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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum
Einspritzen von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen
werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt. Diese umfassen im allgemeinen
ein aktorbetätigtes
Steuerventil. Als Aktoren werden üblicherweise Magnetaktoren
oder Piezoaktoren eingesetzt. Aufgrund der sehr kleinen Hübe führen bereits
geringe Abweichungen in den Abmaßen der einzelnen Bauteile
des Injektors zu Fehlfunktionen.
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Bei
Kraftstoffinjektoren, die mit einem Piezoaktor betätigt werden,
ist üblicherweise
ein Kopplerkolben zwischen den Piezoaktor und das Steuerventil geschaltet.
Durch den Kopplerkolben wird der Hub des Aktors übersetzt. Um Längentoleranzen
zwischen dem Piezoaktor und dem Kopplerkolben auszugleichen, ist
zwischen dem Piezoaktor und dem Kopplerkolben eine Einstellscheibe
aufgenommen. Die Dicke der Einstellscheibe wird dabei so gewählt, dass
die Längentoleranzen
ausgeglichen werden. Bei den Einstellscheiben, wie sie nach dem
Stand der Technik eingesetzt werden, ist in der Einstellscheibe eine
Bohrung in zwei verschiedenen Durchmessern ausgeführt. Auf
der Seite mit kleinerem Durchmesser schließt sich an die Bohrung eine
kalottenförmige
Erweiterung an. Bei korrekter Montage der Einstellscheibe liegt
ein Fortsatz am Aktorkopf des Piezoaktors an der kalottenfömigen Erweiterung
an. Ein am Kopplerkolben ausgebildeter Fortsatz ist in der Bohrung
mit dem größeren Durchmesser
aufgenommen. Die Einstellscheibe liegt auf einer Erweiterung am Kopplerkolben
auf. Wenn die Einstellscheibe jedoch falsch herum eingesetzt wird,
liegt der Fortsatz am Kopplerkolben an der kalottenförmigen Erweiterung an,
da dieser nicht von der Bohrung mit dem geringeren Durchmesser aufgenommen
werden kann. Gleichzeitig liegt auch der Fortsatz am Aktorkopf des Piezoaktors
auf der Einstellscheibe auf. Die Einstellscheibe liegt somit nicht
auf dem Kopplerkolben auf und der Abstand zwischen Kopplerkolben
und Aktorkopf ist größer als
ein vorgegebenes Maß.
Daran lässt
sich erkennen, dass die Einstellscheibe falsch herum eingebaut worden
ist.
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Nachteil
der Einstellscheibe mit einer Bohrung in zwei verschiedenen Durchmessern
und der kalottenförmigen
Erweiterung ist jedoch, dass diese durch ein aufwendiges Hersteilverfahren
hergestellt werden muss. Hierbei wird die Einstellscheibe zunächst ausgestanzt,
in einem nächsten
Schritt durch Gleitschleifen glatt geschliffen, in die geschliffene Scheibe
werden die Bohrung und die kalottenförmige Vertiefung gesenkt, wodurch
sich auf einer Seite der Scheibe eine Prägewulst ausbildet. Daran anschließend wird
die Einstellscheibe gehärtet
und der Prägewulst
abgeschliffen. Die Klassierung der Einstellscheibe erfolgt durch
Fertigschleifen und anschließendes
Gleitschleifen zum Glätten.
Abschließend wird
die Einstellscheibe geprüft
und klassifiziert. Da die kalottenförmige Vertiefung beim Gleitschleifung beschädigt werden
kann, ist eine Sichtprüfung
jeder einzelnen Einstellscheibe erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Bei
einem erfindungsgemäß ausgebildeten Injektor
zum Einspitzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
wird ein Einspritzventilglied zum Freigeben oder Verschließen mindestens
einer Einspritzöffnung
durch ein aktorbetätigtes
Steuerventil angesteuert. Der Aktor umfasst einen Aktorkopf, der
auf einen Kopplerkolben wirkt. Zum Ausgleich von Längentoleranzen
ist zwischen dem Aktorkopf und dem Kopplerkolben eine Einstellscheibe
angeordnet, wobei am Aktorkopf ein Fortsatz ausgebildet ist, der
in einer Vertiefung der Einstellscheibe aufgenommen ist. An der
Einstellscheibe ist eine Wulst derart ausgebildet, dass bei einer
falschen Positionierung der Einstellscheibe das Abstandsmaß zwischen
Aktorkopf und Kopplerkolben von einem vorgegebenen Maß abweicht.
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Die
erfindungsgemäß eingesetzte
Einstellscheibe, zum Ausgleich von Längentoleranzen, lässt sich
aufwendig weniger herstellen als die Einstellscheibe gemäß dem Stand
der Technik. Die erforderliche Wulst entsteht beim Senken der Vertiefung.
Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Einstellscheiben
ist es nicht notwendig, die Wulst, die beim Senken der Vertiefung
entstanden ist, abzuschleifen. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass
eine Sichtprüfung
nicht mehr erforderlich ist, da eine Beschädigung im Bereich der Vertiefung
nicht mehr auftreten kann. Zudem kann das Stanzen der Einstellscheibe
mit einem massiveren Stempel erfolgen.
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Die
Wulst ist vorzugsweise so ausgebildet, dass diese die Vertiefung
in der Einstellscheibe umschließt.
Bei richtiger Montage der Einstellscheibe umschließt dann
die Wulst den Fortsatz am Aktorkopf. Bei falscher Montage der Einstellscheibe
führt dies
dazu, dass die Wulst auf dem Kopplerkolben aufliegt. Dies führt dazu,
dass der Abstand zwischen dem Kopplerkolben und dem Fortsatz am
Aktor größer ist
als ein vorgegebenes Maß.
Hieran lässt
sich erkennen, dass eine falsche Montage erfolgt ist.
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Um
zu vermeiden, dass bei der Montage die Einstellscheibe auf dem Kopplerkolben
verrutschen kann, ist die Einstellscheibe vorzugsweise von einer Bohrung
durchsetzt, wobei in der Bohrung ein Fortsatz des Kopplerkolbens
aufgenommen ist.
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Damit
die Einstellscheibe beim Betrieb des Injektors nicht verkanten kann,
sind der Aktor und der Kopplerkolben vorzugsweise axial fluchtend
zueinander ausgerichtet. Die Bohrung mündet daher vorzugsweise in
der Vertiefung an der Einstellscheibe, in der der Fortsatz am Aktorkopf
aufgenommen ist.
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Damit
bei einer falschen Montage der Einstellscheibe der Fortsatz am Aktorkopf
nicht in die Bohrung in der Einstellscheibe eingeführt werden kann,
um hierdurch eine deutliche Abweichung des Ist-Maßes vom
vorgegebenen Soll-Maß zu
erreichen, ist der Durchmesser des Fortsatzes am Kopplerkolben vorzugsweise
kleiner als der Durchmesser des Fortsatzes am Aktorkopf. Hierdurch
lässt sich auch
der Durchmesser der Bohrung kleiner fertigen als der Durchmesser
des Fortsatzes am Aktorkopf.
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Am
Kopplerkolben ist im allgemeinen eine tellerförmige Erweiterung ausgebildet,
auf der die Einstellscheibe aufliegt. Bei richtiger Montage der Einstellscheibe
liegt die Einstellscheibe mit ihrer flachen Stirnseite auf der Erweiterung
am Kopplerkolben auf. Bei falscher Montage der Einstellscheibe liegt
die Wulst auf der tellerförmigen
Erweiterung auf und führt
dazu, dass das Ist-Maß des
Abstandes von Aktorkopf und Kopplerkolben von einem vorgegebenen
Soll-Maß abweicht.
Hieran lässt
sich die falsche Montage der Einstellscheibe erkennen.
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Die
Vertiefung in der Einstellscheibe, in der der Fortsatz am Aktorkopf
aufgenommen ist, ist vorzugsweise kalottenförmig ausgebildet. Der Fortsatz am
Aktorkopf schließt
vorzugsweise mit einer Kugelschicht ab, so dass die Kugelschicht
bündig
in der kalottenförmigen
Vertiefung anliegt. Durch die kalottenförmige Vertiefung ist eine kardanische
Aufhängung des
Aktorkopfes in der Einstellscheibe möglich.
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Im
allgemeinen wird die Wulst durch Prägen der Vertiefung in der Einstellscheibe
hergestellt. Neben dem Prägen
der Vertiefung und der daraus folgenden Entstehung der Wulst ist
es jedoch auch möglich,
die Vertiefung z.B. durch ein spanendes Verfahren herzustellen.
In diesem Fall lässt
sich die Wulst z.B. auch durch ein spanabhebendes Verfahren an der
Stirnfläche
der Einstellscheibe herstellen. Auch ist es möglich, die Wulst durch Materialauftrag z.B.
durch Schweißen
herzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Kraftstoffinjektor mit Einstellscheibe,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
von Aktorkopf, Kopplerkolben und Einstellscheibe mit korrekter Montage
der Einstellscheibe,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
von Aktorkopf, Kopplerkolben und Einstellscheibe mit falscher Montage
der Einstellscheibe.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Kraftstoffinjektor mit einer Einstellscheibe dargestellt.
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Ein
Injektor 1 umfasst ein Steuerventil 3, welches über einen
Aktor 5 bestätigt
wird. Bei dem in 1 dargestellten Kraftstoffinjektor
ist der Aktor 5 ein Piezoaktor. Der Aktor 5 ist
mit einem Aktorkopf 7 verbunden, der auf einen Kopplerkolben 9 wirkt.
Mit seiner dem Aktorkopf 7 abgewandten Stirnfläche 11 mündet der
Kopplerkolben 9 in einen Übersetzerraum 13.
An der dem Kopplerkolben 9 gegenüber liegenden Seite begrenzt
ein Übersetzerkolben 15 den Übersetzerraum 13.
Der Übersetzerkolben 15 wirkt auf
ein Ventilglied 17 des Steuerventils 3. Durch
den Kopplerkolben 9 und den Übersetzerkolben 15 wird der
Hub des Aktors 5 hydraulisch übersetzt. Die Übersetzung
des Hubes ist dabei abhängig
vom Durchmesser des Kopplerkolbens 9 und dem Durchmesser
des Übersetzerkolbens 15.
Bei einem kleineren Durchmesser des Übersetzerkolbens 15 ist
der Hub, den dieser zurücklegt,
größer als
der Hub des Kopplerkolbens 9. Hierdurch ist ein kleinerer
Hub des Aktors 5 erforderlich. Bei Verwendung eines Piezoaktors
als Aktor 5 kann so ein kleinerer Piezo aktor eingesetzt
werden. Es ist weniger Bauraum für
den Injektor 1 erforderlich. Über das Steuerventil 3 wird
ein Einspritzventilglied 19 angesteuert. Das Einspritzventilglied 19 gibt
mindestens eine Einspritzöffnung 21 frei
oder verschließt
diese. Hierzu ist das Einspritzventilglied 19 in einen
Sitz 23 in einem unteren Gehäuseteil 25 stellbar.
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Das
Einspritzventilglied 19 mündet mit einer Stirnfläche 27 in
einen Steuerraum 29. Der Steuerraum 29 wird weiterhin
von einem Ringelement 31 und einer Zwischenscheibe 33 begrenzt.
Am Ringelement 31 ist eine Beißkante 35 ausgebildet,
die gegen die Zwischenscheibe 33 gestellt ist. Hierdurch wird
eine flüssigkeitsdichte
Verbindung von Ringelement 31 und Zwischenscheibe 33 erzielt.
Die erforderliche Kraft wird durch ein Federelement 37,
das auf das Ringelement 31 wirkt, aufgebracht. Mit der anderen
Seite wirkt das Federelement 37 auf eine Schulter 39 am
Einspritzventilglied 19. Die erforderliche Federkraft wird
durch einen Einstellring 41 eingestellt. Die Federkraft
des Federelementes 37 ist dabei abhängig von der Höhe des Einstellringes 41.
Das Federelement 37 ist z.B. eine als Spiralfeder ausgebildete
Druckfeder.
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An
die Zwischenscheibe 33 schließt sich eine Ventilscheibe 43 an.
In der Ventilscheibe 43 ist ein Ventilsitz 45 des
Steuerventils 3 ausgebildet. An die Ventilscheibe 43 schließt sich
ein oberes Gehäuseteil 47 an.
Das unsere Gehäuseteil 25,
die Zwischenscheibe 33, die Ventilscheibe 43 und
das obere Gehäuseteil 47 sind
durch eine Düsenspannmutter 49 miteinander
verbunden.
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Der
Aktor 5, in der hier dargestellten Ausführungsform ein Piezoaktor,
ist in einem Aktorraum 51 aufgenommen. Der Aktorraum 51 ist
z.B. als Sacklochbohrung im oberen Gehäuseteil 47 ausgeführt. Der
Aktor 5 ist im Aktorraum 51 zwischen einem Aktorfuß 53 und
dem Aktorkopf 7 aufgenommen. Um den Aktor 5 gegen
Kraftstoff abzudichten, ist der Aktor 5 von einer Hülse 55 umschlossen.
Eine stabile Befestigung des Aktors 5 in der Hülse 55 wird
dadurch erreicht, dass der Aktor mithilfe von Vergussmasse 57 in
die Hülse
eingegossen ist. Damit kein Kraftstoff in die Hülse 55 eindringen
kann, ist die Hülse
im Bereich des Aktorkopfes 7 durch eine Membran 59 verschlossen.
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Zum
Ausgleich von Längentoleranzen,
die sich z.B. bei der Bohrung des Aktorraumes 51 und durch
das Aktormodul, den Aktorfuß 53,
den Aktor 5 und den Aktorkopf 7 umfassend, ergeben,
ist zwischen dem Aktorkopf 7 und dem Kopplerkolben 9 eine
Einstellscheibe 61 aufgenommen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
von Aktorkopf, Kopplerkolben und Einstellscheibe bei richtiger Montage
der Einstellscheibe.
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Am
Aktorkopf 7 ist ein Fortsatz 71 ausgebildet, der
in eine Vertiefung 73 in der Einstellscheibe 61 gestellt
ist. Die Vertiefung 73 ist kalottenförmig ausgebildet. Der Fortsatz 71 läuft in Form
einer Kugelschicht 75 aus, so dass der Fortsatz 71 bündig an der
kalottenförmigen
Vertiefung 73 anliegt.
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Am
Kopplerkolben 9 ist ein Fortsatz 77 ausgebildet,
der in einer Bohrung 79, die in der Einstellscheibe 61 ausgebildet
ist, aufgenommen ist. Der Durchmesser der Bohrung 79 wird
vorzugsweise so gewählt,
dass die Einstellscheibe 61 spielfrei über den Fortsatz 7 am
Kopplerkolben 9 gesetzt werden kann.
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Bei
richtiger Montage liegt die Einstellscheibe 61 mit einer
plangeschliffenen Stirnfläche 81 auf einer
Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9 auf.
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Erfindungsgemäß ist an
der Einstellscheibe 61 eine Wulst 85 ausgebildet.
Die Wulst 85 umschließt
die Vertiefung 73 in der Einstellscheibe 61 und
somit bei richtiger Montage auch den Fortsatz 71 am Aktorkopf 7.
Die Wulst 85 entsteht dabei z.B. durch Senken der Vertiefung 73 in
die Einstellscheibe 61.
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Durch
die Einstellscheibe 61 wird ein vorgegebener Soll-Abstand
s zwischen einer oberen Stirnfläche 87 der
Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9, auf der die
Einstellscheibe 61 aufliegt, und einer Schulter 89 am
Aktorkopf 7 eingestellt. Die Einstellung des Soll-Abstandes
s erfolgt dabei über
die Höhe
h der Einstellscheibe 61.
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In 3 ist
ein Aktorkopf, ein Kopplerkolben und eine Einstellscheibe dargestellt
bei falscher Montage der Einstellscheibe.
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Bei
falscher Montage der Einstellscheibe 61 liegt die an der
Einstellscheibe 61 ausgebildete Wulst 85 auf der
oberen Stirnfläche 87 der
Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9 auf. Der Fortsatz 77 am
Kopplerkolben 9 ragt durch die Vertiefung 73 in
die Bohrung 79, die in der Einstellscheibe 61 ausgebildet
ist.
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Da
erfindungsgemäß der Durchmesser
des Fortsatzes 77 am Kopplerkolben kleiner ist als der Durchmesser
des Fortsatzes 71 am Aktorkopf 7 und auch der
Durchmesser der Borhung 79 demzufolge kleiner ist als der
Durchmesser des Fortsatzes 71 am Aktorkopf 7,
kann der Fortsatz 71 nicht in die Bohrung 79 eingeführt werden.
Bei falscher Montage der Einstellscheibe 61 liegt der Fortsatz 71 somit
auf der Einstellscheibe 61 auf.
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In
der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform
ist an der Bohrung 79 in der Einstellscheibe 61 an
der der Vertiefung 73 gegenüber liegenden Seite eine Fase 91 ausgebildet.
Abhängig vom
Durchmesser des Fortsatzes 71 ist es möglich, dass der Fortsatz 71 am
Aktorkopf 7 mit der Kugelschicht 75 bei falscher
Montage an der Fase 91 anliegt.
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Da
bei falscher Montage der Einstellscheibe 61 die Wulst 85 auf
der Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9 aufliegt
und der Fortsatz 71 am Aktorkopf 7 nicht in die
Bohrung 79 eingeführt
werden kann, ist der Abstand zwischen der oberen Stirnfläche 87 an der
Erweiterung 83 des Kopplerkolbens 9 und der Schulter 89 am
Aktorkopf 7 größer als
der Soll-Abstand
s. Der Abstand zwischen der Schulter 89 am Aktorkopf 7 und
der oberen Stirnfläche 87 der
Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9 erreicht einen
Wert von s + x. Dabei bedeutet x die Differenz zwischen dem tatsächlichen
Abstand zwischen der Schulter 89 und der oberen Stirnfläche 87 und
dem Soll-Abstand s. Bei falscher Montage nimmt der Abstand zwischen der
Schulter 89 am Aktorkopf 7 und der oberen Stirnfläche 87 der
Erweiterung 83 am Kopplerkolben 9 den Wert s +
x ein. An diesem zu großen
Wert lässt sich
die falsche Montage der Einstellscheibe 61. erkennen.