular space 15 is formed, in which the inflow passage 14 opens.
  • Nozzle body 16 is a cooling channel 17 is formed, which may for example comprise a plurality of bores.
  • the cooling channel 17 connects the second annular space 15 hydraulically with a supply groove 18 formed between the nozzle body 16 and the cooling cap 20.
  • annular cooling space 19 is formed. At the tip of the nozzle 80, the greatest temperatures occur in the operation of the fuel injector 100, so that here on the refrigerator 19 effectively very close to the highest
  • Abrawnut 21 serves to return the cooling medium from the refrigerator 19th
  • a discharge channel 22 is formed in the nozzle body 16 and in the throttle plate 5.
  • the guide sleeve 11, the throttle plate 5, the valve plate 4 and the valve body 3 define a collecting space 24, which is hydraulically connected via the discharge channel 22 and the discharge groove 21 to the cooling space 19.
  • the cooling medium can be removed in various ways:
  • a cooling drain 26 is also a in this embodiment
  • Fuel injector 100 shows the Fig.3.
  • the cooling inlet 38 of the cooling medium to the cooling space 19 and further to the collecting space 24 takes place as in the embodiment of Fig.l.
  • Holding body 1 is an exemption 32 formed in the sealing surface to the valve body 3.
  • the cooling sequence 26 is in the embodiment of Figure 3 in the
  • Holding body 1 is formed and connected via the drainage channel 34 and the release 32 hydraulically connected to the collecting space 24.
  • other cooling media can be used as fuel, since there is no mixing with the control flow return 25 of the control valve 2.
  • the control flow return 25 of the control valve 2 can be used as fuel, since there is no mixing with the control flow return 25 of the control valve 2.
  • Cooling inlet 38 is then discharged again from the fuel injector 100.
  • a bore of the control flow return 25 can open into the collecting space 24. This is then sealed medium-tight by a plug 37 in order to avoid mixing of the cooling medium with fuel.
  • Fuel injector 100 Unlike in the embodiment of Figure 2, the cooling inlet 38 does not take place via an inlet bore 9 in the holding body 1, but via a formed in the nozzle retaining nut 7 inlet bore 9. Die
  • Inlet bore 9 is in this case arranged on the nozzle retaining nut 7 O- Rings 27, 28 sealed to the environment.
  • the inlet bore 9 opens directly into the inflow passage 14 and is further connected via the annular space 15, the cooling channel 17 and the Zukitnut 18 with the cooling space 19.
  • the discharge of the cooling medium can be carried out in this manner.
  • the cooling drain 26 would therefore also be formed in the nozzle retaining nut 7. In this embodiment, the inflow passage 14 but then could not over the entire circumference of
  • Guide sleeve be executed, but would be configured for example in the form of a longitudinal groove.
  • the guide sleeve 11 can be made very thin-walled.
  • a very large cross-section is shown with a small radial space requirement by the preferably annular cross-section of the inflow channel 14.
  • the guide sleeve 11 is due to its small footprint in corresponding embodiments of the fuel injector 100 also as
  • Retrofit kit for existing fuel injectors 100 without active cooling or with other active cooling is provided.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (100) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (1) einen Haltekörper (1) und einen Düsenkörper (16) umfasst.Der Haltekörper (2) und der Düsenkörper (16) sind durch eine Düsenspannmutter (7) miteinander verspannt. In dem Düsenkörper (16) ist ein Druckraum (8) ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung (64) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung (60) freigebende oder verschließende Düsennadel (6) ist in dem Druckraum (8) längsbeweglich angeordnet. Eine Kühlkappe (20) ist den Düsenkörper (16) radial umgebend angeordnet. Zwischen dem Düsenkörper (16) und der Kühlkappe (20) ist ein mit Kühlmedium durchströmbarer Kühlraum (19) ausgebildet. In radialer Richtung zwischen dem Haltekörper (1) und dem Düsenkörper (16) einerseits und der Düsenspannmutter (7) andererseits ist eine Führungshülse (11) angeordnet. Zwischen der Führungshülse (11) und der Düsenspannmutter (7) ist ein Anströmkanal (14) zur Zufuhr des Kühlmediums ausgebildet, wobei der Anströmkanal (14) mit dem Kühlraum (19) hydraulisch verbunden ist.

Description

Beschreibung Titel
Kraftstoffinjektor Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor Kühlkanäle aufweist.
Ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
EP1781931 Bl bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor umfasst einen
Haltekörper, einen Ventilkörper mit Drosselplatte und einen Düsenkörper. Der Haltekörper und der Düsenkörper sind durch eine Düsenspannmutter miteinander verspannt. In dem Düsenkörper ist ein Druckraum ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung freigebende oder verschließende längsbewegliche Düsennadel ist in dem Druckraum längsbeweglich angeordnet.
Weiterhin weist der bekannte Kraftstoffinjektor in dem Düsenkörper ausgebildete Kühlkanäle auf. Diese Kühlkanäle dienen der Kühlung von Düsenkörper und Düsennadel, speziell in den dem Brennraum zugewandten Bereichen.
Die Ausbildung der Kühlkanäle in dem Düsenkörper erfordert eine konstruktive Änderung der Bauteile des Kraftstoffinjektors. Bei Beibehaltung der
Grundabmessungen ist der hydraulische Durchflussquerschnitt durch die Kühlkanäle stark beschränkt, was nachteilig für die Kühlwirkung ist. Wenn größere Durchflussquerschnitte durch die Kühlkanäle erforderlich sind, bedeutet dies somit eine starke Änderung der Innenbauteile des Kraftstoffinjektors bei gleichzeitig deutlich größeren Abmessungen. Je nach Ausführung kann dies auch eine Anpassung des Designs der Brennkraftmaschine zur Folge haben.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor ein hoher Durchflussquerschnitt für das Kühlmedium realisiert, ohne dabei die radialen Abmessungen des Kraftstoffinjektors wesentlich erhöhen zu müssen. Außerdem können die Bauteile Haltekörper und optional auch Ventilkörper und
Drosselplatte unverändert bzw. nur leicht modifiziert verwendet werden. Durch dieses Gleichteilkonzept verringern sich die Entwicklungs- und Fertigungskosten sehr stark.
Dazu umfasst der Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den
Brennraum einer Brennkraftmaschine einen Haltekörper und einen Düsenkörper. Der Haltekörper und der Düsenkörper sind durch eine Düsenspannmutter miteinander verspannt, gegebenenfalls unter Zwischenlage weiterer Bauteile. In dem Düsenkörper ist ein Druckraum ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Eine zumindest eine Einspritzöffnung freigebende oder verschließende Düsennadel ist in dem
Druckraum längsbeweglich angeordnet. Eine Kühlkappe ist den Düsenkörper radial umgebend angeordnet. Zwischen dem Düsenkörper und der Kühlkappe ist ein mit Kühlmedium durchströmbarer Kühlraum ausgebildet. In radialer Richtung zwischen dem Haltekörper und dem Düsenkörper einerseits und der
Düsenspannmutter andererseits ist eine Führungshülse angeordnet. Zwischen der Führungshülse und der Düsenspannmutter ist ein Anströmkanal zur Zufuhr des Kühlmediums ausgebildet, wobei der Anströmkanal mit dem Kühlraum hydraulisch verbunden ist.
Vorzugsweise umgibt die Kühlkappe den Düsenkörper in radialer Richtung zumindest an seinem dem Brennraum zugewandten Ende. Dadurch erfolgt die Kühlung des Düsenkörpers über den Kühlraum sehr brennraumnah, also sehr effizient nahe im Bereich des größten Wärmeeintrags. Durch die Ausbildung des Anströmkanals zwischen der Kühlkappe und dem Düsenkörper wird die
Festigkeit des Düsenkörpers nicht durch den Anströmkanal verringert.
Bestehende Kraftstoffinjektoren können somit durch Nachrüsten von Führungshülse und Kühlkappe auf eine Aktivkühlung nachgerüstet werden. Der Anströmkanal kann dabei vorzugsweise ringförmig über den gesamten Umfang der Führungshülse ausgeführt werden. Dies hat einen hohen
Durchflussquerschnitt bei nur geringem zusätzlichem radialem Bauraum zur Folge. Die zusätzlichen erforderlichen Abmessungen sind somit sehr gering. Das weitere Design des Kraftstoffinjektors muss dabei nicht bzw. nicht wesentlich geändert werden.
In vorteilhaften Ausführungen ist der Kühlraum ringförmig gestaltet. Dadurch erfolgt die Kühlung des Düsenkörpers über seinen gesamten Umfang an seinem dem Brennraum zugewandten Ende. Diese Kühlung ist besonders effektiv, da brennraumseitig der heißeste Bereich des Düsenkörpers ist. Weil so eine verhältnismäßig große Wärmemenge von der Spitze des Düsenkörpers abgeführt wird, wird dadurch auch mittelbar die Spitze der Düsennadel wirkungsvoll gekühlt.
In vorteilhaften Ausführungen ist der Kühlraum über einen in dem Düsenkörper ausgebildeten Kühlkanal hydraulisch mit dem Anströmkanal verbunden. Dadurch kann die Kühlkappe besonders in radialer Richtung sehr klein ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist radial zwischen dem Düsenkörper und der Kühlkappe eine Zuführnut ausgebildet. Die Zuführnut liegt in Flussrichtung des Kühlmediums zwischen dem Anströmkanal und dem Kühlraum. Die Zuführnut kann dabei vorteilhafterweise als Innengeometrie der Kühlkappe ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Abflachung. Dadurch erfolgt an der Spitze des Düsenkörpers keine Strukturschwächung durch Kühlkanäle mehr.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist ein Kühlzulauf in den Anströmkanal in dem Haltekörper ausgebildet. Dadurch kann die Versorgung des Kühlraums mit Kühlmedium über Kühlzulauf und Anströmkanal vorwiegend in axialer Richtung des Kraftstoffinjektors erfolgen. Der Bauraumbedarf in radialer Richtung ist minimiert. Der Anschluss an den Kühlzulauf kann dabei ebenfalls in axialer Richtung erfolgen. In einer alternativen Ausführung ist ein Kühlzulauf in den Anströmkanal in der
Düsenspannmutter ausgebildet. Vorzugsweise ist der Kühlzulauf dabei in radialer Richtung ausgebildet. Dies kann bei in radialer Richtung entsprechend vorhandenem Bauraum vorteilhaft sein, um die axialen Abmaße des
Kraftstoffinjektors nicht zu erhöhen.
In vorteilhaften Ausführungen ist in dem Düsenkörper ein Abströmkanal zum Abführen des Kühlmediums ausgebildet. Der Abströmkanal ist hydraulisch mit dem Kühlraum verbunden. Dadurch kann die Kühlkappe besonders in radialer Richtung sehr klein ausgeführt werden.
Durch den Anströmkanal und den Abströmkanal kann das Kühlmedium besonders kontrolliert geführt werden. Diese beiden Kühlkanäle können erforderlichenfalls auch als Drossel verwendet werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen mündet der Abströmkanal in einen von der Führungshülse begrenzten Sammelraum. Dadurch wird die Führungshülse funktional nicht nur zur Ausbildung von zuführenden Kühlkanälen verwendet, sondern auch zur Ausbildung von abführenden Kühlkanälen.
In vorteilhaften Ausführungen ist der Sammelraum hydraulisch mit einem in dem Haltekörper ausgebildeten Kühlablauf verbunden. Dadurch kann die Abführung des Kühlmediums aus dem Kühlraum über Abströmkanal und Kühlablauf vorwiegend in axialer Richtung des Kraftstoffinjektors erfolgen. Der
Bauraumbedarf in radialer Richtung ist minimiert. Der Anschluss an den
Kühlablauf kann dabei ebenfalls in axialer Richtung erfolgen.
In vorteilhaften Weiterbildungen weist der Kraftstoffinjektor ein Steuerventil auf, wobei das Steuerventil die Längsbewegung der Düsennadel steuert. Das Steuerventil benötigt für Steuervorgänge eine Absteuermenge an Kraftstoff. Die Absteuermenge ist dabei über den Kühlablauf abführbar. Vorzugsweise ist das Kühlmedium dabei Kraftstoff, so dass Absteuermenge und Kühlmenge problemlos gemischt werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematisch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
Fig. 3 schematisch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in einem
weiteren Ausführungsbeispiel, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
Fig. 4 schematisch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig.l ist ein Kraftstoffinjektor 100 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine im Längsschnitt dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Der bekannte Kraftstoffinjektor 100 umfasst einen Haltekörper 1, einen
Ventilkörper 3, eine Drosselplatte 5 und einen Düsenkörper 16. Alle diese Bauteile werden durch eine Düsenspannmutter 7 zusammengehalten. Der Düsenkörper 16 enthält hierbei eine Düsennadel 6, welche in einem im
Düsenkörper 16 ausgebildeten Druckraum 8 längsverschiebbar angeordnet ist. Bei einer Öffnungsbewegung der Düsennadel 6 wird Kraftstoff über mehrere im Düsenkörper 16 ausgebildete Einspritzöffnungen 60 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
An der Düsennadel 6 ist ein Bund ersichtlich, an welchem eine Druckfeder 61 abgestützt ist. Das andere Ende der Druckfeder 61 ist an einer Steuerhülse 62 abgestützt, welche selbst wiederum an der Unterseite der Drosselplatte 5 anliegt. Die Steuerhülse 62 definiert mit der oberen, den Einspritzöffnungen 60 gegenüberliegenden Stirnfläche der Düsennadel 6 und mit der Unterseite der Drosselplatte 5 einen Steuerraum 63. Der im Steuerraum 63 herrschende Druck ist für die Steuerung der Längsbewegung der Düsennadel 6 maßgeblich. Im Kraftstoffinjektor 100 ist eine Zulaufbohrung 64 ausgebildet. Über die
Zulaufbohrung 64 wird der Kraftstoffdruck einerseits im Druckraum 8 wirksam, wo er über eine Druckschulter der Düsennadel 6 eine Kraft in Öffnungsrichtung der Düsennadel 6 ausübt. Andererseits wirkt dieser Kraftstoffdruck über eine in der Steuerhülse 62 ausgebildete Zulaufdrossel 65 im Steuerraum 63 und hält, unterstützt von der Kraft der Druckfeder 61, die Düsennadel 6 in ihrer
Schließstellung.
Wenn in der Folge ein Elektromagnet 70 angesteuert wird, wird ein Magnetanker 71 sowie eine mit dem Magnetanker 71 verbundene Ventilnadel 72 von einem an dem Ventilkörper 3 ausgebildeten Ventilsitz 73 abgehoben. Der Kraftstoff aus dem Steuerraum 63 kann auf diese Weise durch eine in der Drosselplatte 5 ausgebildete Ablaufdrossel 75 über den Ventilsitz 73 in einen Ablaufkanal 76 abströmen. Das auf diese Weise bewirkte Absinken der hydraulischen Kraft auf die obere Stirnfläche der Düsennadel 6 führt zu einem Öffnen der Düsennadel 6. Der Kraftstoff aus dem Druckraum 8 gelangt so durch die Einspritzöffnungen 60 in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
Sobald der Elektromagnet 70 abgeschaltet wird, wird der Magnetanker 71 durch die Kraft einer weiteren Druckfeder 74 in Richtung des Ventilsitzes 73 gedrückt, so dass die Ventilnadel 72 an den Ventilsitz 73 gepresst wird. Auf diese Weise wird der Ablaufweg des Kraftstoffs über die Ablaufdrossel 75 und den Ventilsitz 73 gesperrt. Über die Zulaufdrossel 65 wird im Steuerraum 63 wieder
Kraftstoff druck aufgebaut, wodurch die hydraulische Schließkraft erhöht wird. Dadurch wird die Düsennadel 6 in Richtung der Einspritzöffnungen 60
verschoben und verschließt diese. Der Einspritzvorgang ist dann beendet.
Um die Bauteile im Bereich des Brennraums zu kühlen, sind Kühlkanäle 30 in Ventilkörper 3, Drosselplatte 5 und Düsenkörper 16 des bekannten
Kraftstoffinjektors 100 ausgebildet. So können speziell die Spitze der Düsennadel 6 und der Düsenkörper 16 gekühlt werden. In der Schnittdarstellung der Fig.l liegen die Kühlkanäle 30 teilweise in der Zulaufbohrung 64. Dies ist jedoch lediglich der Schnittdarstellung geschuldet, in den Ausführungen sind die
Kühlkanäle 30 von der Zulaufbohrung 64 getrennt.
Die Kühlkanäle 30 des bekannten Kraftstoffinjektors 100 erfordern eine aufwändige Umgestaltung von Ventilkörper 3 und Drosselplatte 5 bei zusätzlich sehr beschränktem Potenzial bzgl. des hydraulischen Durchflussquerschnitts der Kühlkanäle 30. Erfindungsgemäß werden daher die Kühlkanäle 30
weitestgehend außerhalb des Düsenkörpers 16, des Ventilkörpers 3 und der Drosselplatte 5 ausgebildet.
Fig.2 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor 100, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Der Kraftstoffinjektor 100 ist ähnlich dem der Fig.l aufgebaut und weist den Haltekörper 1, ein Steuerventil 2 und eine Drosselplatte 5 auf. Das Steuerventil 2 kann elektromagnetisch sein, wie in Fig.l dargestellt, oder ein anderweitiger Antrieb, beispielsweise
piezoelektrisch. Das Steuerventil 2 ist in dem Ventilkörper 3 und einer Ventilplatte 4 angeordnet.
Der Kraftstoffinjektor 100 kann auch so ausgeführt sein, dass die drei Bauteile Ventilkörper 3, Ventilplatte 4 und Drosselplatte 5 zwei- oder sogar nur einstückig ausgeführt sind. In der Drosselplatte 5 sind die Steuerdrosseln für die
Düsennadelbewegung, also Zulauf- und Ablaufdrossel ausgebildet. Haltekörper 1, Ventilkörper 3, Ventilplatte 4, Drosselplatte 5 und eine Düse 80 sind mittels der Düsenspannmutter 7 verbunden. Die Düse 80 umfasst den Düsenkörper 16 mit den nicht dargestellten Einspritzöffnungen 60 und eine Kühlkappe 20.
Erfindungsgemäß ist in dem Kraftstoffinjektor 100 eine Führungshülse 11 zwischen der außenliegenden Düsenspannmutter 7 und den innenliegenden Haltekörper 1, Ventilkörper 3, Ventilplatte 4, Drosselplatte 5 und Düsenkörper 16 angeordnet. Ein erster O-Ring 12 dichtet die Führungshülse 11 zum Haltekörper 1 ab, und ein zweiter O-Ring 13 dichtet die Führungshülse 11 zum Düsenkörper 16 ab, so dass Strömungskanäle für das Kühlmedium zwischen der
Führungshülse 11 und der Düsenspannmutter 7 ausgebildet sind. Das Kühlmedium, welches auch Kraftstoff sein kann, wird mit einem
ausreichenden Vorlaufdruck dem Haltekörper 1 über einen Kühlzulauf 38 zugeführt. Über eine im Haltekörper 1 ausgebildete Zulaufbohrung 9 gelangt das Kühlmedium in einen ersten Ringraum 10, welcher zwischen der
Düsenspannmutter 7 und dem Haltekörper 1 ausgebildet ist. Der erste Ringraum 10 ist hydraulisch mit einem zwischen der Düsenspannmutter 7 und der
Führungshülse 11 ausgebildeten Anströmkanal 14 verbunden. Der Anströmkanal 14 verläuft dabei im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors 100. Der Anströmkanal 14 kann dabei sowohl ringförmig als auch in Form von
Führungsnuten ausgebildet sein.
Zwischen dem Düsenkörper 16 und der Düsenspannmutter 7 ist ein zweiter Ringraum 15 ausgebildet, in welchen der Anströmkanal 14 mündet. Im
Düsenkörper 16 ist ein Kühlkanal 17 ausgebildet, welcher beispielsweise mehrere Bohrungen umfassen kann. Der Kühlkanal 17 verbindet den zweiten Ringraum 15 hydraulisch mit einer zwischen dem Düsenkörper 16 und der Kühlkappe 20 ausgebildeten Zuführnut 18.
An der Spitze der Düse 80, also im den Einspritzöffnungen benachbarten Bereich, ist zwischen dem Düsenkörper 16 und der Kühlkappe 20 ein
vorzugsweise ringförmiger Kühlraum 19 ausgebildet. An der Spitze der Düse 80 treten die größten Temperaturen im Betrieb des Kraftstoffinjektors 100 auf, so dass hier über den Kühlraum 19 effektiv sehr nahe des höchsten
Temperatureintrags gekühlt wird.
Eine zwischen dem Düsenkörper 16 und der Kühlkappe 20 ausgebildete
Abführnut 21 dient der Rückführung des Kühlmediums vom Kühlraum 19.
Weiterhin ist in dem Düsenkörper 16 und in der Drosselplatte 5 ein Abströmkanal 22 ausgebildet. Die Führungshülse 11, die Drosselplatte 5, die Ventilplatte 4 und der Ventilkörper 3 begrenzen einen Sammelraum 24, welcher hydraulisch über den Abströmkanal 22 und die Abführnut 21 mit dem Kühlraum 19 verbunden ist.
Aus den Sammelraum 24 kann das Kühlmedium auf verschiedene Weise abgeführt werden:
Bei Verwendung von Kraftstoff als Kühlmedium kann die Kühlmenge von dem Sammelraum 24 über einen vorhandenen Steuermengenrücklauf 25 des
Steuerventils 2 des Kraftstoffinjektors 100 wieder aus dem Kraftstoffinjektor 100 abgeführt werden. Ein Kühlablauf 26 ist in dieser Ausführung auch ein
Steuermengenablauf bzw. ein Leckageablauf.
Falls andere Medien als Kühlmedium verwendet werden - beispielsweise Motoröl oder Kühlwasser - muss der Rücklauf des Kühlmediums getrennt vom
Rücklauf des Kraftstoffs geführt werden. Eine derartige Ausführung des
Kraftstoffinjektors 100 zeigt die Fig.3.
Der Kühlzulauf 38 des Kühlmediums zum Kühlraum 19 und weiter bis zum Sammelraum 24 erfolgt wie bei der Ausführungsform der Fig.l. Von dem
Sammelraum 24 erfolgt der weitere Rückfluss des Kühlmediums nicht über den Steuermengenrücklauf 25 des Steuerventils 2, sondern über einen ringförmigen Abflusskanal 34, welcher zwischen dem Außendurchmesser des Ventilkörpers 3 und dem Innendurchmesser der Führungshülse 11 ausgebildet ist. Im
Haltekörper 1 ist eine Freistellung 32 in der Dichtfläche zum Ventilkörper 3 ausgebildet. Der Kühlablauf 26 ist in der Ausführung der Fig.3 in dem
Haltekörper 1 ausgebildet und über den Abflusskanal 34 und die Freistellung 32 hydraulisch mit dem Sammelraum 24 verbunden. In der Ausführung der Fig.3 können auch andere Kühlmedien als Kraftstoff verwendet werden, da es keine Vermischung mit dem Steuermengenrücklauf 25 des Steuerventils 2 gibt. Weiterhin kann bei dieser Variante auch die
Durchflussrichtung des Kühlmediums gewechselt werden, so dass Kühlmedium über den Kühlablauf 26 zu dem Kühlraum 19 geführt wird und über den
Kühlzulauf 38 anschließend wieder aus dem Kraftstoffinjektor 100 abgeführt wird.
Je nach Ausführung des Steuermengenrücklaufs 25 kann eine Bohrung des Steuermengenrücklaufs 25 in den Sammelraum 24 münden. Diese wird dann durch einen Stopfen 37 mediendicht verschlossen, um eine Vermengung des Kühlmediums mit Kraftstoff zu vermeiden.
Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kraftstoffinjektors 100. Anders als in der Ausführung der Fig.2 erfolgt der Kühlzulauf 38 nicht über eine Zulaufbohrung 9 im Haltekörper 1, sondern über eine in der Düsenspannmutter 7 ausgebildete Zulaufbohrung 9. Die
Zulaufbohrung 9 ist dabei über an der Düsenspannmutter 7 angeordnete O- Ringe 27, 28 zur Umgebung abgedichtet. Die Zulaufbohrung 9 mündet direkt in den Anströmkanal 14 und ist weiter über den Ringraum 15, den Kühlkanal 17 und die Zuführnut 18 mit dem Kühlraum 19 verbunden.
In Weiterführungen der Erfindung kann auch die Abführung des Kühlmediums in dieser Art und Weise erfolgen. Der Kühlablauf 26 wäre demzufolge dann ebenfalls in der Düsenspannmutter 7 ausgebildet. In dieser Ausführung könnte der Anströmkanal 14 dann jedoch nicht über den gesamten Umfang der
Führungshülse ausgeführt sein, sondern wäre beispielsweise in Form einer Längsnut ausgestaltet.
In allen Ausführungsformen kann die Führungshülse 11 sehr dünnwandig ausgeführt werden. Außerdem wird durch den vorzugsweise kreisringförmigen Querschnitt des Anströmkanals 14 ein sehr großer Querschnitt bei geringem radialen Platzbedarf dargestellt. Diese beiden Merkmale ermöglichen einen großen Durchsatz von Kühlmedium und daher hohe potentielle Kühlleistung bei sehr geringem Platzbedarf im Durchmesser des Kraftstoffinjektors 100.
Die Führungshülse 11 eignet sich aufgrund ihres geringen Platzbedarfs bei entsprechenden Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors 100 auch als
Nachrüstsatz für bestehende Kraftstoffinjektoren 100 ohne Aktivkühlung bzw. mit anderweitiger Aktivkühlung.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffinjektor (100) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (100) einen
Haltekörper (1) und einen Düsenkörper (16) umfasst, wobei der Haltekörper (1) mittels einer Düsenspannmutter (7) mit dem Düsenkörper (16) verspannt ist, wobei in dem Düsenkörper (16) ein Druckraum (8) ausgebildet ist, der über eine Zulaufbohrung (64) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, wobei eine zumindest eine Einspritzöffnung (60) freigebende oder verschließende Düsennadel (6) in dem Druckraum (8) längsbeweglich angeordnet ist, wobei eine Kühlkappe (20) den Düsenkörper (16) zumindest teilweise umgebend angeordnet ist, wobei zwischen dem Düsenkörper (16) und der Kühlkappe (20) ein mit Kühlmedium durchströmbarer Kühlraum (19) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in radialer Richtung zwischen dem Haltekörper (1) und dem Düsenkörper (16) einerseits und der Düsenspannmutter (7) andererseits eine
Führungshülse (11) angeordnet ist, wobei zwischen der Führungshülse (11) und der Düsenspannmutter (7) ein Anströmkanal (14) zur Zufuhr des Kühlmediums ausgebildet ist, wobei der Anströmkanal (14) mit dem
Kühlraum (19) hydraulisch verbunden ist.
2. Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlraum (19) über einen in dem Düsenkörper (16) ausgebildeten Kühlkanal (17) hydraulisch mit dem Anströmkanal (14) verbunden ist.
3. Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kühlzulauf (9, 38) in den Anströmkanal (14) in dem Haltekörper (1) ausgebildet ist. Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kühlzulauf (9, 38) in den Anströmkanal (14) in der
Düsenspannmutter (7) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Düsenkörper (16) ein Abströmkanal (22) zum Abführen des Kühlmediums ausgebildet ist, wobei der Abströmkanal (22) hydraulisch mit dem Kühlraum (19) verbunden ist.
Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abströmkanal (22) in einen von der Führungshülse (11) begrenzten Sammelraum (24) mündet.
Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sammelraum (24) hydraulisch mit einem in dem Haltekörper (1) ausgebildeten Kühlablauf (26) verbunden ist.
Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftstoffinjektor (100) ein Steuerventil (2) aufweist, wobei das Steuerventil (2) die Längsbewegung der Düsennadel (6) steuert, wobei das Steuerventil (2) eine Absteuermenge an Kraftstoff benötigt, wobei die Absteuermenge über den Kühlablauf (26) abführbar ist.
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