KR20190020798A - Nozzle Body for Fuel Injector - Google Patents

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KR20190020798A
KR20190020798A KR1020197002214A KR20197002214A KR20190020798A KR 20190020798 A KR20190020798 A KR 20190020798A KR 1020197002214 A KR1020197002214 A KR 1020197002214A KR 20197002214 A KR20197002214 A KR 20197002214A KR 20190020798 A KR20190020798 A KR 20190020798A
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발터 발크너
아르노 자이링어
하인리히 베르거
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 특히 내연 기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(100)에 사용되는 노즐 바디(16)에 관한 것이다. 노즐 바디(16)는 일부재형으로 구현되어 있다. 노즐 바디(16) 내에는 공급 보어(64)를 통해 고압 하에 있는 연료를 공급받을 수 있는 압력 챔버(8)가 형성되어 있다. 하나 이상의 분사 개구(60)를 개방하거나 폐쇄하는 노즐 니들(6)이 압력 챔버(8) 내에 종방향으로 이동 가능하게 배열되어 있다. 하나 이상의 분사 개구(60)가 노즐 바디(16)의 노즐 팁(16a) 내에 형성되어 있다. 노들 바디(16) 내에는, 냉각제가 관류할 수 있는 냉각 채널(30)이 형성되어 있다. 냉각 채널(30)은 노즐 팁(16a) 내에 형성된 냉각 매트릭스(35)를 포함한다.The present invention relates to a nozzle body (16) used in a fuel injector (100) for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine in particular. The nozzle body 16 is embodied in a partially reshaped form. Inside the nozzle body 16, there is formed a pressure chamber 8 through which the fuel under high pressure can be supplied through the supply bore 64. A nozzle needle (6) for opening or closing one or more injection openings (60) is arranged movably in the longitudinal direction within the pressure chamber (8). One or more injection openings 60 are formed in the nozzle tip 16a of the nozzle body 16. In the nodal body 16, a cooling channel 30 through which the coolant can flow is formed. The cooling channel 30 includes a cooling matrix 35 formed in the nozzle tip 16a.

Description

연료 분사기용 노즐 바디Nozzle Body for Fuel Injector

본 발명은, 내연 기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기용 노즐 바디에 관한 것이며, 이 경우 노즐 바디는 냉각 채널을 구비한다.The present invention relates to a nozzle body for a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the nozzle body has a cooling channel.

청구항 1의 전제부에 따른, 내연 기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기용 노즐 바디는 EP 1 781 931 B1호에 공지되어 있다. 공지된 연료 분사기는 고정 바디, 스로틀 플레이트를 갖는 밸브 바디 및 노즐 바디를 포함한다. 고정 바디와 노즐 바디는 노즐 인장 너트에 의해 서로 조여져 있다. 노즐 바디 내에는 공급 보어를 통해 압력 하에 있는 연료를 공급받을 수 있는 압력 챔버가 형성되어 있다. 하나 이상의 분사 개구를 개방하거나 폐쇄하고 종방향으로 이동 가능한 노즐 니들이 압력 챔버 내에 종방향으로 이동 가능하게 배열되어 있다.A nozzle body for 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 EP 1 781 931 B1. Known fuel injectors include a fixed body, a valve body with a throttle plate, and a nozzle body. The fixed body and the nozzle body are tightened together by a nozzle tension nut. A pressure chamber is formed in the nozzle body to receive fuel under pressure through a supply bore. A nozzle needle which opens or closes one or more injection openings and is movable in the longitudinal direction is arranged movably in the longitudinal direction in the pressure chamber.

또한, 공지된 연료 분사기는 노들 바디 내에 형성된 냉각 채널을 구비한다. 하지만, 이와 같은 냉각 채널의 구현 및 제조에 대하여, EP 1 781 931 B1호는 아무 것도 개시하지 않는다.In addition, known fuel injectors have a cooling channel formed in the nozzle body. However, for the implementation and manufacture of such a cooling channel, EP 1 781 931 B1 does not disclose anything.

더 나아가서는, 노즐 바디와 추가 부품, 즉 냉각 캡 사이에 있는 냉각 채널의 형성을 개시하는 사전 공개되지 않은 DE 10 2016 206 796 A1호도 선행 기술에 공지되어 있다.Furthermore, DE 10 2016 206 796 A1, also known in the prior art, which discloses the formation of a cooling channel between the nozzle body and the additional part, i.e. the cooling cap, is known.

공지된 연료 분사기의 냉각 채널의 구현은 복잡한 구현 및 높은 제조 기술적 복잡성을 요구한다.Implementation of cooling channels of known fuel injectors requires complex implementations and high manufacturing technical complexity.

선행 기술에 비해, 본 발명에 따른 연료 분사기용 노들 바디는 자신의 냉각 효과에 있어서 최적화된 냉각 채널을 구비한다. 그럼에도, 노즐 바디가 일부재형으로 형성되어 있음으로써, 결과적으로 비용 소비적인 제조 기술 및 밀봉이 생략될 수 있다. 더 나아가서는, 냉각 채널에 의한 노즐 바디의 구조적인 약점도 미미한 수준에 불과하다.Compared to the prior art, the nozzle body for a fuel injector according to the present invention has a cooling channel optimized for its cooling effect. Nevertheless, since the nozzle body is formed in some reshaping, consequently, costly manufacturing techniques and sealing can be omitted. Furthermore, the structural weakness of the nozzle body by the cooling channel is only marginal.

상기와 같은 상황에 대해, 노즐 바디 내에는 공급 보어를 통해 고압 하에 있는 연료를 공급받을 수 있는 압력 챔버가 형성되어 있다. 하나 이상의 분사 개구를 개방하거나 폐쇄하는 노즐 니들이 압력 챔버 내에 종방향으로 이동 가능하게 배열되어 있다. 하나 이상의 분사 개구가 노즐 바디의 노즐 팁 내에 형성되어 있다. 노들 바디 내에는, 냉각제가 관류할 수 있는 냉각 채널이 형성되어 있다. 냉각 채널은 노즐 팁 내에 형성된 냉각 매트릭스를 포함한다. 노즐 바디는 또한 일부재형으로 구현되어 있다.In such a situation, a pressure chamber is formed in the nozzle body, through which the fuel under high pressure can be supplied through the supply bore. A nozzle needle which opens or closes one or more injection openings is arranged movably in the longitudinal direction in the pressure chamber. One or more injection openings are formed in the nozzle tip of the nozzle body. In the nodal body, a cooling channel through which the coolant can flow is formed. The cooling channel includes a cooling matrix formed in the nozzle tip. The nozzle body is also implemented in some reshapes.

연료 분사기의 작동 중에는, 특히 노즐 팁이 매우 높은 온도에 노출되어 있다. 노즐 팁의 효과적인 냉각은 연료 분사기의 견고한 기능성 및 증가된 수명을 결과로서 유도한다. 냉각 매트릭스가 냉각을 위해 유효한 가급적 큰 총 면적을 가짐으로써, 결과적으로 노즐 팁으로부터 냉각제 내부로의 열 도입은 매우 커지고, 이로 인해 노즐 바디의 냉각은 특히 효과적으로 된다. 냉각 채널, 특히 냉각 매트릭스는 3D-프린트-방법에 의해서 제조되었다. 다른 제조 방법, 예를 들어 종래의 회전 기술 및 보링 기술에 의해서는, 일부재형 노즐 바디 내 냉각 매트릭스의 기하 구조가 제조될 수 없다. 그렇기 때문에, 용접 또는 폐쇄 패킹과 같은 비용 소비적인 대체 조치들이 생략될 수 있다. 이와 결부된 부족한 밀봉성 또는 감소된 강도와 같은 연결상 문제점도 제거된다.During operation of the fuel injector, the nozzle tip is particularly exposed to very high temperatures. Effective cooling of the nozzle tip results in a robust functionality and increased lifetime of the fuel injector. As a result of the cooling matrix having as large a total area as possible effective for cooling, the heat transfer from the nozzle tip to the interior of the coolant becomes very large, which makes the cooling of the nozzle body particularly effective. Cooling channels, in particular cooling matrices, were produced by the 3D-print-method. With other manufacturing methods, for example conventional rotary and boring techniques, the geometry of cooling matrices in some reformed nozzle bodies can not be produced. As such, costly alternative measures such as welding or closing packings can be omitted. Such as poor sealability or reduced strength associated therewith, is eliminated.

바람직한 실시예들에서는, 냉각 매트릭스가 울타리(fence) 형상으로, 곡류(meander) 형상으로 또는 나선 형상으로 구성되어 있다. 이로 인해, 냉각 매트릭스의 총 대류 면적, 다시 말해 노즐 바디와 냉각 매트릭스 사이의 분리 면적은 매우 크게 형성될 수 있다. 노즐 팁으로부터 냉각제 내부로의 큰 열 흐름이 그 결과이다. 이로 인해, 노즐 바디의 냉각은 특히 효과적이다. 냉각 매트릭스가 나선 형상으로 그리고 곡류 형상으로 구현된 경우에는, 냉각 매트릭스의 관류가 추가로 특히 규정된 바와 같이 구성되어 있으며, 냉각제가 국부적인 영역에 머물러서 흐르지 않게 될 위험도 존재하지 않는다.In preferred embodiments, the cooling matrix is configured in a fence shape, a meander shape, or a spiral shape. As a result, the total convection area of the cooling matrix, that is, the separation area between the nozzle body and the cooling matrix, can be made very large. The result is a large heat flow from the nozzle tip into the coolant. As a result, the cooling of the nozzle body is particularly effective. If the cooling matrix is implemented in a spiral shape and in a cereal shape, there is no risk that the perfusion of the cooling matrix is further configured as specified, and that the coolant will not stay in the localized area and flow.

다른 바람직한 일 실시예에서는, 냉각 매트릭스가 링 실린더 형상으로 구성되어 있다. 이로 인해, 노즐 바디의 축 방향 크기가 매우 콤팩트하게 구현될 수 있다.In another preferred embodiment, the cooling matrix is configured in the shape of a ring cylinder. As a result, the axial size of the nozzle body can be realized very compactly.

바람직한 개선예들에서는, 냉각 매트릭스가 노즐 팁의 재료 공극에 의해서 관통되어 있다. 이로 인해, 총 대류 면적은 다시 한 번 확대될 수 있다. 이렇게 함으로써, 노즐 팁과 냉각제 간의 열 교환은 더욱 최적화되었다.In preferred refinements, the cooling matrix is penetrated by the material voids of the nozzle tip. As a result, the total convection area can be magnified again. By doing so, the heat exchange between the nozzle tip and the coolant was further optimized.

바람직한 실시예들에서, 냉각 채널은 냉각 매트릭스 내부로의 냉각제 공급을 위한 직관형의 공급 채널 및 냉각 매트릭스로부터의 냉각제 방출을 위한 직관형의 방출 채널을 포함한다. 통상적으로, 노즐 팁은 노즐 바디의 가장 뜨거운 영역이고, 냉각 매트릭스가 그 영역 내에 배열되어 있다. 하지만, 노즐 바디 내부로의 냉각제의 공급 및 노즐 바디로부터의 냉각제의 방출은 노즐 팁 반대편의 노즐 바디의 단부면에서 이루어진다. 그에 따라, 직관형의 공급 채널 또는 방출 채널은, 냉각 매트릭스를 냉각제 공급부에 유압식으로 연결하기에 유리한 구현예이다.In preferred embodiments, the cooling channel includes an intuitive supply channel for supplying coolant into the cooling matrix and an intuitive discharge channel for coolant release from the cooling matrix. Typically, the nozzle tip is the hottest region of the nozzle body and the cooling matrix is arranged in that region. However, the supply of coolant into the nozzle body and the release of the coolant from the nozzle body take place at the end face of the nozzle body opposite the nozzle tip. Accordingly, an intuitive supply channel or discharge channel is an embodiment advantageous for hydraulically connecting the cooling matrix to the coolant supply.

바람직한 개선예들에서, 냉각 채널은 콩팥형 유입부 및 콩팥형 배출부를 구비한다. 콩팥형 유입부 및 콩팥형 배출부는 노즐 팁 반대편의 노즐 바디 단부면에 형성되어 있다. 콩팥형 유입부는 공급 채널로 이어지고, 콩팥형 배출부는 방출 채널로 이어진다. 이로 인해, 노즐 바디는 추가 부품, 예를 들어 고정 바디 또는 스로틀 플레이트에 의해서 단부면에 조여질 수 있으며, 이 경우 냉각 채널들의 연결은 좁은 공차에 제한될 필요가 없다. 콩팥형 유입부 및 콩팥형 배출부는 이웃하는 부품에 대한 냉각 채널의 유압식 연결이다. 2개 콩팥형 부의 비교적 큰 면적에 의해서, 연결 기하 구조에 대한 치수 편차는 냉각 채널의 관류에 단점이 되는 영향을 미치지 않게 된다.In preferred embodiments, the cooling channel comprises a kidney-shaped inlet and a kidney-shaped outlet. The kidney-shaped inflow portion and the kidney-shaped ejection portion are formed on the nozzle body end surface opposite the nozzle tip. The kidney-shaped inlet leads to the supply channel, and the kidney-shaped outlet leads to the outlet channel. This allows the nozzle body to be tightened to the end face by means of additional components, for example a fixed body or throttle plate, in which case the connection of the cooling channels need not be limited to narrow tolerances. The kidney-shaped inlet and the kidney-shaped outlet are the hydraulic connections of the cooling channels to neighboring components. Due to the relatively large area of the two kidney-shaped parts, dimensional deviations for the connecting geometry do not have a disadvantageous effect on the perfusion of the cooling channel.

바람직한 개선예들에서는, 노즐 바디가 대류 영역을 구비하며, 이 경우 대류 영역은 노즐 바디의 나머지 영역보다 높은 열 전도성을 갖는다. 이로써, 대류 영역을 통해서 운송된 열량은 특히 크다. 따라서, 예를 들어 분사 개구로부터 냉각 매트릭스로의 규정된 메인 열 흐름이 바람직하게 배열될 수 있다. 특히 열 전도성이 우수한 재료로서는, 예를 들어 구리가 대류 영역을 위해 사용될 수 있다. 그럼에도, 3D-프린트-방법으로 인해, 노즐 바디의 또 다른 영역들에 대한 견고한 재료 결합식 연결이 생성된다.In preferred embodiments, the nozzle body has a convection region, in which case the convection region has a higher thermal conductivity than the remaining region of the nozzle body. As a result, the amount of heat transferred through the convection region is particularly large. Thus, for example, the defined main heat flow from the injection opening to the cooling matrix can be preferably arranged. Particularly, as a material having excellent thermal conductivity, copper, for example, can be used for the convection region. Nonetheless, due to the 3D-print-method, a rigid material bonded connection to other regions of the nozzle body is created.

본 발명에 따른 노즐 바디는, 연료 분사기에서 특히 바람직한 사용예를 발견한다. 연료 분사기는 제어 챔버의 압력을 제어하기 위한 제어 밸브를 구비한다. 이 경우, 제어 챔버는 노즐 니들에 의해서 제한되어 있다. 다시 말해, 노즐 니들의 개방 동작 및 폐쇄 동작은 제어 챔버 내의 압력에 의해서 제어되며, 이 제어 챔버 내의 압력은 재차 제어 밸브에 의해서 제어된다. 고압 하에 있는 연료를 내연 기관의 연소실 내부로 분사하기 위한 연료 분사기는 특히 높은 온도에 노출되어 있으며, 이와 같은 상황은 특히 연소실 내부로의 분사 개구가 형성되어 있는 노즐 팁에 대해서 적용된다. 그렇기 때문에, 냉각 매트릭스를 통한 노즐 팁의 냉각은 상기 유형의 연료 분사기를 위해 특히 중요하며 그리고 특히 효과적이다.The nozzle body according to the present invention finds particularly advantageous use in a fuel injector. The fuel injector has a control valve for controlling the pressure of the control chamber. In this case, the control chamber is limited by the nozzle needles. In other words, the opening operation and the closing operation of the nozzle needle are controlled by the pressure in the control chamber, and the pressure in the control chamber is again controlled by the control valve. The fuel injector for injecting the fuel under high pressure into the combustion chamber of the internal combustion engine is particularly exposed to high temperatures and this situation is particularly applicable to nozzle tips having injection openings into the combustion chamber. As such, cooling of the nozzle tip through the cooling matrix is particularly important and particularly effective for this type of fuel injector.

본 발명에 따른 노즐 바디의 제조 방법은 3D-프린트-방법인데, 그 이유는 이 방법에 의해서만 일부재형 노즐 바디 내에서 냉각 매트릭스의 복잡한 기하 구조가 실현될 수 있기 때문이다. 이로 인해, 폐쇄 패킹, 추가의 부품, 용접 시임, 밀봉 수단 및 유사한 우회 조치들이 생략된다.The method of manufacturing the nozzle body according to the present invention is a 3D-print-method, because the complex geometry of the cooling matrix can be realized in some reformed nozzle bodies only by this method. This omits closed packings, additional parts, weld seams, sealing means and similar detour measures.

방법의 바람직한 일 개선예에서는, 먼저 노즐 바디의 본체가 바람직하게는 단조 또는 주조에 의해서 제조된다. 상기 본체 내에서는, 선택적으로 이미 냉각 채널의 부분 기하 구조가 예를 들어 보어의 종단면으로서 또는 절반 모델로서 형성될 수도 있다. 그 다음에, 냉각 채널을 둘러싸는 나머지 재료가 3D-프린트에 의해서 적용된다. 경우에 따라서는, 그 후에 또한 대류 영역에도 특히 열 전도성이 우수한 재료가 3D-프린트에 의해서 적용될 수 있다.In one preferred refinement of the method, the body of the nozzle body is preferably first produced by forging or casting. In the body, the partial geometry of the cooling channel may alternatively be formed, for example, as a longitudinal section of the bore or as a half model. The remaining material surrounding the cooling channel is then applied by 3D printing. In some cases, materials which are particularly good in thermal conductivity and also in the convection region thereafter can be applied by 3D-printing.

본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항은 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명부로부터 그리고 도면들을 참조해서 나타난다.
도면부에서,
도 1은 선행 기술에 따른 연료 분사기의 종단면을 도시하며,
도 2는 노즐 바디를 투명한 사시도로 도시하고,
도 3은 냉각 채널의 암형 몰드(negative form)의 확대 단면을 도시하며, 그리고
도 4는 또 다른 일 실시예에서 냉각 채널의 암형 몰드의 확대 단면을 도시한다.Further advantages, features and details of the present invention appear from the following detailed description of the preferred embodiments and with reference to the drawings.
In the drawing,
1 shows a longitudinal section of a fuel injector according to the prior art,
2 shows the nozzle body in a transparent perspective view,
Figure 3 shows an enlarged section of the female mold of the cooling channel, and
Figure 4 shows an enlarged section of a female mold of a cooling channel in another embodiment.

각각의 도면에서, 동일한 요소들 또는 동일한 기능을 하는 요소들에는 동일한 참조 부호가 제공되어 있다.In the drawings, like elements or elements having the same function are provided with the same reference numerals.

도 1 에는, 선행 기술에 공지되어 있는 바와 같은, 내연 기관의 연소실 내부로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(100)가 종단면도로 도시되어 있다. In Figure 1 , a fuel injector 100 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, such as is known in the prior art, is shown in longitudinal section.

공지된 연료 분사기(100)는 고정 바디(1), 밸브 바디(3), 스로틀 플레이트(5) 및 노즐 바디(16)를 포함한다. 이들 부품 모두 노즐 인장 너트(7)에 의해서 함께 고정된다. 이 경우, 노즐 바디(16)는, 상기 노즐 바디(16) 내에 형성된 압력 챔버(8) 내에 종방향으로 이동 가능하게 배열되어 있는 노즐 니들(6)을 포함한다. 노즐 니들(6)의 개방 동작에서는, 연료가, 노즐 바디(16) 내에 형성된 복수의 분사 개구(60)를 통해 내연 기관의 연소실 내부로 분사된다.A known fuel injector 100 includes a fixed body 1, a valve body 3, a throttle plate 5, and a nozzle body 16. All of these parts are fixed together by a nozzle tension nut 7. In this case, the nozzle body 16 includes a nozzle needle 6 which is arranged movably in the longitudinal direction in the pressure chamber 8 formed in the nozzle body 16. In the opening operation of the nozzle needle 6, fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine through a plurality of injection openings 60 formed in the nozzle body 16. [

노즐 니들(6)에서는, 압축 스프링(61)이 지지되어 있는 칼라를 볼 수 있다. 압축 스프링(61)의 다른 단부는 제어 슬리브(62)에 지지되어 있고, 이 제어 슬리브 자체는 재차 스로틀 플레이트(5)의 하부 면에 인접한다. 제어 슬리브(62)는, 분사 개구(60) 반대편의 노즐 니들(6)의 상부 단부면에 의해서 그리고 스로틀 플레이트(5)의 하부 면에 의해서 제어 챔버(63)를 규정한다. 제어 챔버(63) 내에서 지배적인 압력은 노즐 니들(6)의 종방향 이동 동작을 제어하기 위해서 중요하다.In the nozzle needle 6, a collar supporting the compression spring 61 can be seen. The other end of the compression spring 61 is supported by a control sleeve 62, which itself is adjacent to the lower surface of the throttle plate 5 again. The control sleeve 62 defines the control chamber 63 by the upper end surface of the nozzle needle 6 opposite the injection opening 60 and by the lower surface of the throttle plate 5. The dominant pressure in the control chamber 63 is important for controlling the longitudinal movement of the nozzle needle 6.

연료 분사기(100) 내에는 공급 보어(64)가 형성되어 있다. 공급 보어(64)를 통해, 연료 압력은 한 편으로는 압력 챔버(8) 내에서 효력을 발생하는데, 이곳에서는 연료 압력이 노즐 니들(6)의 압력 쇼울더를 통해 노즐 니들(6)의 개방 방향으로 힘을 가한다. 다른 한 편으로, 상기 연료 압력은 제어 슬리브(62) 내에 형성된 공급 스로틀(65)을 통해 제어 챔버(63) 내에서 작용하고, 압축 스프링(61)의 힘에 의해 지원을 받은 상태에서 노즐 니들(6)을 폐쇄 위치에 고정시킨다.In the fuel injector 100, a supply bore 64 is formed. Through the supply bore 64, the fuel pressure takes effect in the pressure chamber 8, on the one hand, where the fuel pressure flows through the pressure shoulder of the nozzle needle 6 in the opening direction of the nozzle needle 6 As well. On the other hand, the fuel pressure acts in the control chamber 63 through the feed throttle 65 formed in the control sleeve 62, and is supported by the force of the compression spring 61, 6) in the closed position.

연료 분사기(100)는, 제어 챔버(63) 내의 압력을 제어하기 위한 제어 밸브(2)를 더 구비한다. 전자석(70)이 구동 제어되면, 자기 전기자(71) 및 이 자기 전기자(71)와 연결된 밸브 니들(72)이, 밸브 바디(3)에 형성된 밸브 시트(73)로부터 들어 올려진다. 제어 챔버(63)로부터 유래하는 연료는 이와 같은 방식으로 스로틀 플레이트(5) 내에 형성된 방출 스로틀(75)에 의해서 밸브 시트(73)를 거쳐 방출 채널(76) 내부로 유출될 수 있다. 이와 같은 방식으로 노즐 니들(6)의 상부 단부면으로의 유압력의 강하가 야기됨으로써, 노즐 니들(6)의 개방이 이루어진다. 이로써, 압력 챔버(8)로부터 유래하는 연료는 분사 개구(60)를 통과해서 내연 기관의 연소실 내부에 도달하게 된다.The fuel injector 100 further includes a control valve 2 for controlling the pressure in the control chamber 63. [ When the electromagnet 70 is driven and controlled, the self armature 71 and the valve needle 72 connected to the self armature 71 are lifted from the valve seat 73 formed in the valve body 3. The fuel derived from the control chamber 63 can be discharged into the discharge channel 76 via the valve seat 73 by the discharge throttle 75 formed in the throttle plate 5 in this manner. In this way, the lowering of the oil pressure to the upper end surface of the nozzle needle 6 is caused, thereby opening the nozzle needle 6. Thereby, the fuel derived from the pressure chamber 8 passes through the injection opening 60 and reaches the inside of the combustion chamber of the internal combustion engine.

전자석(70)이 스위치-오프 되자마자, 자기 전기자(71)는 추가 압축 스프링(74)의 힘에 의해 밸브 시트(73)의 방향으로 가압되고, 그 결과 밸브 니들(72)은 밸브 시트(73)로 압착된다. 이와 같은 방식으로, 배출 스로틀(75) 및 밸브 시트(73)를 통과하는 연료의 배출 경로가 차단된다. 공급 스로틀(65)을 통해서는, 제어 챔버(63) 내에서 재차 연료 압력이 형성되고, 이로 인해 유압 폐쇄력이 증가된다.As soon as the electromagnet 70 is switched off, the self-armature 71 is urged in the direction of the valve seat 73 by the force of the further compression spring 74 so that the valve needle 72 is urged toward the valve seat 73 ). In this way, the discharge path of the fuel passing through the discharge throttle 75 and the valve seat 73 is shut off. Through the supply throttle 65, fuel pressure is again generated in the control chamber 63, thereby increasing the hydraulic closing force.

이로 인해, 노즐 니들(6)은 분사 개구(60)의 방향으로 이동되어 분사 개구를 폐쇄하게 된다. 그 다음에 분사 과정이 종료된다.As a result, the nozzle needle 6 is moved in the direction of the jet opening 60 to close the jet opening. The injection process is then terminated.

연소실 영역 내의 부품들을 냉각시키기 위하여, 냉각 채널(30)이, 공지된 연료 분사기(100)의 밸브 바디(3), 스로틀 플레이트(5) 및 노즐 바디(16) 내에 형성되어 있다. 이로써, 특별히 노즐 니들(6)의 팁 및 노즐 바디(16)가 냉각될 수 있다. 도 1 의 단면도에서는, 냉각 채널(30)이 부분적으로 공급 보어(64) 내에 놓여 있다. 하지만, 이와 같은 상황은 다만 단면도라는 이유 때문이며, 실시예에서는 냉각 채널(30)이 공급 보어(64)로부터 분리되어 있다.A cooling channel 30 is formed in the valve body 3, the throttle plate 5 and the nozzle body 16 of the known fuel injector 100 to cool the components in the combustion chamber area. Thereby, the tip of the nozzle needle 6 and the nozzle body 16 can be cooled in particular. In the cross-sectional view of Figure 1 , the cooling channel 30 is partially located within the supply bore 64. However, this is only because of the cross-sectional view, and in the embodiment the cooling channel 30 is separated from the supply bore 64.

본 발명에 따라, 이제는 냉각 채널(30)이 3D-프린팅 된 일부재형의 노즐 바디(16) 내에 형성되어 있다. 이로 인해, 한 편으로는 냉각 채널의 거의 임의의 형상이 실현될 수 있고, 다른 한 편으로는 복수의 부품을 갖는 비용 소비적인 구조가 생략될 수 있다.In accordance with the present invention, the cooling channel 30 is now formed in a 3D-printed, partially reshaped nozzle body 16. Thereby, almost any shape of the cooling channel can be realized on the one hand, and a cost-consuming structure having a plurality of parts can be omitted on the other hand.

도 2 는, 3D-프린트-방법으로 제조된 노즐 바디(16)를 투명한 사시도로 보여준다. 이때, 압력 챔버(8) 내부로의 공급 보어(64)는 도시되어 있지 않다. 노즐 바디(16) 내에는, 통상적인 바와 같이 압력 챔버(8) 및 분사 개구(60)가 형성되어 있다. 더 나아가, 냉각 채널(30)은, 이들 냉각 채널이 노즐 바디(16)의 노즐 팁(16a)의 영역에서, 더 상세하게 말하자면 분사 개구(60) 가까이에서 노즐 바디(16)에 대해 매우 큰 면적을 갖도록 형성되어 있다. Figure 2 shows a nozzle body 16 made in a 3D-print-method in a transparent perspective view. At this time, the supply bore 64 into the pressure chamber 8 is not shown. In the nozzle body 16, a pressure chamber 8 and an injection opening 60 are formed as usual. The cooling channel 30 is configured such that these cooling channels form a very large area relative to the nozzle body 16 in the region of the nozzle tip 16a of the nozzle body 16, Respectively.

냉각 채널(30)은, 연료 분사기(100)의 실시예에 따라, 노즐 바디(16)에 이웃하는 부품, 더 상세하게 말하자면 예를 들어 스로틀 플레이트(5) 또는 고정 바디(1)에 연결하기 위한 콩팥형 유입부(33) 및 콩팥형 배출부(34)를 포함한다. 이 경우, 연료 분사기(100)의 외부 냉각 연결부는 일반적으로 고정 바디(1)에 형성되어 있다.The cooling channel 30 is connected to the nozzle body 16 for connection to a component adjacent to the nozzle body 16, for example, to the throttle plate 5 or the fixed body 1, in accordance with an embodiment of the fuel injector 100, And includes a kidney-shaped inlet 33 and a kidney-shaped outlet 34. In this case, the external cooling connection portion of the fuel injector 100 is generally formed in the fixed body 1.

냉각 채널(30)은 직관형의 공급 채널(31), 직관형의 방출 채널(32) 및 냉각 매트릭스(35)를 더 포함한다. 바람직하게 노즐 팁(16a)의 효과적인 냉각을 위해 냉각 매트릭스(35)에 큰 총 면적이 제공됨으로써, 결과적으로 작동 중에 매우 뜨거운 노즐 팁(16a)으로부터, 냉각 채널(30)을 관류하는 냉각제 내부로 최대로 가능한 열 전달이 이루어질 수 있다. 이 목적을 위해, 냉각 매트릭스(35)는 바람직하게 또한 노즐 팁(16a)의 전체 둘레에 걸쳐서도 연장된다.The cooling channel 30 further includes an introductory supply channel 31, an intuitive discharge channel 32, and a cooling matrix 35. A large total area is preferably provided in the cooling matrix 35 for effective cooling of the nozzle tip 16a so that the cooling channel 30 is cooled from the very hot nozzle tip 16a during operation to the maximum Heat transfer possible. For this purpose, the cooling matrix 35 preferably also extends over the entire circumference of the nozzle tip 16a.

바람직한 실시예에서, 노즐 바디(16)는, 도 2 에서 냉각 매트릭스(35)가 둘러싸도록 도시되어 있는 바와 같은 대류 영역(37)을 구비한다. 대류 영역(37)은 나머지 노즐 바디(16)와 다른 재료, 예를 들어 구리로부터 구현되어 있지만, 그럼에도 3D-프린트로 인해 나머지 노즐 바디와 재료 결합식으로 연결되어 있다. 대류 영역(37)은 특히 높은 열 전도성을 갖고, 가급적 큰 열량을 노즐 바디(16)의 매우 뜨거운 영역으로부터 냉각 매트릭스(35)로 안내하기 위해서 이용된다.In a preferred embodiment, the nozzle body 16 is provided with a convection section 37, as is shown to cool the matrix (35) is surrounded in Fig. The convection region 37 is implemented from a different material than the rest of the nozzle body 16, for example copper, but nevertheless is connected to the remaining nozzle body in a material combination manner due to 3D-printing. The convection region 37 has a particularly high thermal conductivity and is used to guide as much heat as possible from the very hot area of the nozzle body 16 to the cooling matrix 35.

바람직하게, 대류 영역(37)은 노즐 팁(16a) 내에서 분사 개구(60) 가까이에 배열되어 있는데, 그 이유는 그곳에서는 통상적으로 연료 분사기(100)의 최고 온도가 지배적이기 때문이다.Preferably, the convection region 37 is arranged in the nozzle tip 16a near the injection opening 60, since the maximum temperature of the fuel injector 100 is typically dominant there.

도 2 의 실시예에서는, 냉각 매트릭스(35)가 울타리 형상으로 구현되어 있다. 또 다른 실시예들은 이하의 도 3 및 도 4에서 볼 수 있다. In the embodiment of FIG. 2 , the cooling matrix 35 is implemented in a fence shape. Other embodiments may be seen in Figures 3 and 4 below.

도 3 은, 냉각 매트릭스(35)의 암형 모델, 다시 말해 냉각제의 기하 구조를 나선 형상 또는 곡류 형상으로 보여준다. 곡류 형상에 의해서는, 냉각 매트릭스(35)가 특히 규정된 바와 같이 관류되는데, 그 이유는 유동 방향으로 분기가 전혀 존재하지 않기 때문이다. 따라서, 기존의 냉각제 및 이로써 국부적으로 낮은 열 전달 계수는 배제되었다. FIG. 3 shows the female model of the cooling matrix 35, that is, the geometry of the coolant in a spiral or cereal shape. Depending on the grain shape, the cooling matrix 35 is perfused, as specified, because there is no branching in the flow direction at all. Thus, existing coolants and thereby locally low heat transfer coefficients have been ruled out.

도 4 는, 냉각 매트릭스(35)를 복수의 재료 공극(36)을 갖는 링 실린더로서 보여준다. 이로써, 재료 공극(36)은 노즐 바디(16)의 재료, 예를 들어 강철이다. 이로 인해, 냉각 매트릭스(35)의 대류 면적은 특히 크다. 그에 상응하게, 노즐 팁(16a)으로부터 냉각제 내부로 큰 열 도입이 이루어질 수 있다. 대안적으로, 냉각 매트릭스(35)는 또한 환상으로 구성될 수도 있다. Fig. 4 shows the cooling matrix 35 as a ring cylinder with a plurality of material voids 36. Fig. As such, the material void 36 is the material of the nozzle body 16, such as steel. As a result, the convection area of the cooling matrix 35 is particularly large. Correspondingly, a large amount of heat can be introduced into the coolant from the nozzle tip 16a. Alternatively, the cooling matrix 35 may also be constructed in an annular shape.

노즐 바디(16)를 위한 제조 방법으로서의 3D-프린트-방법에 의해서는, 냉각 채널(30)을 위한 거의 임의의 기하 구조가 실현될 수 있고, 그럼에도 노즐 바디(16)는 일부재형으로 구현될 수 있다. 이 경우에는, 노즐 바디(16)의 상이한 영역을 위해 가능한 한 상이한 재료들을 사용하는 것도 가능하다. 특별히 열 전도성의 특성과 관련해서는, 열 흐름이 냉각 채널(30)의 방향으로 바람직한 영향을 받을 수 있다. 3D-프린트에 의해서는, 이 목적을 위해, 특히 높은 열 전도성을 갖고 바람직하게는 분사 개구(60)의 영역으로부터 냉각 매트릭스(35)까지 진행하는 하나 또는 복수의 대류 영역(37)이 적용된다.By virtue of the 3D-print-method as a manufacturing method for the nozzle body 16, almost any geometry for the cooling channel 30 can be realized, yet the nozzle body 16 can be implemented with some re- have. In this case, it is also possible to use materials as different as possible for different areas of the nozzle body 16. In particular with regard to the thermal conductivity properties, the heat flow may be favorably influenced in the direction of the cooling channel 30. For 3D-printing, one or a plurality of convection zones 37 are applied for this purpose, in particular with a high thermal conductivity and preferably from the region of the injection opening 60 to the cooling matrix 35.

방법의 일 개선예에서는, 먼저 노즐 바디(16)의 본체가 종래의 제조 방식에 의해서, 예를 들어 단조 또는 절단 제조 방법에 의해서 제조된다. 선택적으로, 이 경우에 냉각 채널(30)은 이미 부분 윤곽 내에 존재할 수 있다. 그 다음에, 노즐 바디(16)의 외부 영역, 특별히 냉각 매트릭스(35)를 둘러싸는 영역 및 경우에 따라서는 대류 영역(17)도 3D-프린트에 의해서 적용된다.In one improvement of the method, the body of the nozzle body 16 is first manufactured by conventional manufacturing methods, for example by forging or cutting manufacturing methods. Optionally, in this case the cooling channel 30 may already be in the partial contour. The outer area of the nozzle body 16, in particular the area surrounding the cooling matrix 35 and, in some cases, the convection area 17 is then also applied by 3D printing.

Claims (10)

내연 기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(100)용 노즐 바디(16)이며, 노즐 바디(16)는 일부재형으로 구현되어 있고, 노즐 바디(16) 내에는 공급 보어(64)를 통해 고압 하에 있는 연료를 공급받을 수 있는 압력 챔버(8)가 형성되어 있으며, 하나 이상의 분사 개구(60)를 개방하거나 폐쇄하는 노즐 니들(6)이 압력 챔버(8) 내에 종방향으로 이동 가능하게 배열되어 있으며, 하나 이상의 분사 개구(60)는 노즐 바디(16)의 노즐 팁(16a) 내에 형성되어 있으며, 노들 바디(16) 내에는 냉각제가 관류할 수 있는 냉각 채널(30)이 형성되어 있는, 연료 분사기용 노즐 바디에 있어서,
냉각 채널(30)은 노즐 팁(16a) 내에 형성된 냉각 매트릭스(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).A nozzle body 16 for a fuel injector 100 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine and the nozzle body 16 is embodied in a partially reshaped form in which the nozzle body 16 is connected via a supply bore 64 A nozzle needle 6 for opening or closing one or more injection openings 60 is arranged in the pressure chamber 8 so as to be movable in the longitudinal direction And one or more injection openings 60 are formed in the nozzle tip 16a of the nozzle body 16 and a cooling channel 30 is formed in the nozzle body 16 for the passage of coolant therethrough. A nozzle body for a fuel injector,
Characterized in that the cooling channel (30) comprises a cooling matrix (35) formed in the nozzle tip (16a). 제1항에 있어서,
냉각 매트릭스(35)는 울타리 형상으로, 곡류 형상으로 또는 나선 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).The method according to claim 1,
A nozzle body (16) for a fuel injector, characterized in that the cooling matrix (35) is in the form of a fence, a grain or a spiral. 제1항에 있어서,
냉각 매트릭스(35)는 링 실린더 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).The method according to claim 1,
A nozzle body (16) for a fuel injector, characterized in that the cooling matrix (35) is in the form of a ring cylinder. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 매트릭스(35)는 노즐 팁(16a)의 재료 공극(36)에 의해서 관통되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Characterized in that the cooling matrix (35) is penetrated by a material gap (36) of the nozzle tip (16a). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 채널(30)은 냉각 매트릭스 내부로의 냉각제 공급을 위한 직관형의 공급 채널(31) 및 냉각 매트릭스(35)로부터의 냉각제 방출을 위한 직관형의 방출 채널(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the cooling channel (30) comprises an intuitive supply channel (31) for the supply of coolant into the cooling matrix and an intuitive discharge channel (32) for the release of coolant from the cooling matrix , A nozzle body (16) for a fuel injector. 제5항에 있어서,
냉각 채널(30)은 콩팥형 유입부(33) 및 콩팥형 배출부(34)를 구비하며, 콩팥형 유입부(33) 및 콩팥형 배출부(34)는 노즐 팁(16a) 반대편의 노즐 바디(16) 단부면에 형성되어 있으며, 콩팥형 유입부(33)는 공급 채널(31)로 이어지고, 콩팥형 배출부(34)는 방출 채널(32)로 이어지는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).6. The method of claim 5,
The cooling channel 30 has a kidney-shaped inlet 33 and a kidney-shaped outlet 34. The kidney-shaped inlet 33 and the kidney-shaped outlet 34 communicate with the nozzle body 16a opposite the nozzle tip 16a, Characterized in that the annular inlet (33) is formed in the end face of the fuel injector (16) and the kidney-shaped inlet (33) leads to the feed channel (31) The body (16). 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
노즐 바디(16)는 대류 영역(37)을 구비하며, 대류 영역(37)은 노즐 바디(16)의 나머지 영역보다 높은 열 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기용 노즐 바디(16).7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The nozzle body (16) for a fuel injector, characterized in that the nozzle body (16) has a convection region (37) and the convection region (37) has a higher thermal conductivity than the remaining region of the nozzle body (16). 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 노즐 바디(16)를 갖는 연료 분사기(100)에 있어서,
연료 분사기(100)는 제어 챔버(63)의 압력을 제어하기 위한 제어 밸브(2)를 구비하며, 노즐 니들(6)은 제어 챔버(63)를 제한하는 것을 특징으로 하는, 노즐 바디를 갖는 연료 분사기(100).8. A fuel injector (100) having a nozzle body (16) according to any one of claims 1 to 7,
Characterized in that the fuel injector (100) has a control valve (2) for controlling the pressure of the control chamber (63) and the nozzle needle (6) limits the control chamber (63) Injector (100). 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 노즐 바디(100)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
노즐 바디(16)는 3D-프린트-방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 노즐 바디의 제조 방법.8. A method for manufacturing a nozzle body (100) according to any one of claims 1 to 7,
Characterized in that the nozzle body (16) is manufactured in a 3D-print-method. 제9항에 있어서,
상기 노즐 바디의 제조 방법은
- 바람직하게 단조에 의해서 노즐 바디(16)의 본체를 제조하는 단계, 및
- 냉각 매트릭스(35)를 외부로 둘러싸는 노즐 팁(16a)의 재료를 3D-프린트-방법을 이용해서 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 노즐 바디의 제조 방법.10. The method of claim 9,
The method of manufacturing the nozzle body
- manufacturing the body of the nozzle body 16 preferably by forging, and
- applying the material of the nozzle tip (16a) which surrounds the cooling matrix (35) externally using a 3D-print-method.
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