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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine
mit einem an einem Düsenhalter über eine
Spannmutter festgespannten Düsenkörper zur
Aufnahme einer Düsennadel
zur Betätigung
eines am distalen Ende des Düsenkörpers angeordneten
Ventilsitzes, wobei am Düsenkörper eine
Markierung als Positionierhilfe angebracht ist.
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Das
Einzugsgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Verbrennungskraftmaschinen,
bei welchen Kraftstoffeinspritzventile zum dosierten Einspritzen
des zu verbrennenden Kraftstoffes verwendet werden. Kraftstoffeinspritzventile
bilden das letzte Glied der Kraftstoffförderkette eines Kraftstofffahrzeuges
und damit die Schnittstelle zwischen dem Brennraum und einem gewöhnlich vorgeordneten
Rail. Aufgabe des Kraftstoffeinspritzventils ist es, durch eine
Zerstäubung
des Kraftstoffes eine gezielte Durchmischung von Kraftstoff und
Luft in einem bestimmten räumlichen
Bereich des Brennraums zu erzielen. Abhängig vom gewünschten
Betriebszustand und dem verwendeten Kraftstoff – Benzin oder Diesel – wird der
Kraftstoff im Bereich um die Zündkerze
konzentriert oder gleichmäßig im gesamten
Brennraum zerstäubt.
Das Kraftstoffeinspritzventil wird über einen elektrischen Anschluss
nach Maßgabe
der Motorsteuerung elektronisch angesteuert. Eine mit dem elektrischen
Anschluss in Verbindung stehende elektrische Spule dient der Erzeugung
eines Magnetfeldes zum Betätigen
des Kraftstoffeinspritzventils. Hierzu kann auch ein Piezoaktor
zum Einsatz kommen. Es hebt eine Ventilnadel gegen einen Federdruck
vom Ventilsitz ab und gibt ein Ventilauslassbohrung frei und aufgrund
der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kraftstoffzuführung und dem
Brennraumdruck wird nun der Kraftstoff in den Brennraum gedrückt. Beim
Abschalten des Spulenstroms bzw. Piezos wird die Düsennadel
aufgrund der Federkraft in den Ventilsitz gepresst und unterbricht
somit den Kraftstofffluss. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist
bei gegebenem Öffnungsquerschnitt
abhängig
vom Druck in der Kraftstoffzuführung,
vom Gegendruck im Brennraum sowie Öffnungszeit und Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffeinspritzventils.
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Der
Trend in der Technik geht besonders bei einer Direkteinspritzung
in den Brennraum zu immer höheren
Einspritzdrücken.
Insbesondere bei direkt einspritzenden Dieselmotoren wird die Einbringung des
Kraftstoffes in hub- oder druckgesteuerte Systeme unterteilt. Dabei
bietet das so genannte Common-Rail-System die Möglichkeit einer Anpassung der
Einspritzdrücke
an die Last- und Drehzahlbedürfnisse
des Dieselmotors. Es hat sich gezeigt, dass ein hoher Einspritzdruck
sowohl eine Reduzierung der Emission als auch eine Steigerung der
spezifischen Leistung erlaubt. Derzeit sind Einspritzdrücke von
bis zu 1800 bar mit Common-Rail-Systemen darstellbar. Immer höhere Systemdrücke verursachen
im Kraftstoffeinspritzventil entsprechend hohe Materials-Spannungen,
was bei der Konstruktion von Kraftstoffeinspritzventilen für den Hochdruckbereich
zu beachten ist.
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Aus
der
DE 195 08 636
A1 geht ein Kraftstoffeinspritzventil hervor, welches im
Wesentlichen aus einem Düsenhalter
mit koaxial hieran befestigtem Düsenkörper zur
Aufnahme einer Düsennadel
für die Betätigung eines
am distalen Ende des Düsenkörpers angeordneten
Ventilsitzes besteht. Die Befestigung des Düsenkörpers am Düsenhalter erfolgt über eine
Spannmutter, welche nach Art einer Überwurfmutter ausgebildet ist
und an einen korrespondierenden Absatz seitens des Düsenkörpers zur
Anlage kommt, um auf den Düsenhalter
aufgeschraubt zu werden. Hierbei erfolgt eine gegeneinander Verspannung
von Düsenhalter
und Düsenkörper. Bei
der Montage sind die beiden miteinander lösbar zu verbindenden Bauteile
genau auszurichten. Die Ausrichtung erfolgt bei diesem Stand der
Technik mittels Fixierstiften, die in Grundbohrungen stirnseitig
von Düsenhalter
und Düsenkörper stecken.
Hochdruckversuche mit diesen Kraftstoffeinspritzventilen haben jedoch
gezeigt, dass ein derartiges Stiftloch die Schwingungsfestigkeit
des Düsenkörpers erheblich reduziert.
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Aus
der
DE 102 24 241
A1 geht ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
hervor, bei welchem das vorstehend erläuterte Problem dadurch gelöst wird,
dass eine Positionierung von Düsenkörper und
Düsenhalter
stiftlos und damit ohne stirnseitige Grundbohrungen der benachbarten
Bauteile erfolgt. Anstelle einer die relative Positionierung beider benachbarten
Bauteile realisierenden Verstiftung bedient sich diese Lösung einer
optischen Markierung auf der Außenseite
des Düsenkörpers. Die
optische Markierung wird manuell oder im automatisierten Verfertigungsprozess über einen
Scanner erfasst, um anschließend
den Düsenkörper um
seine Symmetrieachse zu drehen, bis die Position der Markierung
mit einer vorgegebenen Solllage übereinstimmt. Anschließend wird
der Düsenkörper mittels
Spannmutter an den Düsenhalter
geschraubt. Die als Überwurfmutter
ausgebildete Spannmutter reibt bei der Montage mit einem korrespondierenden
Absatz seitens des Düsenkörpers und
erzeugt damit ein die relative Positionierung störendes Drehmoment, sodass zur
sicheren relativen Positionierung der beiden miteinander zu verspannenden
Bauteile eine aufwendige Montagevorrichtung erforderlich ist, welche
mit einem Sichtfenster ausgestattet ist. Durch das Sichtfenster
ist die als Positionierhilfe dienende Markierung von außen her
optisch wahrnehmbar.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
zu schaffen, das einerseits stiftfrei aufgebaut ist und das sich
andererseits auch einfach und sicher montieren lässt.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass die Spannmutter im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet
ist und an beiden Stirnseiten je ein Innengewinde aufweist, wobei
das eine Innengewinde mit einem korrespondierenden Außengewinde
seitens des Düsenkörpers und
das andere Innengewinde mit einem korrespondierenden Außengewinde
am Düsenhalter
zusammenwirkt.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass durch Gestaltung der Spannmutter als Doppelgewindemutter
beim Verspannen keine Reibung zwischen der Spannmutter und dem Düsenkörper entsteht,
welche ein Moment bewirkt, das die relative Positionierung der miteinander
zu verschraubenden Bauteile erschwert. Denn bei der erfindungsgemäßen Lösung bewegen
sich beim Anziehen der Spannmutter beide miteinander zu verbindenden
Bauteile relativ gesehen aufeinander zu, bis diese miteinander verspannt
sind. Hierbei kann völlig
auf Verstiftungen oder ähnliche
Hilfsmaßnahmen
verzichtet werden, welche bei Einsatz des Kraftstoffeinspritzventils
im Bereich hoher Systemdrücke
zu unzulässig
hohen Bauteilspannungen führen
würden.
Die erfindungsgemäße Lösung bedarf gegenüber dem
nächstliegenden
Stand der Technik keiner zusätzlichen
Bauteile und erfordert einen relativ kleinen Bauraum, welcher sogar
eine Verkürzung des
Düsenkörpers ermöglicht.
Da die erfindungsgemäße Lösung ohne
aufwendige, den Düsenkörper einschließende Montagehilfswerkzeuge
auskommt, ist die am Düsenkörper angebrachte
Markierung zur Positionierhilfe während der Montage von außen her leicht
erkennbar oder detektierbar, was die Montage – insbesondere bei einer automatischen
Fertigung – vereinfacht.
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Die
beiden in der erfindungsgemäßen Spannmutter
ausgebildeten Innengewinde können insbesondere
nach zwei bevorzugten Ausführungsformen
gestaltet werden. So ist es zum einen denkbar, das eine Innengewinde
der Spannmutter mit einer Steigrichtung auszustatten, welche umgekehrt
zu der Steigrichtung des anderen Innengewindes der Spannmutter ist.
Also kann das eine Innengewinde als Rechtsgewinde und das andere
Innengewinde als Linksgewinde ausgebildet sein. Es ist jedoch auch
möglich,
beide Innengwinde entweder als Rechts- oder Linksgewinde auszubilden,
wobei beide Innengewinde jedoch mit einer unterschiedlichen Gewindesteigerung
ausgebildet sind, sodass sich beim Anziehen auch hierbei Düsenkörper und
Düsenhalter aufeinander
zu bewegen, bis zum Verspannen.
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Eine
im Hinblick auf die erfindungsgemäß ausgebildete Spannmutter
optimierte Platzierung der als Positionierhilfe während der
Montage dienenden Markierung ergibt sich, indem die Markierung am
Düsenkörper direkt
benachbart zur Düsenspannmutter angeordnet
ist. An dieser Stelle ist die Markierung besonders gut von außen her
wahrnehmbar und gleichzeitig gut zugänglich.
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Durch
die gute Zugänglichkeit
der Markierung an dem vorstehend beschriebenen Ort lässt diese
sich neben einer optischen Positionierhilfe gleichzeitig auch als
Eingriff für
ein Montagewerkzeug verwenden. Ist die Markierung beispielsweise
in Form von Schlüsselflächen ausgebildet,
kann hieran ein nach Art eines Maulschlüssels ausgebildetes Montagewerkzeug
zum Fixieren des Düsenkörpers während des
Verschraubens zum Eingriff kommen. Alternativ hierzu kann die Markierung
am Düsenkörper auch
in Form mindestens einer radialen Bohrung oder dergleichen ausgebildet
werden. Dementsprechend ist als korrespondierendes Montagewerkzeug ein
Fixierdorn zu verwenden. Es ist jedoch auch denkbar die Markierung
auf andere geeignete Weise auszubilden, solange die Doppelfunktion
als optische Positionierhilfe und Eingriffsstelle für ein geeignetes Montagewerkzeug
gewährleistet
ist.
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Um
ein günstiges
Verhältnis
zwischen Schlüsselmoment
zum Festziehen der Spannmutter und die von der Spannmutter aufzubringende
Anpresskraft der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile zu
bewirken wird vorgeschlagen, dass die Innengewinde der Spannmutter
als metrische Feingewinde ausgeführt
sind. Die Spannmutter, der Düsenhalter
sowie der Düsenkörper sind
vorzugsweise aus Stahl zu fertigen, um den bei Betrieb herrschenden
Beanspruchungen standzuhalten.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1a einen
schematischen Längsschnitt durch
ein Kraftstoffeinspritzventil im Bereich der Verbindungsstelle zwischen
Düsenhalter
und Düsenkörper in
einer ersten Ausführungsform,
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1b einen
schematischen Schnitt A-A des Kraftstoffeinspritzventils nach 1a,
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2a einen
schematischen Längsschnitt durch
ein Kraftstoffeinspritzventil im Bereich der Verbindungsstelle zwischen
Düsenhalter
und Düsenkörper in
einer zweiten Ausführungsform,
und
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2b einen
schematischen Schnitt B-B des Kraftstoffeinspritzventils nach 2a.
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Das
in 1a dargestellte Kraftstoffeinspritzventil verfügt über einen
oberen Düsenhalter 1, an
den koaxial und stirnseitig ein Düsenkörper 2 zur Anlage
kommt. Der Düsenkörper 2 dient
der Aufnahme einer – nur
schematisch dargestellten – Düsennadel 3.
Die Düsennadel 3 wirkt
mit einem am distalen Ende des Düsenkörpers 2 angeordneten
Ventilsitz 4 zusammen und öffnet diesen durch Abheben
vom Ventilsitz 4 oder schließt den Ventilsitz 4 durch
die Kraftwirkung einer – nicht
weiter dargestellten – Rückstellfeder.
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Der
Düsenkörper 2 ist über eine
Spannmutter 5 am Düsenhalter 1 lösbar befestigt.
Die Spannmutter 5 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und weist an
beiden Stirnseiten je ein Gewinde 6a und 6b auf. Dabei
wirkt das eine Innengewinde 6a mit einem korrespondierenden
Außengewinde
am Düsenkörper 2 zusammen.
Das andere Innengewinde 6b rückt dagegen mit einem korrespondierenden
Außengewinde an
Düsenhalter 1 zusammen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
weist das Innengewinde 6a der Spannmutter 5 eine
umgekehrte Steigrichtung gegenüber
dem Innengewinde 6b auf, so dass sich die koaxial miteinander
zu verbindenden Bauteile – Düsenhalter 1 und
Düsenkörper 2 – bei Drehen
der Spannmutter 5 aufeinander zu bewegen. Beide Innengewinde 6a und 6b der
Spannmutter 5 sind als symmetrische Feingewinde ausgeführt.
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Der
Düsenkörper 2 ist
weiterhin mit einer Markierung als Positionierhilfe bei der Montage
ausgestattet, welche direkt benachbart zur Düsenspannmutter angeordnet ist.
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Wie
aus 1b ersichtlich, ist diese Markierung hier in Form
von Schlüsselflächen 7a bis 7c ausgebildet.
Die Schlüsselflächen 7a bis 7c sind
neben der optischen Positionierhilfe auch zum Eingriff für ein – nicht
weiter dargestelltes – Montagewerkzeug geeignet.
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Die
in 2a dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dahingehend, dass
die Innengewinde 6a' und 6b' der Spannmutter 5' dieselbe Steigungsrichtung
aufweisen, jedoch mit unterschiedlicher Gewindesteigung. Auch diese
Maßnahme
gewährleistet
ein reibmomentloses Verspannen der zu verbindenden Bauteile, also
dem Düsenhalter 1 und
dem Düsenkörper 2'.
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Weiterhin
weist der Düsenkörper 2' hier eine im
Schnitt B-B angeordnete Markierung auf.
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Nach 2b ist
diese Markierung am Düsenkörper 2' bei dieser
Ausführungsform
als radiale Grundbohrung 8 ausgebildet, welche als optische Positionierhilfe
ebenfalls zum Eingriff für
ein Montagewerkzeug dient.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen.
Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich
der nachfolgenden Ansprüche
umfasst sind. So kann die als Positionierhilfe und Eingriffsstelle
für ein
Montagewerkzeug dienende Markierung außen am Düsenkörper 2 bzw. 2' auch in anderer
geeigneter Form – beispielsweise
als Sechskant, als Rändelung
oder als Verzahnung – ausgebildet
sein.