DE102024200109A1

DE102024200109A1 - Fuel injector for gaseous or liquid fuels

Info

Publication number: DE102024200109A1
Application number: DE102024200109.0A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Werger; Martin Rainer; Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-01-05
Filing date: 2024-01-05
Publication date: 2025-07-10
Also published as: WO2025146510A1

Abstract

Kraftstoffinjektor für gasförmige oder flüssige Kraftstoffe mit einem Gehäuse (1), in dem eine längsbewegliche Ventilnadel (7) angeordnet ist, die mit einem Ventilsitz (10) zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts (11) zusammenwirkt, wobei die Ventilnadel (7) zum Öffnen des Strömungsquerschnitts (11) eine aus dem Gehäuse (1) heraus gerichtete Öffnungsbewegung ausführt. Die Ventilnadel (7) ist zumindest teilweise von einem Schmiermittelraum (26) umgeben, der von einem Kraftstoffraum (5) durch einen die Ventilnadel (7) umgebenden Wellbalg (25) getrennt ist, wobei der Wellbalg (25) an seinem dem Ventilsitz (10) zugewandten Endabschnitt an einer Dichtstelle (27) fluiddicht mit der Ventilnadel (7) verbunden ist. Zwischen dem Ventilsitz (10) und der Dichtstelle (27) ist eine vorgespannte Schließfeder (30) angeordnet, die die Ventilnadel (7) in einer Schließrichtung beaufschlagt.

A fuel injector for gaseous or liquid fuels, comprising a housing (1) in which a longitudinally movable valve needle (7) is arranged, which cooperates with a valve seat (10) to open and close a flow cross-section (11). The valve needle (7) executes an opening movement directed out of the housing (1) to open the flow cross-section (11). The valve needle (7) is at least partially surrounded by a lubricant chamber (26) which is separated from a fuel chamber (5) by a corrugated bellows (25) surrounding the valve needle (7). The corrugated bellows (25) is connected to the valve needle (7) in a fluid-tight manner at a sealing point (27) at its end section facing the valve seat (10). A prestressed closing spring (30) is arranged between the valve seat (10) and the sealing point (27) and acts on the valve needle (7) in a closing direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, wie er insbesondere Verwendung findet, um gasförmige oder flüssige Kraftstoffe in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine einzudosieren.The invention relates to a fuel injector, as it is used in particular to meter gaseous or liquid fuels into a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

Bei Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigem oder flüssigem Kraftstoff betrieben werden, wird der Kraftstoff entweder direkt in den Brennraum oder in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eindosiert. Die dafür verwendeten Kraftstoffinjektoren weisen ein bewegliches Ventilelement auf, das mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt. Die Bewegung des Ventilelements wird über einen elektrischen Aktor, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, präzise gesteuert, um Menge und Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe an die momentanen Anforderungen der Brennkraftmaschine anzupassen. Da das Ventilelement beweglich gelagert ist, tritt Reibung auf, so dass die Lager des Ventilelements für eine lange Lebensdauer geschmiert werden müssen. Da gasförmige und auch viele flüssige Kraftstoffe keine Schmierwirkung entfalten, ist es bekannt, einen Schmiermittelraum im Kraftstoffinjektor auszubilden und mit einem Schmierstoff, beispielsweise einem Mineralöl, zu befüllen. Dieser Schmiermittelraum wird gegen den Kraftstoff abgedichtet, um Verunreinigungen des Kraftstoffs mit Schmiermittel zu verhindern. Ein solcher Kraftstoffinjektor ist beispielsweise aus der DE 10 2022 206 220 A1 bekannt.In internal combustion engines powered by gaseous or liquid fuel, the fuel is metered either directly into the combustion chamber or into the intake tract of the internal combustion engine. The fuel injectors used for this purpose have a movable valve element that interacts with a valve seat to open and close a flow cross-section. The movement of the valve element is precisely controlled by an electrical actuator, such as an electromagnet or a piezo actuator, in order to adapt the amount and timing of fuel delivery to the current requirements of the internal combustion engine. Since the valve element is movably mounted, friction occurs, so the bearings of the valve element must be lubricated for a long service life. Since gaseous and many liquid fuels do not have a lubricating effect, it is known to form a lubricant chamber in the fuel injector and fill it with a lubricant, such as mineral oil. This lubricant chamber is sealed against the fuel to prevent contamination of the fuel with lubricant. Such a fuel injector is known, for example, from the DE 10 2022 206 220 A1 known.

Der Schmiermittelraum wird bei diesen Kraftstoffinjektoren unter anderem durch einen Wellbalg begrenzt, der das Ventilelement umgibt, wobei das Ventilelement die Form einer kolbenförmigen Ventilnadel hat. Da der Kraftstoffinjektor wegen des begrenzten Bauraums in der Brennkraftmaschine möglichst schmal gebaut wird, muss die Ventilnadel entsprechend lang ausgebildet sein. Die Herstellung einer langen Ventilnadel verursacht hohe Kosten durch aufwendige Bearbeitung und die dabei einzuhaltenden Toleranzen und bringt darüber hinaus eine hohe Sensitivität gegenüber Querkräften mit sich, die durch Fertigungstoleranzen oder thermische Dehnungen auf die Ventilnadel wirken.The lubricant chamber in these fuel injectors is defined, among other things, by a corrugated bellows surrounding the valve element, which is shaped like a piston-shaped valve needle. Since the fuel injector is designed to be as narrow as possible due to the limited installation space in the internal combustion engine, the valve needle must be correspondingly long. The production of a long valve needle incurs high costs due to complex machining and the tolerances that must be maintained. Furthermore, it is highly sensitive to transverse forces acting on the valve needle due to manufacturing tolerances or thermal expansion.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist den Vorteil auf, das die kolbenförmige Ventilnadel weniger empfindlich auf Querkräfte ist und damit eine robuste und kostengünstige Fertigung des Kraftstoffinjektors ermöglicht wird. Dazu weist der Kraftstoffinjektor für gasförmige oder flüssige Kraftstoffe ein Gehäuse auf, in dem eine längsbewegliche Ventilnadel angeordnet ist. Die Ventilnadel wirkt mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammen, wobei die Ventilnadel zum Öffnen des Strömungsquerschnitts eine aus dem Gehäuse heraus gerichtete Öffnungsbewegung ausführt. Im Gehäuse ist ein Schmiermittelraum ausgebildet, der zumindest einen Teil der Ventilnadel umgibt und der von einem Kraftstoffraum durch einen die Ventilnadel umgebenden Wellbalg getrennt ist, wobei der Wellbalg an seinem dem Ventilsitz zugewandten Endabschnitt an einer Dichtstelle fluiddicht mit der Ventilnadel verbunden ist. Zwischen dem Ventilsitz und der Dichtstelle ist eine vorgespannte Schließfeder angeordnet, die die Ventilnadel in einer Schließrichtung beaufschlagt.The fuel injector according to the invention has the advantage that the piston-shaped valve needle is less sensitive to transverse forces, thus enabling robust and cost-effective production of the fuel injector. To this end, the fuel injector for gaseous or liquid fuels has a housing in which a longitudinally movable valve needle is arranged. The valve needle interacts with a valve seat to open and close a flow cross-section, wherein the valve needle executes an opening movement directed out of the housing to open the flow cross-section. A lubricant chamber is formed in the housing, which surrounds at least part of the valve needle and is separated from a fuel chamber by a corrugated bellows surrounding the valve needle, wherein the corrugated bellows is connected to the valve needle in a fluid-tight manner at a sealing point at its end section facing the valve seat. A preloaded closing spring is arranged between the valve seat and the sealing point and acts on the valve needle in a closing direction.

Die Schließfeder drückt durch ihre Vorspannung die Ventilnadel mit einer Dichtfläche gegen den Ventilsitz. Da die Schließfeder zwischen dem Wellbalg und dem Ventilsitz angeordnet ist, wird die Schließkraft auf die Ventilnadel nahe dem Ventilsitz aufgebracht. Dies erlaubt die Verwendung einer mehrteiligen Ventilnadel, wobei die einzelnen Ventilnadelabschnitte mit ihren Stirnseiten aneinander anlegen. So kann insbesondere ein Ventilnadelabschnitt, an dem die mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche ausgebildet ist, bis in den Wellbalg hineinragen. Dort liegt sie an einem zweiten Ventilnadelabschnitt an, der auch die Öffnungskraft auf den ersten Ventilnadelabschnitt überträgt. So lässt sich die Funktion der Ventilnadel und die Beaufschlagung mit Schließ- und Öffnungskräften in einfacher Weise umsetzen, wobei die Notwendigkeit einer langen und damit in der Fertigung teuren Ventilnadel vermieden wird.The closing spring presses the valve needle with a sealing surface against the valve seat through its preload. Since the closing spring is arranged between the corrugated bellows and the valve seat, the closing force is applied to the valve needle close to the valve seat. This allows the use of a multi-part valve needle, with the individual valve needle sections abutting one another with their end faces. In particular, one valve needle section, on which the sealing surface that interacts with the valve seat is formed, can extend into the corrugated bellows. There it rests against a second valve needle section, which also transmits the opening force to the first valve needle section. This allows the function of the valve needle and the application of closing and opening forces to be implemented in a simple manner, avoiding the need for a long and therefore expensive valve needle.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung umgibt die Schließfeder die Ventilnadel. Die Schließfeder kann dazu beispielsweise die Form einer Schraubendruckfeder aufweisen. Dadurch kann eine symmetrische Krafteinleitung auf die Ventilnadel erreicht werden.In a first advantageous embodiment, the closing spring surrounds the valve needle. For this purpose, the closing spring can, for example, be in the form of a helical compression spring. This allows for a symmetrical application of force to the valve needle.

In weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Ventilnadel mehrteilig aufgebaut und besteht aus wenigstens zwei kolbenförmigen Ventilnadelabschnitten, wobei die Ventilnadelabschnitte an einer Trennstelle mit ihren Stirnseiten aneinander anliegen. Dadurch können mehrere, kürzere Abschnitte gefertigt werden, was zum einen Fertigungstechnisch einfacher ist und zum anderen dazu genutzt werden kann, einen Winkelausgleich zwischen den einzelnen Ventilnadelabschnitten zu erreichen. In vorteilhafter Weise ragt der erste Ventilnadelabschnitt, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, bis in den Wellbalg und liegt dort an der ersten Trennstelle an dem zweiten Ventilnadelabschnitt an. Die Trennstelle ist so innerhalb des Wellbalgs und damit im Schmierstoffraum, so dass der Verschleiß an der ersten Trennstelle minimiert werden kann. In vorteilhafter Weise ist dabei die Stirnseite eines der Ventilnadelabschnitte konvex gewölbt. Dabei ist die konvexe Stirnseite vorzugsweise als Kugelabschnitt ausgebildet, der an der Stirnseite des anderen Ventilnadelabschnitts an einer ringförmigen Linie anliegt. Dadurch kann ein Winkelausgleich zwischen den beiden Ventilnadelabschnitten erreicht werden. In vorteilhafter Weise berührt der Kugelabschnitt die gegenüberliegende Stirnseite im Längsschnitt betrachtet an zwei Punkten, wobei der durch die beiden Berührpunkte und den Mittelpunkt des Kugelabschnitts gebildete Winkel 20 bis 120 Grad beträgt. Durch diesen Winkel lässt sich die Krafteinleitung optimieren, ohne die Stabilität der Ventilnadel zu beeinträchtigen.In a further advantageous development of the invention, the valve needle is constructed in several parts and consists of at least two piston-shaped valve needle sections, wherein the valve needle sections abut one another with their end faces at a separation point. This allows several shorter sections to be manufactured, which is easier to manufacture and can also be used to achieve angle compensation between the individual valve needle sections. Advantageously, the first valve needle section, which interacts with the valve seat, extends into the bellows and there rests against the second valve needle section at the first separation point. The separation point is thus within the corrugated bellows and thus in the lubricant chamber, so that wear at the first separation point can be minimized. Advantageously, the end face of one of the valve needle sections is convexly curved. The convex end face is preferably designed as a spherical section which rests on the end face of the other valve needle section along an annular line. This makes it possible to compensate for the angles between the two valve needle sections. Advantageously, the spherical section contacts the opposite end face at two points when viewed in longitudinal section, with the angle formed by the two contact points and the center point of the spherical section being 20 to 120 degrees. This angle makes it possible to optimize the force introduction without compromising the stability of the valve needle.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die an der konvexen Stirnseite anliegende Stirnseite des anschließenden Ventilnadelabschnitts konkav nach innen gewölbt. Damit wird ein Abgleiten der Ventilnadelabschnitte an ihren Stirnseiten verhindert. In vorteilhafter Weise kann eine der Stirnseiten kegelförmig und die anliegende Stirnseite des gegenüberliegenden Ventilnadelabschnitts kugelabschnittsförmig oder ebenfalls kegelförmig ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment, the end face of the adjoining valve needle section adjacent to the convex end face is concavely curved inward. This prevents the valve needle sections from sliding off their end faces. Advantageously, one of the end faces can be conical, and the adjacent end face of the opposite valve needle section can be spherical or conical.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schließfeder zwischen einer Anlagefläche im Gehäuse und einem Spannring unter Druckvorspannung angeordnet, wobei der Spannring die Ventilnadel umgibt und mit der Ventilnadel fest verbunden ist. Somit lässt sich eine symmetrische Krafteinleitung der Schließfeder auf die Ventilnadel erreichen und damit einen sichere Abdichtung am Ventilsitz.In a further advantageous embodiment, the closing spring is arranged between a contact surface in the housing and a clamping ring under compressive preload. The clamping ring surrounds the valve needle and is firmly connected to the valve needle. This allows for a symmetrical application of force from the closing spring to the valve needle, thus ensuring a secure seal at the valve seat.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor dargestellt. Es zeigt

1 einen Längsschnitt durch einen solchen Kraftstoffinjektor, wobei nur die für die Erfindung wesentlichen Teile des Kraftstoffinjektors dargestellt sind, und
2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1.

The drawing shows a fuel injector according to the invention.

1 a longitudinal section through such a fuel injector, wherein only the parts of the fuel injector essential to the invention are shown, and
2 an enlarged view of the section marked II of the 1 .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor im Längsschnitt dargestellt, wie er zur Eindüsung von gasförmigem oder flüssigem Kraftstoff in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine Verwendung findet. Der Übersichtlichkeit halber ist der Kraftstoffinjektor nur in seinen wesentlichen Komponenten dargestellt. Der Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilkörper 2, ein Ventilrohr 3 und einen Düsenkörper 4 umfasst. Diese Teile des Gehäuses 1 sind dicht miteinander verbunden, um den Austritt von Kraftstoff zu verhindern. Das Ventilrohr 3 ist im Wesentlichen röhrenförmig ausgebildet und ist an einem Ende mit dem Düsenkörper 4 verbunden, der das brennraumseitige Ende des Kraftstoffinjektors beziehungsweise des Gehäuses 1 bildet. Der gegenüberliegende Endabschnitt des Ventilrohrs 3 ragt in den Ventilkörper 2 und ist mit diesem ebenfalls gasdicht verbunden. Das dem Düsenkörper 4 abgewandte Ende des Ventilrohrs 3 ist in einem Magnetkörper 20 aufgenommen, der innerhalb des Ventilkörpers 2 angeordnet ist und zwischen dem und dem Ventilkörper 2 ein Ringraum 14 ausgebildet ist.In 1 a fuel injector according to the invention is shown in longitudinal section, as it is used for injecting gaseous or liquid fuel into a combustion chamber or into an intake tract of an internal combustion engine. For the sake of clarity, the fuel injector is only shown in its essential components. The fuel injector has a housing 1 which comprises a valve body 2, a valve tube 3 and a nozzle body 4. These parts of the housing 1 are tightly connected to one another in order to prevent the escape of fuel. The valve tube 3 is essentially tubular and is connected at one end to the nozzle body 4, which forms the combustion chamber-side end of the fuel injector or of the housing 1. The opposite end section of the valve tube 3 projects into the valve body 2 and is likewise connected to it in a gas-tight manner. The end of the valve tube 3 facing away from the nozzle body 4 is received in a magnetic body 20 which is arranged within the valve body 2 and between which and the valve body 2 an annular space 14 is formed.

Im Inneren des Ventilkörpers 2 und des Ventilrohrs 3 ist ein Kraftstoffraum 5 ausgebildet, der im Betrieb mit einem gasförmigen oder flüssigen Kraftstoff befüllt ist. Weiter ist im Kraftstoffraum 5 eine kolbenförmige Ventilnadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die einen ersten Ventilnadelabschnitt 107, einen zweiten Ventilnadelabschnitt 207 und einen dritten Ventilnadelabschnitt 307 umfasst, die alle im Wesentlichen kolbenförmig ausgebildet sind. Der erste Ventilnadelabschnitt 107 ist in einer Führungsbohrung 16 des Ventilrohrs 3 geführt und bildet an seinem brennraumseitigen Ende einen Ventilteller 17 aus, der aus dem Düsenkörper 4 herausragt. Am Ventilteller 17 ist am äußeren Rand eine Dichtfläche 9 ringförmig ausgebildet, die mit einem Ventilsitz 10 am Ende des Düsenkörpers 4 zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts 11 zusammenwirkt, über den Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum 5 ausströmen kann. Im Bereich der Führungsbohrung 16 sind mehrere Bohrungen 12 im Ventilrohr 3 ausgebildet, die die Strömung des gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffs im Kraftstoffraum 5 in Richtung des Ventilsitzes 10 sicherstellen.A fuel chamber 5 is formed inside the valve body 2 and the valve tube 3, which is filled with a gaseous or liquid fuel during operation. Furthermore, a piston-shaped valve needle 7 is arranged longitudinally displaceably in the fuel chamber 5. The valve needle comprises a first valve needle section 107, a second valve needle section 207, and a third valve needle section 307, all of which are essentially piston-shaped. The first valve needle section 107 is guided in a guide bore 16 of the valve tube 3 and, at its end facing the combustion chamber, forms a valve disk 17 that protrudes from the nozzle body 4. On the outer edge of the valve disk 17, an annular sealing surface 9 is formed. This sealing surface cooperates with a valve seat 10 at the end of the nozzle body 4 to open and close a flow cross-section 11 through which fuel can flow out of the fuel chamber 5. In the area of the guide bore 16, several bores 12 are formed in the valve tube 3, which ensure the flow of the gaseous or liquid fuel in the fuel chamber 5 in the direction of the valve seat 10.

Der erste Ventilnadelabschnitt 107 liegt an einer ersten Trennstelle 8 am zweiten Ventilnadelabschnitt 207 an. Der zweite Ventilnadelabschnitt 207 ist an seinem der ersten Trennstelle 8 abgewandten Ende in einem Führungskörper 15 geführt und ist von einem Wellbalg 25 umgeben, so dass zwischen dem zweiten Ventilnadelabschnitt 207 und dem Wellbalg 25 ein Schmiermittelraum 26 ausgebildet wird. An seiner dem ersten Ventilnadelabschnitt 107 abgewandten Stirnseite liegt der zweite Ventilnadelabschnitt 207 an einer zweiten Trennstelle 18 am dritten Ventilnadelabschnitt 307 an. Der dritte Ventilnadelabschnitt 307, der das dem Düsenkörper 4 abgewandte Ende der Ventilnadel 7 bildet, ist an seinem Ende mit einem Magnetanker 23 verbunden, der beweglich im Magnetkörper 20 angeordnet ist. Im Magnetkörper 20 ist weiter ein Innenpool 21 und ein Elektromagnet 22 angeordnet, die den dritten Ventilnadelabschnitt 307 umgeben, so dass durch eine Bestromung des Elektromagneten 22 eine Längskraft auf den Magnetanker 23 und damit auch auf die Ventilnadel 7 in Richtung des Düsenkörpers 4 ausgeübt werden kann.The first valve needle section 107 rests against the second valve needle section 207 at a first separation point 8. The second valve needle section 207 is guided in a guide body 15 at its end facing away from the first separation point 8 and is surrounded by a corrugated bellows 25, so that a lubricant chamber 26 is formed between the second valve needle section 207 and the corrugated bellows 25. At its end facing away from the first valve needle section 107, the second valve needle section 207 rests against the third valve needle section 307 at a second separation point 18. The third valve needle section 307, which forms the end of the valve needle 7 facing away from the nozzle body 4, is connected at its end to a magnet armature 23, which is movably arranged in the magnet body 20. In the magnet body 20, an inner pool 21 and an electromagnet 22 are further arranged, which surround the third valve needle section 307, so that by energizing the electromagnet 22, a longitudinal force can be exerted on the magnet armature 23 and thus also on the valve needle 7 in the direction of the nozzle body 4.

Der Wellbalg 25 ist an einem Ende an einem Stützring 28 befestigt, der am ersten Ventilnadelabschnitt 107 befestigt ist, und bildet dort eine Dichtstelle 27, so dass der Schmiermittelraum 26 abgedichtet wird. An seinem anderen Ende ist der Wellbalg 25 ebenfalls dichtend mit dem Führungskörper 15 verbunden. Der durch den Wellbalg 25 begrenzte Schmiermittelraum 26 erstreckt sich durch den Führungskörper 15 bis in den Magnetkörper 20, so dass die Führung des zweiten Ventilnadelabschnitts 207 im Führungskörper 15 und auch die Führungen des dritten Ventilnadelabschnitts 307 geschmiert werden, ebenso die erste Trennstelle 8 und die zweite Trennstelle 18. Der Schmiermittelraum 25 ist dazu beispielsweise mit einem Schmieröl befüllt und so gegen den Kraftstoffraum 5 und den Ringraum 14 abgedichtet, um Verunreinigungen des Kraftstoffs zu verhindern.The corrugated bellows 25 is attached at one end to a support ring 28, which is attached to the first valve needle section 107, where it forms a sealing point 27, so that the lubricant chamber 26 is sealed. At its other end, the corrugated bellows 25 is also sealingly connected to the guide body 15. The lubricant chamber 26 delimited by the corrugated bellows 25 extends through the guide body 15 into the magnet body 20, so that the guide of the second valve needle section 207 in the guide body 15 and also the guides of the third valve needle section 307 are lubricated, as are the first separation point 8 and the second separation point 18. For this purpose, the lubricant chamber 25 is filled with lubricating oil, for example, and is thus sealed against the fuel chamber 5 and the annular chamber 14 to prevent fuel contamination.

Zwischen dem Stützring 28 und einem Absatz 19 an der Führungsbohrung 16 ist eine Schließfeder 30 unter Druckvorspannung angeordnet, die hier als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und den ersten Ventilnadelabschnitt 107 umgibt. Da der Stützring 28 fest mit der Ventilnadel 7 verbunden ist, wird durch die Schließfeder 30 eine Schließkraft auf den Ventilteller 17 in Richtung des Ventilsitzes 10 ausgeübt, so dass durch die Kraft der Schließfeder 30 der Strömungsquerschnitt 11 verschlossen wird, wenn der Elektromagnet 22 nicht bestromt ist. Die Schließfeder 30 sorgt auch dafür, dass die drei Ventilnadelabschnitte 107, 207, 307 stets an den Trennstellen 8, 18 zusammengedrückt werden und sich nicht trennen.A closing spring 30 is arranged under compressive preload between the support ring 28 and a shoulder 19 on the guide bore 16. This closing spring is designed here as a helical compression spring and surrounds the first valve needle section 107. Since the support ring 28 is firmly connected to the valve needle 7, the closing spring 30 exerts a closing force on the valve plate 17 in the direction of the valve seat 10, so that the flow cross-section 11 is closed by the force of the closing spring 30 when the electromagnet 22 is not energized. The closing spring 30 also ensures that the three valve needle sections 107, 207, 307 are always pressed together at the separation points 8, 18 and do not separate.

Die Zuführung des Kraftstoffs geschieht über den Ringraum 14, der zwischen dem Magnetkörper 20 und dem Ventilkörper 2 ausgebildet ist. Der Kraftstoff strömt durch den Ringraum 14 über mehrere Querbohrungen 13 im Ventilrohr 3 in den Kraftstoffraum 5 und weiter durch die Bohrungen 12 bis zum Ventilsitz 10.The fuel is supplied via the annular space 14, which is formed between the magnet body 20 and the valve body 2. The fuel flows through the annular space 14 via several transverse bores 13 in the valve tube 3 into the fuel chamber 5 and further through the bores 12 to the valve seat 10.

Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektor ist wie folgt: Ist der Elektromagnet 22 nicht bestromt, so wird die Ventilnadel 7 durch die Kraft der druckvorgespannten Schließfeder 30 mit dem Ventilteller 17 gegen den Ventilsitz 10 gedrückt und verschließt dadurch den Strömungsquerschnitt 11 zwischen der Dichtfläche 9 und dem Ventilsitz 10. Soll Kraftstoff abgegeben werden, so wird der Elektromagnet 22 bestromt und der Magnetanker 23 dadurch gegen die Kraft der Schließfeder 30 in Richtung des Ventilkörpers 2 gezogen. Dadurch bewegt sich die Ventilnadel 7 und damit auch der Ventilteller 17 aus dem Düsenkörper 4 heraus und gibt einen Strömungsquerschnitt 11 zwischen der Dichtfläche 9 und dem Ventilsitz 10 frei, durch den Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum 5 ausströmt. Soll die Gaseindüsung beendet werden, so wird die Bestromung des Elektromagneten 22 unterbrochen, und die Schließfeder 30 drückt den ersten Ventilnadelabschnitt 107 und damit die gesamte Ventilnadel 7 zurück in ihre Schließstellung in Anlage an den Ventilsitz 10.The fuel injector functions as follows: If the electromagnet 22 is not energized, the valve needle 7 is pressed against the valve seat 10 by the force of the preloaded closing spring 30 with the valve plate 17, thereby closing the flow cross-section 11 between the sealing surface 9 and the valve seat 10. If fuel is to be dispensed, the electromagnet 22 is energized, and the magnet armature 23 is thereby pulled towards the valve body 2 against the force of the closing spring 30. As a result, the valve needle 7, and thus also the valve plate 17, move out of the nozzle body 4, opening up a flow cross-section 11 between the sealing surface 9 and the valve seat 10, through which fuel flows out of the fuel chamber 5. If the gas injection is to be terminated, the current supply to the electromagnet 22 is interrupted, and the closing spring 30 presses the first valve needle section 107 and thus the entire valve needle 7 back into its closed position in contact with the valve seat 10.

Der erste Ventilnadelabschnitt 107 liegt am zweiten Ventilnadelabschnitt 207 an der ersten Trennstelle 8 an. Dieser in 1 mit II bezeichnete Bereich ist in 2 nochmals vergrößert dargestellt. Der zweite Ventilnadelabschnitt 207 weist eine Stirnfläche 207a auf, die konvex nach außen gewölbt ist, wobei die den Kugelabschnitt bildende, gedachte Kugel einen Mittelpunkt M aufweist, der auf der Längsachse der Ventilnadel 7 liegt. Die dem zweiten Ventilnadelabschnitt 207 zugewandte Stirnseite 107a des ersten Ventilnadelabschnitts 107 ist konisch und nach innen gerichtet, so dass die Stirnseite 207a im Längsschnitt betrachtet an zwei Punkten P₁, P₂ an der Stirnseite 107a anliegt; tatsächlich erfolgt die Berührung natürlich in Form einer Kreislinie K mit Radius R. Durch den Mittelpunkt M und die beiden Punkte P₁, P₂ wird ein Winkel α aufgespannt, der zwischen 20° und 120° beträgt und über den Kreisradius und den Öffnungswinkel des Konus eingestellt werden kann. Durch diese Ausbildung der ersten Trennstelle 8 wird ein Winkelausgleich zwischen dem ersten Ventilnadelabschnitt 107 und dem zweiten Ventilnadelabschnitt 207 ermöglicht, um mögliche Achsfehler aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Wärmedehnungen auszugleichen. In gleicher Weise kann auch die zweite Trennstelle 18 ausgebildet werden, die zwischen dem zweiten Ventilnadelabschnitt 207 und dem dritten Ventilnadelabschnitt 307 ausgebildet ist. Die Trennstellen 8, 18 können auch andere Formen aufweisen: So ist es auch möglich, dass beide Stirnseiten 107a, 207a kugelabschnittsförmig ausgebildet sind, wobei eine der Stirnseiten konkav und die andere konvex ausgebildet sind. Auch Paarungen aus zwei Kegelflächen sind möglich.The first valve needle section 107 rests against the second valve needle section 207 at the first separation point 8. This in 1 The area marked II is in 2 shown again enlarged. The second valve needle section 207 has an end face 207a which is convexly curved outwards, wherein the imaginary sphere forming the spherical section has a center point M which lies on the longitudinal axis of the valve needle 7. The end face 107a of the first valve needle section 107 facing the second valve needle section 207 is conical and directed inwards, so that the end face 207a, viewed in longitudinal section, rests against the end face 107a at two points P ₁ , P ₂ ; in fact, the contact naturally occurs in the form of a circular line K with radius R. The center point M and the two points P ₁ , P ₂ form an angle α which is between 20° and 120° and can be adjusted via the circle radius and the opening angle of the cone. This design of the first separation point 8 enables angular compensation between the first valve needle section 107 and the second valve needle section 207 in order to compensate for possible axial errors due to manufacturing tolerances or thermal expansion. The second separation point 18, which is formed between the second valve needle section 207 and the third valve needle section 307, can also be formed in the same way. The separation points 8, 18 can also have other shapes: For example, it is also possible for both end faces 107a, 207a to be shaped like spherical segments, with one of the end faces being concave and the other convex. Pairings of two conical surfaces are also possible.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2022 206 220 A1 [0002]

Claims

A fuel injector for gaseous or liquid fuels, comprising a housing (1) in which a longitudinally movable valve needle (7) is arranged, which cooperates with a valve seat (10) to open and close a flow cross-section (11), wherein the valve needle (7) executes an opening movement directed out of the housing (1) to open the flow cross-section (11), and comprising a lubricant chamber (26) which surrounds at least part of the valve needle (7) and which is separated from a fuel chamber (5) by a corrugated bellows (25) surrounding the valve needle (7), wherein the corrugated bellows (25) is connected to the valve needle (7) in a fluid-tight manner at a sealing point (27) at its end section facing the valve seat (10), characterized in that a prestressed closing spring (30) is arranged between the valve seat (10) and the sealing point (27), which spring acts on the valve needle (7) in a closing direction.

Fuel injector after Claim 1 , characterized in that the closing spring (30) surrounds the valve needle (7).

Fuel injector after Claim 1 or 2 , characterized in that the valve needle (7) is constructed in several parts and consists of at least two piston-shaped valve needle sections (107, 207, 307), the valve needle sections (107, 207, 307) abutting one another with their end faces (107a, 207a) at a separation point (8, 18).

Fuel injector after Claim 3 , characterized in that the first valve needle section (107), which cooperates with the valve seat (10), projects into the bellows (25) and there rests against a second valve needle section (207) at a separation point (8).

Fuel injector after Claim 3 or 4 , characterized in that the end face (107a; 207a) of a valve needle section (107; 207; 307) is concavely curved.

Fuel injector after Claim 5 , characterized in that the concave end face (207a) is formed in the shape of a spherical segment.

Fuel injector after Claim 6 , characterized in that the spherical segment-shaped end face (207a) rests on the end face (107a) of the other valve needle section (107) along an annular line.

Fuel injector after Claim 7 , characterized in that , viewed in longitudinal section, the spherical section (207a) touches the opposite end face (107a) at two points (P ₁ ; P ₂ ), the angle (α) formed by the two contact points (P ₁ ; P ₂ ) and the center point (M) of the spherical section (207a) being 20° to 120°.

Fuel injector according to one of the Claims 5 until 8 , characterized in that the end face (107a) of the other valve needle section (107) adjacent to the convex end face (207a) is concavely curved inwards.

Fuel injector according to one of the Claims 3 until 9 , characterized in that one of the end faces (107a; 207a) is conical and the adjacent end face (107a; 207a) of the opposite valve needle section (107; 207; 307) is spherical segment-shaped or also conical.

Fuel injector according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the closing spring (30) is arranged between a shoulder (19) in the housing (1) and a support ring (28) under compressive prestress, wherein the support ring (28) surrounds the valve needle (7) and is firmly connected to the valve needle (7).