DE10134868A1

DE10134868A1 - Fuel injector with closing pressure compensation

Info

Publication number: DE10134868A1
Application number: DE2001134868
Authority: DE
Inventors: Christoph Buehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-02-13
Also published as: WO2003008797A1; DE50212605D1; EP1412633B1; EP1412633A1; JP2005509107A; BR0205760A; JP4138650B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, der einen Injektorkörper (2) umfaßt. In diesem ist eine über eine Schließfeder (35) vorgespannte Düsennadel (3) aufgenommen, welche von einem Düsenraum (6) umgeben ist, der über einen Hochdruckzulauf (7) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. An der Düsennadel (3) ist im Bereich der Düsennadelspitze (13) ein Sitzdurchmesser (15) ausgebildet, mit dem Einspritzöffnungen (18) eines Düsenkörpers (11) freigebbar und verschließbar sind. An der Düsennadel (3) ist zwischen einem Führungs- und Dichtelement (4) und dem Düsenraum (6) eine hydraulische Fläche (23) ausgebildet, die dem Führungs- und Dichtelement (4) gegenüberliegt und deren Berührung von einer ersten Kontaktposition (27) in eine Flächenberührung (29) eines Kontaktbereiches (22, 24) des Führungs- und Dichtelementes (4) im Laufe des Betriebs des Kraftstoffinjektors (1) übergeht.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, which comprises an injector body (2). A nozzle needle (3), which is biased by a closing spring (35) and is surrounded by a nozzle chamber (6) which is pressurized with fuel under high pressure via a high pressure inlet (7), is accommodated in this. A seat diameter (15) is formed on the nozzle needle (3) in the region of the nozzle needle tip (13), with which the injection openings (18) of a nozzle body (11) can be opened and closed. A hydraulic surface (23) is formed on the nozzle needle (3) between a guide and sealing element (4) and the nozzle chamber (6), which is opposite the guide and sealing element (4) and whose contact is from a first contact position (27) into a surface contact (29) of a contact area (22, 24) of the guide and sealing element (4) during the operation of the fuel injector (1).

Description

Technical field

Bei luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen kommen vermehrt Kraftstoffeinspritzsysteme mit Hochdrucksammelraum (Common Rail) zum Einsatz. Je nach Zylinderanzahl der Verbrennungskraftmaschine wird eine entsprechende Anzahl von Kraftstoffinjektoren über den Hochdrucksammelraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Je nach Einsatzzweck können die Kraftstoffinjektoren mit Lochdüsen, wie zum Beispiel Sackloch- oder Sitzlochdüsen ausgestattet werden. Die Düsenauslegung ist mit entscheidend für das dosierte Einspritzen hinsichtlich Einspritzdauer und Einspritzmenge. Die Einspritzdüsen werden von der Spitze der Düsennadel im Betrieb des Kraftstoffinjektors zyklisch verschlossen bzw. freigegeben. With air-compressing internal combustion engines come more and more Fuel injection systems with a high-pressure manifold (common rail) are used. Depending on the number of cylinders the internal combustion engine is a corresponding number of fuel injectors supplied with fuel under high pressure via the high-pressure plenum. ever Depending on the application, the fuel injectors can be equipped with perforated nozzles, such as Blind hole or seat hole nozzles can be equipped. The nozzle design is included decisive for the metered injection with regard to injection duration and injection quantity. The Injectors are operated from the tip of the nozzle needle when the fuel injector is in operation cyclically closed or released.

Stand der TechnikState of the art

DE 196 19 523 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, dessen Ventilkörper in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine hineinragt. Der Ventilkörper ist mittels einer Spannmutter axial gegen einen Ventilkörper vorgespannt. Der Ventilkörper weist eine von der dem Ventilhaltekörper zugewandten Stirnfläche ausgehende Sackbohrung auf, die als Führungsbohrung ausgebildet ist, in der ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar geführt ist. Dabei weist die Führungsbohrung einen radial erweiterten Druckraum auf, der durch einen zwischen der Wand der Führungsbohrung und dem Ventilgliedschaft gebildeten Ringspalt mit einer konischen Ventilsitzfläche verbunden ist, die am nach innen kragenden geschlossenen Ende der Führungsbohrung gebildet ist. An diese Ventilsitzfläche schließen sich stromabwärts Einspritzöffnungen an, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Dabei wird das axial verschiebbare Ventilglied mittels einer Rückstellfeder unter Vorspannung mit einer am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes vorgesehenen Ventildichtfläche in Anlage zum Ventilsitz gehalten. Die Kraftstoffzuführung zum Einspritzventil erfolgt über einen in den Druckraum mündenden Zulaufkanal, der den Ventilhaltekörper durchdringt und weiter über eine Einspritzleitung ständig mit einem für sämtliche Einspritzventile der zu versorgenden Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdrucksammelraum (Common Rail) verbunden ist. Dabei weist das kolbenförmige Ventilglied zudem im Bereich des Druckraums eine Ringschulter auf, an der der im Druckraum ständig anstehende Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des Ventilglieds angreift. Das Ventilglied wird dabei über eine anliegende Druck- bzw. Kolbenstange hydraulisch in seine Schließlage geführt und blockiert, wozu die dem Ventilsitz abgewandte Stirnfläche der Druckstange einen hydraulischen Schließdruckraum begrenzt. DE 196 19 523 A1 discloses a fuel injection valve, the valve body of which in the Combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied protrudes. The valve body is biased axially against a valve body by means of a clamping nut. The valve body faces a blind bore extending from the end face facing the valve holding body, which is designed as a guide bore in which a piston-shaped valve member axially is slidably guided. The guide bore has a radially enlarged one Pressure chamber through a between the wall of the guide hole and the Valve member formed annular gap is connected to a conical valve seat, which after inside cantilevered closed end of the guide bore is formed. To this Valve seat surfaces adjoin downstream injection openings that lead into the combustion chamber of the Internal combustion engine open. The axially displaceable valve member is by means of a Return spring under tension with one at the combustion chamber end of the valve member provided valve sealing surface held in contact with the valve seat. The Fuel is supplied to the injection valve via an inlet channel that opens into the pressure chamber penetrates the valve holding body and continuously with an injection line common for all injection valves of the internal combustion engine to be supplied High pressure manifold (common rail) is connected. The piston-shaped has Valve member also in the area of the pressure chamber on an annular shoulder on which the Pressure chamber constantly high fuel pressure in the opening direction of the valve member attacks. The valve member is connected to a pressure or piston rod hydraulically guided into its closed position and blocked, for which purpose the valve seat facing away Front surface of the push rod limits a hydraulic closing pressure chamber.

Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß sich infolge des ständig am Einspritzventil anliegenden Kraftstoffhochdrucks die das Ventilglied führende Führungsbohrung radial aufweitet. Dies hat neben einer verringerten Hochdruckfestigkeit des Ventilkörpers auch eine verstärkte Leckage zwischen dem Druckraum und einem niederdruckseitigen Federraum zur Folge, was den Wirkungsgrad des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems erheblich beeinträchtigt. This solution has the disadvantage that due to the constant on the injector applied fuel high pressure the guide bore leading the valve member radially expands. In addition to a reduced high pressure resistance of the valve body, this also has a increased leakage between the pressure chamber and a low-pressure spring chamber result in what the efficiency of the entire fuel injection system significantly impaired.

DE 298 14 934 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Gemäß dieser Lösung lassen sich bei hohen Kraftstoffdrücken im Druckraum ein Bruch des Ventilkörpers und eine zunehmende Leckage dadurch sicher vermeiden, daß die Krafteinleitungsflächen zwischen der Spannmutter und dem Ventilkörper konisch ausgebildet sind, so daß beim Verspannen der Bauteile zueinander neben der axial gerichteten Einspannungskraftkomponente eine zusätzliche radiale Einspannkraftkomponente auf den Ventilkörper übertragen wird. Diese radial einwärts gerichtete Einspannkraft wirkt dabei dem Aufweiten der Führungsbohrung entgegen, so daß das enge Spiel zwischen der Wand der Führungsbohrung und dem Ventilglied erhalten bleibt und lediglich eine geringe Leckagemenge über den Engspalt abströmen kann. DE 298 14 934 relates to a fuel injection valve for internal combustion engines. According to this solution, a break can occur at high fuel pressures in the pressure chamber of the valve body and an increasing leakage by avoiding that the Force introduction surfaces between the clamping nut and the valve body are conical are so that when clamping the components to each other next to the axially directed Clamping force component an additional radial clamping force component on the Valve body is transferred. This radially inward clamping force acts against the expansion of the guide hole, so that the tight play between the wall the guide bore and the valve member is retained and only a small one Leakage can flow out through the narrow gap.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein sich an der Düsennadel einstellender, sich langsam durch die Alterung einer die Düsennadel beaufschlagenden Schließfeder ergebender Schließkraftabfall kompensiert werden. Die Federsteifigkeit der die Düsennadel beaufschlagenden Schließfeder nimmt über die Zeit ab, wodurch die aufgebrachte Federkraft abnimmt. Die Abnahme der Federkraft über die Betriebszeit des Injektors wird erfindungsgemäß durch die Beeinflussung der der Federkraft entgegenwirkenden hydraulischen Kraft kompensiert. Dazu ist an der Düsennadel unterhalb eines Auslaufbereiches des die Düsennadel führenden Führungs- und Dichtelementes eine hydraulische Fläche ausgebildet, die die Düsennadel im wesentlichen kegelstumpfförmig umgibt. Im neuen und ungebrauchten Zustand der Düsennadel stellt sich zwischen diesem Bereich und eines Kontaktbereiches, der beispielsweise als Anschrägung konfiguriert sein kann, des Führungs- und Dichtelementes der Düsennadel zunächst eine linienförmige Berührung ein, die im Laufe des Betriebes aufgrund des sich natürlicherweise einstellenden Verschleißes in eine Flächenberührung übergeht. Der Übergang von der linienförmigen Berührung der hydraulischen Fläche mit der Anschrägung des Führungs- und Dichtelementes in eine Flächenberührung des Führungs- und Dichtelementes ist abhängig von der Auslegung des Neigungswinkels der kegelstumpfförmigen, an der Düsennadel ausgebildeten hydraulischen Fläche und kann durch deren Auslegung an das Alterungsverhalten der Schließfeder, d. h. deren Schließkraftabfall angepasst werden. Bei Übergang der linienförmigen Berührung zu einer flächigen Berührung nimmt die hydraulisch wirksame Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnittes ab, so dass eine Abnahme der Federkraft der Schließfeder durch eine idealerweise parallel dazu verlaufende Abnahme der der Kraft der Schließfeder entgegenwirkenden hydraulischen Kraft durch den Übergang von Linienberührung in eine Flächenberührung mit sich einstellender Abnahme der hydraulischen wirksamen Fläche kompensiert werden kann. The solution proposed according to the invention can be used on the nozzle needle adjusting, slowly becoming due to the aging of a nozzle needle Closing spring resulting closing force drop can be compensated. The spring stiffness of the the closing spring acting on the nozzle needle decreases over time, as a result of which the applied spring force decreases. The decrease in spring force over the operating time of the According to the invention, the injector is influenced by the spring force counteracting hydraulic force compensated. For this is on the nozzle needle below one Outflow area of the guide and sealing element guiding the nozzle needle is a hydraulic one Surface formed, which surrounds the nozzle needle substantially frustoconical. in the new and unused condition of the nozzle needle is between this area and a contact area, which can be configured, for example, as a bevel, the The guide and sealing element of the nozzle needle first makes a linear contact, that in the course of operation due to the naturally occurring wear changes into a surface contact. The transition from the linear touch of the hydraulic surface with the bevel of the guide and sealing element in one Surface contact of the guide and sealing element depends on the design of the Inclination angle of the frustoconical, formed on the nozzle needle hydraulic surface and can be adapted to the aging behavior of the closing spring, d. H. whose drop in clamping force is adjusted. At the transition from the linear The hydraulically effective surface of the frustoconical section, so that a decrease in the spring force of the closing spring by an ideally parallel decrease in the force of the closing spring counteracting hydraulic force through the transition from line contact to a Surface contact with a decrease in the hydraulic effective area can be compensated.

Durch die Beeinflussung der der Federkraft der Schließfeder entgegengerichteten hydraulischen Gegenkraft kann auch nach längeren Betriebszeiten ein schnelles Schließen der Düsennadel und des Kraftstoffinjektors erreicht werden. By influencing the direction of the spring force of the closing spring Hydraulic counterforce can quickly close even after long periods of operation Nozzle needle and the fuel injector can be reached.

Ein schnelles Schließen der Einspritzdüse ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Vermeidung von Kraftstoffeinspritzmengen gegen Ende des Verbrennungsvorgangs im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Gegen Ende der Verbrennung kann ein "zu spät" eingespritztes Kraftstoffvolumen nicht in der Verbrennung umgesetzt werden, so daß eine Einspritzung zu diesem späten Zeitpunkt aufgrund verzögerten Nadelschließens eine unzulässig starke HC-Emission der Verbrennungskraftmaschine nach sich ziehen würde. Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet ein das Emissionsverhalten von Verbrennungskraftmaschinen höchst nachteilig beeinflussendes Einspritzen von Kraftstoff an späten Zeitpunkten des Verbrennungsvorgangs in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durch ein schnelles Schließen der Düsennadel am Düsensitz. A quick closing of the injection nozzle is particularly advantageous in terms of Avoiding fuel injection quantities towards the end of the combustion process in the Combustion chamber of the internal combustion engine. Towards the end of the combustion a "too late "injected fuel volume can not be implemented in the combustion, so that an injection at this late point due to delayed needle closure would result in inadmissibly strong HC emissions from the internal combustion engine. The solution according to the invention avoids the emission behavior of Combustion engines late adversely influencing fuel injection Times of the combustion process in the combustion chamber of the internal combustion engine by quickly closing the nozzle needle at the nozzle seat.

drawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of the drawing.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine Düsennadel im geöffneten Zustand, d. h. geschlossener Einspritzdüse, Fig. 1 is a nozzle needle in the open state, that is, a closed injection nozzle,

Fig. 1.1 die Ausbildung der hydraulischen Fläche im Bereich eines Freistiches am Umfang der Düsennadel, Fig. 1.1, the formation of the hydraulic area in the region of an undercut on the circumference of the nozzle needle,

Fig. 2 eine Düsennadel in geschlossener Position, d. h. bei geöffneter Einspritzdüse, Fig. 2 is a nozzle needle in the closed position, ie the open injection nozzle,

Fig. 2.1 die Anlage von konisch verlaufenden Flächen an Düsennadel und Haltekörper bei in obere Anschlagposition gefahrener Düsennadel und Fig. 2.1 the installation of conical surfaces on the nozzle needle and holding body with the nozzle needle moved in the upper stop position and

Fig. 2.2 die hydraulischen Flächen am Umfang der Düsennadel in vergrößertem Maßstab. Fig. 2.2 the hydraulic surfaces on the circumference of the nozzle needle on an enlarged scale.

variants

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Düsennadel zu entnehmen, die in der dargestellten Stellung Einspritzöffnungen an einem Düsenkörper verschließt. The illustration of FIG. 1 is shown in a nozzle needle which closes in the position shown, injection ports on a nozzle body.

Der Kraftstoffinjektor 1 umfaßt einen Injektorkörper 2, in welchem eine Düsennadel 3 bewegbar aufgenommen ist. Die Düsennadel 3 ist im Injektorkörper 2 in ihrem oberen Bereich in einem Führungs- und Dichtelement 4 geführt, welches als Hülse ausgestaltet sein kann. Mit Bezugszeichen 31 ist der Durchmesser der Düsennadel 3 in dem Bereich bezeichnet, in welchem die Düsennadel 3 vom Führungs- und Dichtelement 4 umschlossen ist. Unterhalb des Führungs- und Dichtelements 4 ist an der Düsennadel 3 ein Bereich reduzierten Durchmessers 20 ausgebildet. Die Düsennadel 3 ist an ihrer oberen Stirnseite durch ein Federelement 35 - die Schließfeder - vorgespannt. The fuel injector 1 comprises an injector body 2 , in which a nozzle needle 3 is movably received. The upper part of the nozzle needle 3 is guided in the injector body 2 in a guide and sealing element 4 , which can be designed as a sleeve. The reference numeral 31 designates the diameter of the nozzle needle 3 in the area in which the nozzle needle 3 is enclosed by the guide and sealing element 4 . An area of reduced diameter 20 is formed below the guide and sealing element 4 on the nozzle needle 3 . The nozzle needle 3 is biased at its upper end face by a spring element 35 - the closing spring.

Die Düsennadel 3 ist im Injektorkörper 2 von einem in diesem ausgebildeten Düsenraum 6 umschlossen. Der Düsenraum 6 steht über einen Hochdruckzulauf 7 mit einem hier nicht dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) in Verbindung. Über den Hochdrucksammelraum wird über den Hochdruckzulauf 7 unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Düsenraum 6 des Injektorkörpers 2 geleitet. In dem Bereich, in welchem die Düsennadel vom Düsenraum 6 umschlossen ist, ist an der Düsennadel eine Druckstufe 5 ausgebildet. Unterhalb der Druckstufe 5 umfaßt die Düsennadel 3 eine Führung 8, die zum Beispiel als eine Mehrflächenführung 9 ausgebildet sein kann. Die Führung 8 umfaßt um 90° zueinander versetzte Führungsflächen 10, mit welchen die Düsennadel 3 im Düsenkörper 11 des Kraftstoffinjektors 1 geführt ist. The nozzle needle 3 is enclosed in the injector body 2 by a nozzle space 6 formed therein. The nozzle chamber 6 is connected via a high-pressure inlet 7 to a high-pressure manifold (common rail), not shown here. About the high-pressure collecting space standing fuel is fed the injector body 2 in the nozzle chamber 6 via the high-pressure inlet 7 at high pressure. In the area in which the nozzle needle is enclosed by the nozzle space 6 , a pressure stage 5 is formed on the nozzle needle. Below the pressure stage 5, the nozzle needle 3 comprises a guide 8 , which can be designed, for example, as a multi-surface guide 9 . The guide 8 comprises guide surfaces 10 which are offset by 90 ° to one another and with which the nozzle needle 3 is guided in the nozzle body 11 of the fuel injector 1 .

Die Düsennadel 3 ist bezogen auf die Symmetrielinie 12 im wesentlichen als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und ist im Bereich der Nadelspitze 13 mit einem Sitzdurchmesser 15 versehen. Der Sitzdurchmesser 15 liegt im geschlossenen Zustand der im Düsenkörper 11 ausgebildeten Einspritzöffnung 18 an einer im Inneren eines Einspritzkegels 17 mit einer Sitzfläche 16 an, so daß die Einspritzöffnungen 18 im in Fig. 1 dargestellten Zustand durch die Düsennadelspitze 13 verschlossen sind, d. h. es wird kein Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 als Sitzlochdüse 34 ausgebildet. Eine andere Ausführungsvariante der Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 besteht in der Ausbildung der Düsennadelspitze 13 als Sacklochdüse (hier nicht dargestellt). The nozzle needle 3 is essentially designed as a rotationally symmetrical component with respect to the line of symmetry 12 and is provided with a seat diameter 15 in the region of the needle tip 13 . The seat diameter 15 lies in the closed state of the injection opening 18 formed in the nozzle body 11 on an inside of an injection cone 17 with a seat surface 16 , so that the injection openings 18 in the state shown in FIG. 1 are closed by the nozzle needle tip 13 , ie no Fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the nozzle needle tip 13 of the nozzle needle 3 is designed as a seat hole nozzle 34 . Another embodiment variant of the nozzle needle tip 13 of the nozzle needle 3 consists in the configuration of the nozzle needle tip 13 as a blind hole nozzle (not shown here).

Im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelementes 4, das vorzugsweise als hülsenförmiges Bauteil ausgestaltet ist, ist an der Düsennadel 3 ein Bereich 20 reduzierten Durchmessers ausgebildet. Der durchmesserreduzierte Bereich 20 umfaßt einen kegelstumpfförmig konfigurierten Abschnitt 23, dessen Mantelfläche konisch verläuft. Der Düsenraum 6 und der durchmesserreduzierte Bereich 20 der Düsennadel 3 stehen über einen Ringkanal 19, der am Injektorkörper 2 ausgebildet ist, hydraulisch in Verbindung. In the lower area of the guide and sealing element 4 , which is preferably designed as a sleeve-shaped component, an area 20 of reduced diameter is formed on the nozzle needle 3 . The reduced-diameter region 20 comprises a section 23 configured in the shape of a truncated cone, the outer surface of which extends conically. The nozzle chamber 6 and the reduced-diameter area 20 of the nozzle needle 3 are hydraulically connected via an annular channel 19 which is formed on the injector body 2 .

Der Darstellung gemäß Fig. 1.1 ist der Verlauf und die Ausbildung der hydraulischen Fläche im durchmesserreduzierten Bereich der Düsennadel zu entnehmen. The representation according to FIG. 1.1 shows the course and design of the hydraulic surface in the reduced diameter area of the nozzle needle.

In der in Fig. 1.1 dargestellten Position der Düsennadel 3 im Injektorgehäuse 2 des Kraftstoffinjektors 1 liegt die als Sitzlochdüse 34 ausgebildete Düsennadelspitze 13 im Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 derart an, daß die in diesem ausgebildeten Einspritzöffnungen 18 verschlossen sind. In diesem mit Bezugszeichen 28 bezeichneten Zustand ist zwischen der hydraulischen Fläche 23 im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 und einer Anschrägung 22 im unteren Bereich 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 ein Spalt ausgebildet, so daß über den Ringkanal 19 vom Düsenraum 6 unter hohem Druck stehender Kraftstoff in die Öffnung zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelementes 4 einströmen kann. Der Hubweg, welchen die Düsennadel 3 im Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 ausführt, ist mit Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Aus der Darstellung gemäß Fig. 1.1 geht hervor, daß der durchmesserreduzierte Bereich 20 - zum Beispiel ein Freistich am Umfang der Düsennadel 3 - an seiner engsten Stelle einen geringeren Durchmesser aufweist als derjenige, den die Düsennadel 3 in dem Bereich hat, welcher im Führungs- und Dichtelement 4 geführt ist. In the embodiment shown in Fig. 1.1 position of the nozzle needle 3 in the injector housing 2 of the fuel injector 1 designed as seat-hole nozzle 34 nozzle needle tip 13 is located in the injection cone 17 of the nozzle body 11 in such a way that the are closed in this shaped injection openings 18. In this state, designated by reference numeral 28 , a gap is formed between the hydraulic surface 23 in the reduced diameter area 20 of the nozzle needle 3 and a bevel 22 in the lower area 24 of the guide and sealing element 4 , so that the annular space 19 from the nozzle space 6 is under high pressure standing fuel can flow into the opening between the hydraulic surface 23 and the bevel 22 in the lower region of the guide and sealing element 4 . The stroke path which the nozzle needle 3 executes in the injector body 2 of the fuel injector 1 is identified by reference numeral 21 . . From the view in Figure 1.1 shows that the reduced diameter portion 20 - for example, an undercut on the circumference of the nozzle needle 3 - having, at its narrowest point, has a smaller diameter than that which the nozzle needle 3 in the area has, which in the guide and sealing element 4 is guided.

Fig. 2 zeigt die Düsennadel gemäß der Darstellung in Fig. 1 in einer Position innerhalb des Injektorkörpers 2, in der die Düsennadelspitze Einspritzöffnungen 18 im Bereich des Einspritzkegels 17 freigibt. FIG. 2 shows the nozzle needle as shown in FIG. 1 in a position within the injector body 2 in which the nozzle needle tip opens injection openings 18 in the area of the injection cone 17 .

In dieser Stellung der Düsennadel 3 relativ zum Injektorgehäuse 2 strömt vom hier nicht dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) zuströmender Kraftstoff über den Hochdruckzulauf 7 in den Düsenraum 6 ein. Über Zuströmflächen, welche im Bereich der Führung 8 der Düsennadel 3 im Düsenkörper 11 ausgebildet sind, strömt unter hohem Druck stehender Kraftstoff vom Düsenraum 6 in Richtung der Düsennadelspitze 13. Die Düsennadel 3 ist entsprechend ihres Hubweges 21 (vgl. Darstellung in Fig. 1) entgegen der Federkraft des Federelementes 35 nach oben aufgefahren. Dadurch ist der Sitzdurchmesser 15 im Bereich der Düsennadelspitze 13 der Düsennadel 3 aus dem Einspritzkegel 17 im Düsenkörper 11 zurückgefahren, so daß über die Zuströmflächen im Bereich der Führung 8 unter hohem Druck stehender Kraftstoff vom Düsenraum 6 entlang des Ringspaltes zwischen Düsenkörper 11 und Umfang der Düsennadel 3 der Einspritzöffnung 18 zuströmen kann. In dieser mit Bezugszeichen 33 gekennzeichneten Position der Düsennadel 3 im Injektorkörper 2 bzw. im Düsenkörper 11 liegt die hydraulische Fläche 23 im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 unterhalb des Führungs- und Dichtelementes 4 an der Anschrägung 22 (vgl. Darstellung in Fig. 1) an. In this position of the nozzle needle 3 relative to the injector housing 2 , fuel flowing from the high-pressure plenum (common rail), not shown here, flows into the nozzle chamber 6 via the high-pressure inlet 7 . Fuel under high pressure flows from the nozzle chamber 6 in the direction of the nozzle needle tip 13 via inflow surfaces which are formed in the region of the guide 8 of the nozzle needle 3 in the nozzle body 11 . The nozzle needle 3 is raised according to its stroke 21 (see illustration in FIG. 1) against the spring force of the spring element 35 upwards. As a result, the seat diameter 15 in the region of the nozzle needle tip 13 of the nozzle needle 3 is retracted from the injection cone 17 in the nozzle body 11 , so that fuel under high pressure from the nozzle chamber 6 along the annular gap between the nozzle body 11 and the circumference of the nozzle needle via the inflow surfaces in the region of the guide 8 3 of the injection opening 18 can flow. In this position of the nozzle needle 3 in the injector body 2 or in the nozzle body 11, identified by reference numeral 33 , the hydraulic surface 23 lies in the diameter-reduced region 20 of the nozzle needle 3 below the guide and sealing element 4 on the bevel 22 (cf. illustration in FIG. 1). on.

Fig. 2.1 zeigt die Anlage der hydraulischen Fläche im durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel an der zu dieser korrespondierenden Anschrägung des Führungs- und Dichtelementes. Fig. 2.1 shows the contact of the hydraulic surface in the reduced diameter area 20 of the nozzle needle on the corresponding bevel of the guide and sealing element.

Das Führungs- und Dichtelement 4 ist bevorzugt als Hülse ausgestaltet, die in den Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 eingelassen ist. In der mit Bezugszeichen 33 identifizierten Stellung der Düsennadel 3 relativ zum Injektorkörper 2 ist die Düsennadel 3 in Richtung des Pfeils 25 in das Führungs- und Dichtelement 4 eingefahren, so daß die hydraulische Fläche 23 an einer zu dieser korrespondierend ausgeführten Anschrägung 22 im Kontaktbereich 24 des Führungs- und Dichtelements 4 in einer ersten Kontaktposition 27 mit linienförmiger Berührung des Kontaktbereiches 24 der Anschrägung 22 anliegt. In dieser Position der Düsennadel 3 ist ein Zuströmen von Kraftstoff in den taschenförmigen Bereich, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 30, des durchmesserreduzierten Bereichs 20 zwischen der Umfangsfläche der Düsennadel 3 und der Innenfläche des Führungs- und Dichtelements 4 unterbunden. Der vom Düsenraum 6 im Injektorkörper 2, der mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoffvolumen beaufschlagt ist, anstehende hohe Druck steht an der unteren Ringfläche 26 des Führungs- und Dichtelements 4 an und vermag nicht in den als Einschnürung 30 ausgebildeten Bereich am durchmesserreduzierten Bereich 20 der Düsennadel 3 einzuströmen. The guide and sealing element 4 is preferably designed as a sleeve which is embedded in the injector body 2 of the fuel injector 1 . In the position of the nozzle needle 3, identified by reference numeral 33 , relative to the injector body 2 , the nozzle needle 3 is retracted in the direction of the arrow 25 into the guide and sealing element 4 , so that the hydraulic surface 23 on a bevel 22 corresponding to this in the contact area 24 of the Guide and sealing element 4 is in a first contact position 27 with linear contact of the contact area 24 of the bevel 22 . In this position of the nozzle needle 3 , an inflow of fuel into the pocket-shaped region, identified by reference number 30 , of the reduced-diameter region 20 between the peripheral surface of the nozzle needle 3 and the inner surface of the guiding and sealing element 4 is prevented. The high pressure present from the nozzle chamber 6 in the injector body 2 , which is acted upon by a high-pressure fuel volume, is applied to the lower annular surface 26 of the guide and sealing element 4 and is not able to reach the reduced-diameter region 20 in the region designed as a constriction 30 To flow in nozzle needle 3 .

Fig. 2.2 zeigt die hydraulische Fläche in linienförmigem Kontakt mit der Anschrägung im unteren Bereich des Führungs- und Dichtelements. Fig. 2.2 shows the hydraulic surface in linear contact with the bevel in the lower area of the guide and sealing element.

In der in Fig. 2.2 wiedergegebenen Darstellung befindet sich die Düsennadel 3 in der mit Bezugszeichen 33 identifizierten Position im Injektorkörper 2. In diesem Zustand liegt die hydraulische Fläche 23, d. h. die konisch verlaufende Mantelfläche eines kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnittes der Düsennadel 3 an einer Linie 27 der Anschrägung 22 im Kontaktbereich 24 des Führungs- und Dichtelements 4 an. Das Zuströmen von Kraftstoff über den Ringkanal 19 in die taschenförmig konfigurierte Ausnehmung 30, d. h. die dort ausgebildete Einschnürstelle, ist durch die Anlage der hydraulischen Fläche 23 an der Anschrägung 22 unterbunden. Mit Bezugszeichen 27 ist die erste Kontaktposition zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 markiert. Während der Betriebszeit des Kraftstoffinjektors 1 stellt sich im Kontaktbereich zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 eine in Richtung des Pfeiles 29 langsam fortschreitende Flächenberührung ein. Durch den gewählten Neigungswinkel, in welchem die hydraulische Fläche 23 kegelstumpfförmig am Umfang der Düsennadel 3 ausgebildet ist, und der Werkstoffwahl des Führungs- und Dichtelementes 4 ist der Zeitraum, innerhalb dessen die linienförmige Berührung 27 in eine flächenhafte Berührung 29 der hydraulischen Fläche 23 an der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelementes 4 übergeht, beeinflussbar. Durch die genannten Parameter kann der Übergang von der Linienberührung 27 der hydraulischen Fläche 23 in eine Flächenberührung, durch Bezugszeichen 29 angedeutet, an das Alterungsverhalten der die Düsennadel 3 beaufschlagenden Schließfeder 35 angepasst werden. Somit ist gewährleistet, dass auch nach längerem Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 sich ein schnelles Nadelschließen einstellt und damit die Einspritzungen zu definierten Zeitpunkten auch nach längerem Betrieb des Injektors beendet werden können. In the illustration shown in FIG. 2.2, the nozzle needle 3 is in the position in the injector body 2 identified by reference number 33 . In this state, the hydraulic surface 23 , ie the conical surface of a frustoconical section of the nozzle needle 3 , bears against a line 27 of the bevel 22 in the contact area 24 of the guide and sealing element 4 . The inflow of fuel via the annular channel 19 into the pocket-shaped recess 30 , ie the constriction point formed there, is prevented by the contact of the hydraulic surface 23 on the bevel 22 . The first contact position between the hydraulic surface 23 and the bevel 22 of the contact area 24 of the guide and sealing element 4 is marked with reference numeral 27 . During the operating time of the fuel injector 1 , in the contact area between the hydraulic surface 23 and the bevel 22 of the contact area 24, a surface contact slowly progressing in the direction of the arrow 29 occurs . Due to the selected angle of inclination, in which the hydraulic surface 23 is frustoconical on the circumference of the nozzle needle 3 , and the choice of material for the guide and sealing element 4 , the period within which the linear contact 27 into a surface contact 29 of the hydraulic surface 23 on the Bevel 22 of the guide and sealing element 4 passes over, can be influenced. The transition from line contact 27 of hydraulic surface 23 to surface contact, indicated by reference numeral 29 , can be adapted to the aging behavior of closing spring 35 , which acts on nozzle needle 3 , by means of the parameters mentioned. This ensures that even after the fuel injector 1 has been in operation for a long time, the needle closes quickly, and thus the injections can be ended at defined times even after the injector has been in operation for a long time.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß konfigurierten, mit einer hydraulischen Fläche 23 versehenen Düsennadel 3 stellt sich wie folgt dar:
Nimmt die Düsennadel 3 gemäß der Darstellung in Fig. 2 ihre die Einspritzöffnungen 18 freigebende Stellung 33 an, liegt die hydraulische Fläche 23 an der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelements 4 an. Zu diesem Zeitpunkt ist der Düsenraum 6 im Injektorkörper 2 über den Hochdruckzulauf 7 vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) mit einem unter hohem Druck stehenden Kraftstoffvolumen beaufschlagt, welches über den zwischen Düsennadel 3 und Düsenkörper 11 verlaufenden Ringspalt in den Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 einströmt und über die Einspritzöffnung 18 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt. Gleichzeitig steht an der Ringfläche 26 des Führungs- und Dichtelements 4 unter hohem Druck stehender Kraftstoff über den Ringkanal 19 an. The functioning of the nozzle needle 3 configured according to the invention and provided with a hydraulic surface 23 is as follows:
If the nozzle needle 3, as shown in FIG. 2, assumes its position 33 which opens the injection openings 18 , the hydraulic surface 23 bears against the bevel 22 of the guide and sealing element 4 . At this point in time, the nozzle chamber 6 in the injector body 2 is acted upon by a high-pressure fuel volume via the high-pressure inlet 7 from the high-pressure collecting chamber (common rail), which flows into the injection cone 17 of the nozzle body 11 via the annular gap running between the nozzle needle 3 and the nozzle body 11 the injection opening 18 enters the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied. At the same time, fuel under high pressure is present on the annular surface 26 of the guide and sealing element 4 via the annular channel 19 .

Durch die Wirkung der Federkraft der Schließfeder 35, die die obere Stirnseite der Düsennadel 3 beaufschlagt, wird bei Druckentlastung des Düsenraumes 6 die Düsennadel 3 entsprechend des Hubweges 21 in Richtung auf ein Einfahren des Sitzdurchmessers 15 in die Sitzfläche 16 des Einspritzkegels 17 im Düsenkörper 11 gefahren. Due to the action of the spring force of the closing spring 35 , which acts on the upper end face of the nozzle needle 3 , when the pressure in the nozzle chamber 6 is relieved, the nozzle needle 3 is moved in accordance with the stroke path 21 in the direction of an insertion of the seat diameter 15 into the seat surface 16 of the injection cone 17 in the nozzle body 11 ,

Die der Federkraft 32 der Schließfeder 35 entgegenwirkende hydraulische Kraft wird einerseits durch die Druckstufe 5 der Düsennadel 3, die vom Steuerraum 6 umgeben ist, definiert. Diese hydraulische Kraft wird hingegen durch die hydraulische Fläche 23 im Zusammenwirken mit der Anschrägung 22 des Kontaktbereiches 24 des Führungs- und Dichtelementes 4 so kompensiert, dass sich je nach Neigungswinkel des kegelstumpfförmigen Bereiches der hydraulischen Fläche 23 an der Düsennadel 3 und nach Werkstoffpaarung zwischen Düsennadelwerkstoff und Werkstoff des Führungs- und Dichtelementes 4 zunächst eine Linienberührung 27 einstellt, die im Laufe der Betriebszeit des Kraftstoffinjektors 1 in eine durch den Pfeil 29 angedeutete Flächenberührung zwischen der hydraulischen Fläche 23 und der Anschrägung 22 des Führungs- und Dichtelementes 4 übergeht. Mit dem Übergang von einer Linienberührung 27 in eine Flächenberührung 29 im Bereich der hydraulischen Fläche 23 geht eine Verkleinerung der hydraulisch wirksamen Fläche einher. The hydraulic force counteracting the spring force 32 of the closing spring 35 is defined on the one hand by the pressure stage 5 of the nozzle needle 3 , which is surrounded by the control chamber 6 . This hydraulic force, on the other hand, is compensated by the hydraulic surface 23 in cooperation with the bevel 22 of the contact area 24 of the guiding and sealing element 4 such that, depending on the angle of inclination of the frustoconical area of the hydraulic surface 23 on the nozzle needle 3 and on the material pairing between the nozzle needle material and Material of the guide and sealing element 4 first sets a line contact 27 , which changes over the course of the operating time of the fuel injector 1 into a surface contact indicated by the arrow 29 between the hydraulic surface 23 and the bevel 22 of the guide and sealing element 4 . The transition from a line contact 27 into a surface contact 29 in the area of the hydraulic surface 23 is accompanied by a reduction in the hydraulically effective area.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme ist gewährleistet, dass eine durch die Abnahme der Federsteifigkeit des Federelementes 35 eingehende Schließkraftabnahme durch eine entsprechende Korrektur der der abnehmenden Federkraft 32 entgegenwirkenden hydraulischen Kraft erfolgt. Die Abnahme der hydraulischen Kraft, die der Schließbewegung der Düsennadel 3 entgegenwirkt, kann derart beeinflusst werden, dass die zum erforderlichen schnellen Schließen der Düsennadel 3 erforderliche Federkraft 32 auch durch ein gealtertes, in seiner Federsteifigkeit reduziertes Federelement 35 aufgebracht werden kann. Damit ist der Kraftstoffinjektor 1 gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung auch nach längerer Betriebszeit in der Lage, die definierten Einspritzzeitpunkte, insbesondere die emissionserheblichen Endzeitpunkte vorgegebene Einspritzphasen während eines Einspritzzyklus zu realisieren und einzuhalten. The measure proposed according to the invention ensures that a decrease in the closing force resulting from the decrease in the spring stiffness of the spring element 35 takes place by a corresponding correction of the hydraulic force counteracting the decreasing spring force 32 . The decrease in the hydraulic force, which counteracts the closing movement of the nozzle needle 3 , can be influenced in such a way that the spring force 32 required for the required rapid closing of the nozzle needle 3 can also be applied by an aged spring element 35 which is reduced in its spring stiffness. Thus, according to the solution proposed according to the invention, the fuel injector 1 is able, even after a longer operating time, to implement and adhere to the defined injection times, in particular the emission times relevant to the predetermined injection phases during an injection cycle.

Je schneller das Schließen der Düsennadel 3 erfolgen kann, d. h. je schnell die Einfahrbewegung des Sitzdurchmessers 15 an der Düsennadelspitze 13 in den mit diesem korrespondierenden Sitz 16 im Einspritzkegel 17 des Düsenkörpers 11 erfolgt, desto schneller läßt sich die Düse schließen. Dadurch ist sichergestellt, dass gegen Ende eines im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgangs kein Kraftstoff in den Brennraum gelangt, der aufgrund der bereits weitgehend fortgeschrittenen und damit abgeschlossenen Verbrennung nicht mehr verbrannt werden kann. Unzulässige HC- Emissionen durch zu spät eingespritzten Kraftstoff lassen sich somit durch ein schnelles Schließen der Düsennadel 3 erzielen. Bezugszeichenliste 1 Kraftstoffinjektor
2 Injektorkörper
3 Düsennadel
4 Führungs- und Dichtelement
5 Druckstufe
6 Düsenraum
7 Hochdruckzulauf
8 Führung
9 Mehrfachführung
10 Führungsfläche
11 Düsenkörper
12 Symmetrieachse
13 Düsennadelspitze
14 Einspritzdüse
15 Sitzdurchmesser
16 Sitz
17 Einspritzkegel
18 Einspritzöffnung
19 Ringkanal
20 durchmesserreduzierter Bereich
21 Hubweg
22 Anschrägung
23 hydraulische Fläche
24 Kontaktbereich
25 Hubbewegung Düsennadel
26 Ringfläche
27 erste Kontaktposition
28 Offenstellung Düsennadel = Schließstellung Einspritzdüse
29 Flächenberührung
30 Einschnürstelle
31 Führungsdurchmesser
32 Schließkraft Haltekörper
33 Schließstellung Düsennadel = Offenstellung Düse
34 Sitzlochdüse
35 Federelement
The faster the nozzle needle 3 can be closed, ie the faster the movement of the seat diameter 15 at the nozzle needle tip 13 into the seat 16 corresponding to this in the injection cone 17 of the nozzle body 11 , the faster the nozzle can be closed. This ensures that towards the end of a combustion process taking place in the combustion chamber of an internal combustion engine, no fuel that cannot be burned due to the already largely advanced and thus completed combustion can get into the combustion chamber. Inadmissible HC emissions from fuel injected too late can thus be achieved by quickly closing the nozzle needle 3 . Reference Signs List 1 fuel injector
2 injector bodies
3 nozzle needle
4 guide and sealing element
5 pressure rating
6 nozzle area
7 high pressure inlet
8 leadership
9 Multiple guidance
10 guide surface
11 nozzle body
12 axis of symmetry
13 nozzle needle tip
14 injector
15 seat diameter
16 seat
17 injection cone
18 injection opening
19 ring channel
20 reduced diameter area
21 stroke
22 bevel
23 hydraulic surface
24 contact area
25 stroke movement of the nozzle needle
26 ring surface
27 first contact position
28 Open position of the nozzle needle = closed position of the injection nozzle
29 surface contact
30 constriction point
31 guide diameter
32 Closing force holding body
33 Close position of nozzle needle = open position of nozzle
34 seat hole nozzle
35 spring element

Claims

1. Fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with an injector body ( 2 ), in which a nozzle needle ( 3 ) acted upon by a closing spring ( 35 ) is accommodated, which is surrounded by a nozzle chamber ( 6 ) which is connected to a high-pressure inlet ( 7 ) is pressurized with fuel under high pressure and is provided on a nozzle needle tip ( 13 ) of a seat surface ( 15 ), via which injection openings ( 18 ) of a nozzle body ( 11 ) can be released and closed, characterized in that on the nozzle needle ( 3 ) between a guide and sealing element ( 4 ) and the nozzle chamber ( 6 ) a hydraulic surface ( 23 ) is formed, which is opposite the guide and sealing element ( 4 ) and their contact from a first contact position ( 27 ) during operation into a surface contact ( 29 ) of a contact area ( 22 , 24 ) of the guide and sealing element ( 4 ).

2. Fuel injector according to claim 1, characterized in that the hydraulic surface ( 23 ) is formed on a frustoconical section of the nozzle needle ( 3 ).

3. Fuel injector according to claim 1, characterized in that the hydraulic surface ( 23 ) of the nozzle needle ( 3 ) opposite the beveled contact area ( 22 , 24 ) of a guide and sealing element ( 4 ).

4. The fuel injector of claim 2, characterized in that the frusto-conical portion of the nozzle needle (3) passes into a reduced diameter portion (20) of the nozzle needle (3) according to.

5. Fuel injector according to claim 1, characterized in that in the injector body ( 2 ) an annular channel ( 19 ) is formed, via which the nozzle chamber ( 6 ) with the region ( 20 ) of reduced diameter of the nozzle needle ( 3 ) is hydraulically connected.

6. Fuel injector according to claim 5, characterized in that the annular channel ( 19 ) surrounds the nozzle needle ( 3 ).

7. Fuel injector according to claim 3, characterized in that the contact area ( 24 ) of the guide and sealing element ( 4 ) is provided with a bevel ( 22 ) which corresponds to that of the frustoconical section of the nozzle needle ( 3 ).

8. Fuel injector according to claim 4, characterized in that the region ( 20 ) of reduced diameter ends in a constriction ( 30 ), the diameter of which is smaller than the diameter ( 31 ) of the nozzle needle ( 3 ) in the guide and sealing element ( 4 ).

9. Fuel injector according to claim 1, characterized in that the nozzle needle ( 3 ) in the nozzle body ( 11 ) is received in a guide ( 9 ), between the guide surfaces ( 10 ) inflow surfaces for the inflow of fuel to the nozzle needle tip ( 13 ) are formed.

10. Fuel injector according to claim 9, characterized in that the guide ( 9 ) is designed as a multi-surface guide ( 8 ).

11. Fuel injector according to claim 1, characterized in that a seat hole nozzle ( 34 ) is formed on the nozzle needle ( 3 ) in the region of the nozzle needle tip ( 13 ).