DE102007016866A1

DE102007016866A1 - Hochdichter Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102007016866A1
Application number: DE200710016866
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuegler; Thilo Kreher; Fridolin Zeck; Christian Wehr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10) mit einem Einspritzventilglied (38) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (38) über einen Aktor (12) direkt betätigt wird, mit welchem der Druck in einem das Einspritzventilglied (38) beaufschlagenden Steuerraum (34) über einen Koppler (14, 106) beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselplatte (70, 85, 100), über welche der Kopplerraum (106) und der Steuerraum (34) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen, vom Haltekörper (20) des Kraftstoffinjektors (10) umschlossen ist.

Description

Stand der Technik
DE 10 2004 035 280 A1 zeigt einen Kraftstoffinjektor mit direkter mehrstufiger Einspritzventilgliedansteuerung. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Einspritzventilglied zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine. Das Einspritzventilglied ist über einen Aktor direkt ansteuerbar. Dieser betätigt einen Druckübersetzer auf direktem Wege, mit welchem der Druck in einem das Einspritzventilglied beaufschlagenden Steuerraum beeinflussbar ist. Der Druckübersetzer umfasst einen ersten Übersetzerkolben und einen zweiten Übersetzerkolben, die über einen innerhalb einer Ausnehmung zwischen einer ersten Anschlagseite und einer zweiten Anschlagseite verfahrbaren Mitnehmer gekoppelt sind.
Der aus DE 10 2004 035 280 A1 bekannte Kraftstoffinjektor bezieht seine Hochdruckdichtheit zwischen den aneinander anliegenden Bauteilen Haltekörper, Drosselplatte sowie einer optional vorgesehenen Ventilplatte und dem Düsenkörper, in dem das Einspritzventilglied geführt ist, durch Aufeinanderpressen dieser Bauteile. Gegebenenfalls kann durch eine besondere Formgebung an den aneinander liegenden Planseiten der erwähnten Bauteile die Pressung zwischen diesen Bauteilen zusätzlich günstig beeinflusst werden. Es treten jedoch immer Leckagen auf, die zugelassen werden und die über einen Rücklauf wieder in den Kraftstofftank des Kraftstoffeinspritzsystems zurückgeführt werden. Damit geht die Leckölmenge zwar nicht verloren, jedoch wird der hydraulische Wirkungsgrad eines derartigen Kraftstoffinjektors durch die Größe der abströmenden Leckagemengen negativ beeinflusst.
Bei heute in der Entwicklung befindlichen rücklauffreien Kraftstoffinjektoren, wird die Vermeidung einer Rücklaufmenge angestrebt. Dazu ist es erforderlich, dass die Schnittstellen zwischen den einzelnen Bauteilen an rücklauffreien Kraftstoffinjektoren hochdicht ausgeführt sind. Erschwerend kommt der Umstand hinzu, dass der Bauteilverband der Basisbauteile Haltekörper, Drosselplatte, gegebenenfalls Ventilplatte und Düsenkörper mit darin geführtem Einspritzventilglied im Betrieb einem sehr hohen Systemdruck ausgesetzt sind. Durch den Systemdruck werden die genannten Bauteile, die im Allgemeinen innerhalb eines Schraubverbandes miteinander geführt und aneinander gepresst werden, durch den Systemdruck auseinander gedrückt. Damit wird die im Allgemeinen über eine Düsenspannmutter oder dergleichen aufgebrachte, die Pressung erzeugende Axialkraft herabgesetzt, da der Innendruck die erzeugte Axialkraft verringert, wodurch die Pressungen bei höheren Drücken tendenziell undicht werden.
Bei heute in Serie befindlichen Kraftstoffinjektoren sind die Dichtstellen, d. h. die Planseiten der plan aneinander liegenden Bauteile Haltekörper, Drosselplatte gegebenenfalls Ventilplatte und Düsenkörper schon grenzwertig zwischen einer plastischen Verformung des Werkstoffes und der erforderlichen Pressung ausgelegt. Die durch die Presskraft erzeugte Dichtheit reagiert nicht nur sensibel auf Pressungsschwankungen, sondern auch auf die Oberflächengüte und die Oberflächenform der aneinander liegenden Bauteile innerhalb des Schraubverbundes und die Geometrie der Oberfläche. Zudem können in der Nähe der im Allgemeinen als plane Dichtflächen ausgebildeten Dichtstellen angeordnete Verschraubungen die Dauerfestigkeit zusätzlich negativ beeinflussen.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an einem Kraftstoffinjektor einerseits die Anzahl der Dichtstellen zur Injektoraußenseite bzw. innerhalb des Injektors ausgebildete Injektorstoßstellen zu reduzieren und diese Dichtstellen als selbstverstärkende Dichtstellen auszubilden. Selbstverstärkende Dichtstellen verbessern die Dichtwirkung und werden durch den den Kraftstoffinjektor beaufschlagenden Systemdruck, d. h. den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in Dichtrichtung beaufschlagt, so dass die sich an den selbstverstärkenden Dichtstellen einstellende Dichtwirkung gesteigert wird. Des Weiteren werden Werkstoffspannungen, die aus der Verschraubung des Schraubverbundes, dem den Kraftstoffinjektor beaufschlagenden Systemdruck sowie aus der Applikation der Dichtung herrühren, entkoppelt, so dass das Spannungsniveau, welchem das Material ausgesetzt ist, aus dem die Bauteile des Kraftstoffinjektors gefertigt sind, herabgesetzt wird, was die Dauerfestigkeit eines derart ausgebildeten Kraftstoffinjektors vorteilhaft beeinflusst. Des Weiteren lassen sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung Montagevorteile erzielen hinsichtlich der Zentrierung der Bauteile, da zum Beispiel das Bauteil Drosselplatte durch den Haltekörper und je nach Ausführungsform auch der Düsenkörper durch die Drosselplatte geführt und ausgerichtet werden kann.
In einer ersten Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens wird das Bauteil Drosselplatte innenliegend ausgebildet, d. h. ist vom Haltekörper umschlossen. Gemäß dieser Lösung fällt eine plan ausgebildete Dichtfläche zwischen einer bisher dem Haltekörper zuweisenden Planseite der Drosselplatte und der Stirnseite des Haltekörpers, da die Drosselplatte nun in der Innenbohrung des Haltekörpers radial geführt ist. Des Weiteren kann durch diese Lösung die die axiale Presskraft erzeugende Düsenspannmutter verkürzt ausgebildet werden. Durch die erste Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens stellen sich Kostenvorteile hinsichtlich der Fertigung der Drosselplatte ein, da diese in einem kleineren Durchmesser gefertigt werden kann und statt der bisher in dieser ausgebildeten Bohrungen Nuten ausgebildet werden können. Ein in der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors angeordneter Koppler umfasst eine Kopplerfeder, die eine erhebliche größere Federkraft erzeugt, als die auf das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied wirkende Düsenfeder. Durch die größere Dimensionierung der Kopplerfeder ist ein sicheres Anliegen der Drosselplatte auf der Stirnseite des Düsenkörpers gegeben, was zusätzlich durch den Systemdruck unterstützt wird, da sich haltekörperseitig eine größere Druckfläche einstellt. Der im Kraftstoffinjektor gemäß der ersten Ausführungsform eingesetzte Koppler umfasst eine Kopplerhülse sowie einen Federteller, die in die Drosselplatte integrierbar sind, wenn die Anforderungen an die Hubgenauigkeit entsprechend sind. Gemäß dieser ersten Ausführungsform kann die Stoß-/Dichtstelle in verringerter Breite ausgeführt werden. Aneinander liegende Planseiten der Drosselplatte bzw. die ringförmig konfigurierte Stirnseite des Haltekörpers können leicht konvex ausgebildet sein. Des Weiteren kann eine definierte Dichtkante am Innendurchmesser des Haltekörpers erzeugt werden, in den gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors die Drosselplatte integriert ist.
In einer weiteren zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors kann die Drosselplatte an zumindest einer Stirnseite mit selbstverstärkend ausgebildeten Dichtlippen ausgeführt sein. Die zumindest an einer Stirnseite der Drosselplatte ausgebildeten selbstverstärkenden Dichtlippen können zum Beispiel ringförmig ausgebildet sein, so dass die Stoßstellen druckentkoppelt sind. In dieser Ausführungsform können die Kopplerhülse und der Federteller des Kopplers des Kraftstoffinjektors in die Drosselplatte integriert werden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Gemäß dieser Ausführungsvariante kann eine optimale Zentrierung des Düsenkörpers und damit des in diesem geführten nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes relativ zur Drosselplatte und zum Haltekörper erreicht werden. Die Stoßstellen des Haltekörpers bzw. des Düsenkörpers dienen nur der axialen Fixierung und sind nicht druckbelastet. Bei den gemäß dieser Ausführungsform eingesetzten selbstverstärkend wirkend ausgebildeten Dicht lippen wird die Dichtheit der Dichtlippen durch den Systemdruck verstärkt, mit dem das Innere des Kraftstoffinjektors beaufschlagt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Gegenseite der Dichtlippe, d. h. eine Ausnehmung im Düsenkörper bzw. eine Ausnehmung im Haltekörper bei Anordnung von selbstverstärkend wirkenden Dichtlippen an beiden Planseiten der Drosselplatte konisch verlaufend ausgebildet werden. Alternativ ist es möglich, die Dichtlippen mit einer ausgeprägten Dichtkante und in einem kleinen Übermaß auszubilden.
In einer weiteren Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens wird ebenfalls eine innenliegend angeordnete Drosselplatte eingesetzt, die in den Haltekörper integriert ist. Auch an dieser Drosselplatte ist an mindestens einer Planseite eine selbstverstärkend ausgelegte, ringförmig umlaufende Dichtlippe, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform ausgebildet. Die Stoßstellen sind druckentkoppelt. Auch gemäß dieser Ausführungsform kann die Kopplerhülse und der Federteller eines Kopplers gegebenenfalls in die Drosselplatte integriert werden. In dieser Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ist eine optimale Zentrierung des Düsenkörpers und des darin geführten Einspritzventilgliedes relativ zur Drosselplatte und relativ zum Haltekörper möglich. Das Gewinde, mit welchem die Düsenspannmutter am Außengewinde des Haltekörpers fixiert wird, ist druckentlastet und nimmt ausschließlich die durch die Verschraubung resultierenden Kräfte auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 einen Kraftstoffinjektor gemäß des Standes der Technik,
1.1 eine vergrößerte Darstellung der Dichtstellen zwischen Haltekörper und Drosselplatte sowie Drosselplatte und Düsenkörper mit teilweiser Darstellung der Düsenspannmutter,
2 ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors,
2.1 eine vergrößerte Darstellung des Haltekörpers mit integrierter Drosselplatte,
2.2 Ausführungsform der Drosselplatte gemäß 2.1 mit am Umfang verteilter Nuten,
3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors,
3.1 eine vergrößert wiedergegebene Darstellung der Drosselplatte mit an beiden Planseiten angeordneten selbstverstärkenden Dichtlippen,
3.2 die Ausgestaltung der in 3.1 dargestellten Dichtlippe mit Dichtkante,
3.3 die konische Ausgestaltung der durch die umlaufende Dichtlippe mit Selbstverstärkungswirkung kontaktierte Gegenseite des Düsenkörpers oder des Haltekörpers,
4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors,
4.1 und 4.2 Ausgestaltungsvarianten einer in den Haltekörper integrierten Drosselplatte, die an beiden Planseiten selbstverstärkend ausgebildete Dichtlippen aufweist.
Ausführungsformen
Der Darstellung gemäß 1 ist ein gemäß des Standes der Technik aufgebauter Kraftstoffinjektor ausgebildet als Schraubverbund mit einer Düsenspannmutter, zu entnehmen.
Aus 1 ist entnehmbar, dass ein Kraftstoffinjektor 10 mittels eines Aktors 12 betätigt ist, der hier als Piezoaktor in Form eines geschichteten Stapels aus Piezokristallen aufgebaut ist. Der Aktor 12 wirkt auf einen Koppler 14, an dem eine Kopplerhüllse 16 federbeaufschlagt gelagert ist, die einen Kopplerraum 106 begrenzt. Der Aktor 12 und der Koppler 14 sind im Hohlraum 18 eines Haltekörpers 20 des Kraftstoffinjektors 10 aufgenommen. Am Außenumfang des Haltekörpers 20 befindet sich ein Außengewinde 22, welches mit einem Innengewinde 52 einer Düsenspannmutter 50 zusammenwirkt.
Der Kraftstoffinjektor 10 gemäß 1 umfasst darüber hinaus eine Drosselplatte 24, deren erste Planseite durch Bezugszeichen 26 und deren zweite Planseite durch Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist. In der Drosselplatte 24 verläuft zumindest ein Drosselkanal 30.
Des Weiteren umfasst der Kraftstoffinjektor 10 gemäß der Darstellung in 1 einen Düsenkörper 32, in dem ein im Wesentlichen nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied 38 geführt ist.
Zwischen dem Düsenkörper 32 und der Drosselplatte 24 befindet sich ein Steuerraum 34, der durch eine Steuerraumhülse 36 begrenzt ist, die sich an einer Feder 40 abstützt. Durch die Feder 40 wird die den Steuerraum 34 begrenzende Steuerraumhülse 36 an die zweite Planseite 28 der Drosselplatte 24 angestellt.
Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38 erstreckt sich durch einen Druckraum 42, in dem ein Systemdruck p_sys herrscht, der durch ein nicht näher dargestelltes Hochdruckförderaggregat, wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe erzeugt wird, oder der in einem den Kraftstoffinjektor 10 beaufschlagenden Krafstoffhochdruckspeicher (Common-Rail) herrscht. Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38 ist in einer Führung 44 im Düsenkörper 32 geführt. Unterhalb der Führung 44, d. h. dem brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 32 zuweisend, befindet sich ein Ringraum 46, über welchen mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 im Düsenkörper 32 ausgebildete Einspritzöffnung 48 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar ist.
Wie aus 1 hervorgeht, werden die Komponenten Haltekörper 20, Drosselplatte 24 und Düsenkörper 32 über eine Düsenspannmutter 50 in einem Schraubverband montiert. Die Düsenspannmutter 50 umfasst einen Innengewindeabschnitt 52, der mit dem Außengewinde 22 des Haltekörpers 20 zusammenwirkt. Nach Beaufschlagung der Düsenspannmutter 50 mit einem definierten Anzugsdrehmoment, wird über diese eine Axialkraft in den Schraubverband der genannten Komponenten eingeleitet. Dadurch ergibt sich eine erste Dichtstelle 54 zwischen einer Ringfläche 56 des Haltekörpers 20 sowie der ersten Planseite 26 der Drosselplatte 24, und des Weiteren eine zweite Dichtstelle 60 zwischen der zweiten Planseite 28 der Drosselplatte 24 und einer Stirnseite 58 des Düsenkörpers 62.
In der Darstellung gemäß 1.1 ist der Bereich des Kraftstoffinjektors näher dargestellt, in dem sich die Dichtstellen befinden.
Wie aus der vergrößerten Darstellung gemäß 1.1 hervorgeht, werden in 1 dargestellten Schraubverbund nach Anzug der Düsenspannmutter 50 mit einem definierten Anzugsdrehmoment die erste Dichtstelle 54 zwischen der Fläche 56 des Haltekörpers 20 und der ersten Planseite 26 der Drosselplatte 24 gebildet und die zweite Dichtstelle 60 zwischen der Stirnseite 58 des Düsenkörpers 32 und der zweiten Planseite 28 der Drosselplatte 24. Wie aus 1.1 hervorgeht, erstreckt sich durch die Drosselplatte 24 der Drosselkanal 30, der den Kopplerraum 106 mit dem Steuerraum 34 hydraulisch verbindet. Vom Hohlraum 18, der durch Systemdruck beaufschlagt ist, erstreckt sich durch die Drosselplatte 24 eine durch Bezugszeichen 64 identifizierte Zulaufbohrung, über welche der Druckraum 42 mit Systemdruck p_sys beaufschlagt wird. Der Kopplerraum 106 unterhalb der Stirnseite des Kopplers 14 wird durch die Kopplerhülse 16 begrenzt, die ihrerseits durch eine Bezugszeichen 76 identifizierte Kopplerfeder an die erste Planseite 26 der Drosselplatte 24 im in 1 dargestellten Schraubverbund angepresst wird.
Bezugzeichen 62 bezeichnet einen Dichtkanteninnendurchmesser, der einerseits durch den Innenendurchmesser des Haltekörpers 20 an der Ringfläche 56 ausgebildet ist und andererseits an der Stirnseite 58 des Düsenkörpers 32 unterhalb der zweiten Planseite 28 der Drosselplatte 24.
Die im Zusammenhang mit 1 und 1.1 beim Kraftstoffinjektor 10, der gemäß des Standes der Technik ausgebildet ist, dargestellten Dichtstellen 54 bzw. 60, sind grenzwertig zwischen einer plastischen Verformung des Werkstoffes und der erforderlichen Pressung ausgelegt. Bei Beaufschlagung des Inneren des Kraftstoffinjektors 10 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff, wird der in 1 und 1.1 dargestellte Bauteilverband auseinandergedrückt, so dass die an den Dichtstellen 54 und 60 jeweils herrschende Pressung herabgesetzt wird und bei ständig zunehmenden Systemdrücken eine Tendenz zur Undichtheit des Schraubverbundes des Kraftstoffinjektors 10 entsteht.
Die Dichtstellen 54 bzw. 60 reagieren äußerst sensibel auf Pressungsschwankungen innerhalb des Schraubverbundes – wie in 1 dargestellt – wie auf Schwankungen der Oberflächengüte und der Oberflächenform. In der Nähe der Dichtstellen 54 bzw. 60 ausgebildete Verschraubungen können die Dauerfestigkeit des aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektors 10 zusätzlich negativ beeinflussen. Abhilfe wurde zum Beispiel durch den in 1.1 dargestellten und definierten Dichtkanteninnendurchmesser 62 geschaffen, sowie eine leicht konkave Ausbildung der einander an den Dichtstellen 54, 60 kontaktierenden Bauteile 20 und 24 bzw. 24 und 32.
2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10.
Der Darstellung gemäß 2 ist die erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Aus 2 geht hervor, dass der Kraftstoffinjektor 10 mittels eines als Piezoaktor ausgestalteten Aktors 12 betätigbar ist, der innerhalb des Hohlraums 18 des Haltekörpers 20 aufgenommen ist. Der Aktor 12 beaufschlagt den Kopplerkolben 14, an dem durch die Kopplerfeder 76 beaufschlagt, die Kopplerhülse 16 ausgebildet ist. Die Kopplerhülse 16 ist mit ihrer Beißkante an die erste Planseite 26 einer innenliegenden Drosselplatte 70 angestellt. Die Kopplerhülse 16 und die erste Planseite 26 der innenliegenden Drosselplatte 70 begrenzen den Kopplerraum 106. Auch die innenliegende Drosselplatte 70 ist von dem Drosselkanal 30 durchzogen. Aus der Schnittdarstellung gemäß 2 geht hervor, dass in dieser ersten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors 10 der Düsenkörper 32 direkt an die zweite Planseite 28 der innenliegenden Drosselplatte 70, d. h. vom Haltekörper 20 des Kraftstoffinjektors 12 umschlossenen Drosselplatte 70 angestellt ist. Analog zur Ausführungsform gemäß des Standes der Technik wird der Steuerraum 34 durch die Steuerraumhülse 36 begrenzt, die über die Feder 40, die sich an einem Bund des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 38 abstützt, an die zweite Planseite 28 der innenliegende Drosselplatte 70 angestellt wird.
Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38 ist in der Führung 44 im Düsenkörper 32 geführt. Unterhalb der Führung 44 befindet sich der Ringraum 46, über welchen am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 32 ausgebildete Einspritzöffnungen 48 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt werden, der im Druckraum 42, in dem Systemdruck p_sys herrscht, ansteht.
2.1 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches des Kraftstoffinjektors gemäß der Darstellung in 2, der eine innenliegende Drosselplatte umfasst.
Wie aus der Darstellung gemäß 2.1 hervorgeht, ist die innenliegende Drosselplatte 70 vom Haltekörper 20 des Kraftstoffinjektors 10 umschlossen. Durch die innenliegende Drosselplatte 70 erstreckt sich der Drosselkanal 30, der den Kopplerraum 106 des Kraftstoffinjektors 10 mit dem Steuerraum 34 verbindet. Wie aus 2.1 hervorgeht, erstreckt sich der Kopf des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 38 an der die Steuerraumhülse 36, beaufschlagt durch die Feder 40, aufgenommen ist, bis fast an die zweite Planseite 28 der vom Haltekörper 20 umschlossenen, innenliegenden Dros selplatte 70. In dieser sind im Unterschied zur Drosselplatte 24 gemäß der Darstellung in 1 am Umfang eine Anzahl von Nuten 74 für die Hochdruckversorgung des mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagten Druckraumes 42 vorgesehen. Während die in 1 in der Drosselplatte 24 ausgeführte Zulaufbohrung 64 im spanabhebenden Bohrungsverfahren gefertigt wird, können die am Umfang der innenliegenden Drosselplatte 70 ausgebildete Nuten 74 in fertigungstechnischer Weise einfacher hergestellt werden. Aufgrund des Umstandes, dass die innenliegende Drosselplatte 70 vom Haltekörper 20 umschlossen wird, ergibt sich im Vergleich zur Drosselplatte 24 in 1 eine Verringerung des Durchmessers der innenliegenden Drosselplatte 70. Dadurch können Gewicht und Kosten eingespart werden, was insbesondere bei einer Großserienanfertigung des Kraftstoffinjektors vorteilhaft zu Buche schlägt.
2.1 ist zu entnehmen, dass im Bereich der Ringfläche 56 des Haltekörpers 20 eine Dichtkante 80 in verringerter Breite 72 ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich aufgrund der Ausbildung dieser Stoß- bzw. Dichtstelle mit verringerter Breite 72 eine erhöhte Flächenpressung im Bereich der ersten Dichtstelle 54 zwischen dem Haltekörper 20 und dem Düsenkörper 32. Darüber hinaus ist die bei dem Kraftstoffinjektor gemäß des Standes der Technik vorgesehene zweite Dichtstelle 60 entfallen, da diese nunmehr in die Ebene der ersten Dichtstelle 54 verlagert ist, in der innenliegende Drosselplatte 70, Dichtkante 80 des Haltekörpers 20 und die Stirnseite 58 einander kontaktieren.
Aufgrund der wesentlich stärker ausgelegten Kopplerfeder 76, welche die Kopplerhülse 16 beaufschlagt, liegt die innenliegende Drosselplatte 70 sicher an der Stirnseite 58 des Düsenkörpers 32 an. Zusätzlich wird eine Druckunterstützung erreicht, da auf Seiten des Haltekörpers 20 eine größere wirksame hydraulische Druckfläche vorliegt. Die in den 2 und 2.1 dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 gestattet zudem im Vergleich zur Darstellung gemäß 1 eine kürzer bauende Düsenspannmutter 50, da die Axiallänge, die durch die in Bezug auf den Haltekörper 20 in 1 außenliegend angeordnete Drosselplatte 24 erzeugt wird nunmehr entfällt, da die innenliegende Drosselplatte 70 vom Haltekörper 20 umschlossen ist.
Der Darstellung gemäß 2.2 ist entnehmbar, dass die am Umfang der innenliegenden Drosselplatte 70 verteilten Nuten 74 zur Hochdruckversorgung in einer Winkelteilung von etwa 60° zueinander angeordnet sind. In 2.2 ist gemäß des Schnittverlaufes in 2.1 die zweite Planseite 28 der innenliegenden Drosselplatte 70 wiedergegeben. Anstelle der in der Darstellung gemäß 2.2 gezeigten 6 in einer Umfangswinkelteilung von 60° an der innenliegenden Drosselplatte 70 ausgebildeten Nuten 74, kann auch eine geringere Anzahl von Nuten 74, verteilt am Umfang der innenliegenden Drosselplatte 70 vorgesehen sein.
Der Darstellung gemäß 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors zu entnehmen. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass auch gemäß dieser weiteren, zweiten Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens der Kraftstoffinjektor 10 durch einen Aktor 12 betätigt ist. Der Aktor 12 ist zum Beispiel als Piezoaktor ausgebildet, der den Koppler 14 betätigt. Am Umfang des Kopplers 14 ist eine in 3.1 teilweise dargestellte Kopplerfeder 76 aufgenommen. Die Kopplerfeder 76 beaufschlagt die am Koppler 14 aufgenommene Kopplerhülse 16, die einer Drosselplatte 85 mit Dichtelementen angestellt ist und den in 3.1 dargestellten Kopplerraum 106 begrenzt. Der Aktor 12 ist im Hohlraum 18 des Haltekörpers 20 aufgenommen. Der Haltekörper 20 umfasst das Außengewinde 22, welches mit dem Innengewinde 52 der Düsenspannmutter 50 zusammenwirkt.
Die in 3 dargestellte Drosselplatte 85 mit Dichtelementen weist einen Drosselkanal 30 auf sowie die Zulaufbohrung 64.
Aus 3 geht hervor, dass die Drosselplatte 85 mit Dichtelementen an beiden Planseiten (vgl. auch 3.1) ringförmig verlaufende Dichtelemente aufweist, welche die erste Dichtstelle 54 sowie die zweite Dichtstelle 60 mit dem Haltekörper 20 bzw. mit dem Düsenkörper 32 bilden.
Der Steuerraum 34 wird von der Steuerraumhülse 36 begrenzt, die durch Vorspannung der Feder 40 an die Drosselplatte 85 mit Dichtelementen angestellt ist. Die Steuerraumhülse 36 befindet sich in dem Druckraum 42, der mit Systemdruck p_sys beaufschlagt ist. Durch diesen erstreckt sich das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38. An diesem ist ein Bund vorgesehen, an dem sich die Feder 40 abstützt, welche die Steuerraumhülse 36 gegen die Unterseite der Drosselplatte 85 mit Dichtelementen anstellt. Das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38 erstreckt sich durch den Düsenkörper 32 und ist in einem in dieser ausgebildeten Führung 44 geführt. Unterhalb der Führung 44 des Düsenkörpers 32 befindet sich der Ringspalt 26, welcher in die am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 32 ausgebildete mindestens eine Einspritzöffnung 48 mündet.
Der Düsenkörper 32, die Drosselplatte 85 mit Dichtelementen und der Haltekörper 20 werden über die Düsenspannmutter 50 in axiale Richtung einen Schraubverband bildend, ver schraubt, wodurch die genannten Komponenten eine in axiale Richtung wirkende Vorspannung erfahren.
Der Darstellung gemäß 3.1 ist in vergrößerter Darstellung die im Kraftstoffinjektor gemäß 3 enthaltene Drosselplatte mit Dichtelementen zu entnehmen.
Aus 3.1 geht hervor, dass in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors an der ersten Planseite 26 eine ringförmig verlaufende selbstverstärkende Dichtung und an der zweiten Planseite 28 der Drosselplatte 85 eine weitere, zweite selbstverstärkende Dichtung verläuft. Die erste und die zweite selbstverstärkende Dichtung 86 bzw. 88 sind ringförmig ausgelegt und verlaufen in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 in unterschiedlichen Innen- bzw. Außendurchmessern.
Gemäß der Darstellung in 3.1 befindet sich die Drosselplatte 85 zwischen dem Haltekörper 20 und dem Düsenkörper 32. Die Drosselplatte 85 mit mindestens einem Dichtelement bildet eine erste Stoßstelle 82 mit dem Haltekörper 20 aus. An dieser ersten Stoßstelle 82 herrscht lediglich eine axiale Fixierung und keine Druckbelastung. Gleiches gilt für eine zweite Stoßstelle 84, welche zwischen der zweiten Planseite 28 der Drosselplatte 85 mit mindestens einem Dichtelement und der Stirnseite des dieser gegenüberliegenden Düsenkörpers 32 ausgebildet ist. Auch hier herrscht lediglich eine axiale Fixierung und keine Druckbeaufschlagung.
Durch den im Inneren des Kraftstoffinjektors, d. h. im Hohlraum 18 und auch im Druckraum 42 herrschenden Systemdruck p_sys, werden die Innenflächen der selbstverstärkenden Dichtungen 86, 88 gegen die diese umschließenden Anlageflächen des Haltekörpers 20 bzw. des Düsenkörpers 32 gestellt. Es stellt sich eine in radiale Richtung wirkende Radialdichtkraft 92 ein, wie in der Darstellung gemäß 3.1 durch Pfeile angedeutet ist. Während die Stoßstellen 82, 84 druckentkoppelt sind, bewirkt der im Inneren des Kraftstoffinjektors herrschende Systemdruck p_sys eine Selbstverstärkung der Dichtwirkung der Dichtlippen. Durch die beiden an den einander gegenüberliegenden Planseiten 26 bzw. 28 der Drosselplatte 85 mit mindestens einem Dichtelement ausgebildeten selbstverstärkenden Dichtungen 86, 88 wird des Weiteren eine optimale Zentrierung der Drosselplatte 85 in Bezug auf den Düsenkörper 32 und in Bezug auf den Haltekörper 20 erreicht.
In den Darstellungen gemäß der 3.2 und 3.3 sind die Kontaktbereiche der selbstverstärkenden Dichtungen mit ihren Anlageflächen in vergrößertem Maßstab wiedergegeben.
Aus der Darstellung gemäß 3.2 ergibt sich zum Beispiel, dass die Drosselplatte 85 eine erste oder eine zweite selbstverstärkende Dichtung 86, 88 in Ringform aufweist, an deren Außenumfang eine Dichtlippe 94 verläuft. Diese Dichtlippe 94 liegt an einer Anlagefläche 96, sei es des Haltekörpers 20, sei es des Düsenkörpers 32 an.
Alternativ zur Ausgestaltung der selbstverstärkenden Dichtungen an der Drosselplatte mit mindestens einem Dichtelement kann – wie in 3.3 dargestellt – die Anlagefläche 96 sowohl des Haltekörpers 20 als auch des Düsenkörpers 32 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10 an einem Kegelwinkel 90, wie in 3.3 angedeutet, ausgebildet werden. Je nach Wahl des Kegelwinkels entsprechend zu dem die Konizität der Anlagefläche 96 ausgebildet ist, ergibt sich ein Presssitz der jeweiligen selbstverstärkenden Dichtung 86 bzw. 88 an der entsprechenden Anlagefläche 96, sei es des Haltekörpers 20, sei es des Düsenkörpers 32 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der in den 3 bis 3.3 dargestellten zweiten Ausführungsform.
Der Darstellung gemäß 4 ist eine weitere, dritte Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Aus dieser Ausführungsform geht hervor, dass der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor 10 eine radial umschlossene, innenliegend angeordnete Drosselplatte 100 ähnlich wie in Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben, umfasst.
Der Kraftstoffinjektor 10 wird durch den Aktor 12 betätigt, der im Hohlraum 18 des Haltekörpers 20 aufgenommen ist. Der Aktor 12, bei dem es sich zum Beispiel um einen Piezoaktor handelt, beaufschlagt den Koppler 14, an dem eine Kopplerhülse 16 die federbeaufschlagt angeordnet ist, aufgenommen ist. Diese ist aufgrund der Federwirkung an die radial umschlossene Drosselplatte 100 angestellt. Die radial umschlossene Drosselplatte umfasst – wie in der Darstellung gemäß 4.1 und 4.2 genauer dargestellt – selbstverstärkende Dichtungen 86 bzw. 88, die die erste Dichtstelle 54 in Bezug auf den Haltekörper 20 und die zweite Dichtstelle 60 in Bezug auf den Düsenkörper 32 des Kraftstoffinjektors 10 in dieser Ausführungsform darstellen.
Wie aus der Darstellung gemäß 4 weiter hervorgeht, wird die radial umschlossene Drosselplatte 100 einerseits von einem Drosselkanal 30 durchzogen und andererseits von einer Zulaufbohrung 64. Über die Zulaufbohrung 64 gelangt der unter Systemdruck stehende, das Innere des Kraftstoffinjektors 10 beaufschlagende Kraftstoff in den Druckraum 42. Im Druckraum 42 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß 4 befindet sich das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38. An diesem ist die Steuerraumhülse 36 aufgenommen, die den in Zusammenhang mit 4.1 und 4.2 näher dargestellten Steuerraum 34 begrenzt. Die Steuerraumhülse 36 ist federbeaufschlagt an die radial vom Haltekörper 20 umschlossene Drosselplatte 100 angestellt.
4 zeigt weiterhin, dass das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 38 den Düsenkörper 32 durchsetzt und in einer im Düsenkörper 32 ausgebildeten Führung 44 geführt ist. Unterhalb derselben verläuft der Ringspalt 46, über welchen mindestens einer Einspritzöffnung 48 am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 32 unter Systemdruck p_sys stehender Kraftstoff zugeführt werden kann.
Wie 4 weiter zeigt, bilden der Haltekörper 20, die in diesem aufgenommene radial umschlossene Drosselplatte 100 und der Düsenkörper 32 einen Schraubverband, in den die Axialkraft durch die Düsenspannmutter 50 eingeleitet wird, die mit ihrem Innengewinde 52 am Außengewinde 22 des Haltekörpers 20 unter Aufbringung eines definierten Anzugsdrehmomentes verschraubt ist.
Der Darstellung gemäß 4.1 geht eine erste Ausführungsvariante der in 4 dargestellten radial umschlossenen Drosselplatte hervor.
4.1 zeigt, dass die radial vom Haltekörper 20 umschlossene Drosselplatte 10 in einer Drosselplattendicke 102 ausgebildet ist. Die Drosselplattendicke 102 bezeichnet den Abstand zwischen der ersten Planseite 26 und der zweiten Planseite 28 der radial umschlossenen Drosselplatte 100. An jeder der beiden Planseiten 26 bzw. 28 verläuft eine ringförmig ausgebildete selbstverstärkende Dichtung 86, 88. In der Darstellung gemäß 4.1 liegen die beiden an den Planseiten 26, 28 jeweils ausgebildeten selbstverstärkenden Dichtungen 86 bzw. 88 in unterschiedlichen Durchmessern vor und liegen demzufolge an unterschiedlichen Innendurchmessern des Haltekörpers 20 bzw. des Düsenkörpers 32 an.
Aus 4.1 geht weiterhin hervor, dass gemäß dieser Ausführungsform die erste Dichtstelle 54 zwischen der ersten selbstverstärkenden Dichtung 86 und der Innenseite des Haltekörpers 20 und die zweite Dichtstelle 60 durch die zweite selbstverstärkende Dichtung 88 an der radial umschlossenen Drosselplatte 100 gebildet wird. Diese ist vom Drosselkanal 30 durchzogen, welche den Kopplerraum 106 mit dem Steuerraum 34 hydraulisch verbindet. Vom Hohlraum 18 des Haltekörpers 20 aus erstreckt sich die Zulaufbohrung 64, durch welche der Druckraum 42 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird.
Aufgrund des im Inneren des Kraftstoffinjektors 10 herrschenden Systemdruck p_sys, der sowohl im Hohlraum 18 als auch im Druckraum 42 herrscht, werden die erste selbstverstärkende Dichtung 86 sowie die zweite selbstverstärkende Dichtung 88 in radiale Richtung an ihre entsprechenden Anlageflächen am Haltekörper 20 und im Düsenkörper 32 angestellt bzw. angedrückt. Dadurch stellen sich die im Zusammenhang mit 3.1 bereits dargestellten und diskutierten Radialdichtkräfte 92 ein.
Des Weiteren kommt es gemäß der Darstellung in 4.1 zur Ausbildung einer ersten Stoßstelle 82 zwischen der Stirnfläche 56 und des Haltekörpers 20 und der Stirnseite 58 des Düsenkörpers 32. Die erste Stoßstelle 82 ist analog zur Ausführungsform gemäß 3, 3.1, 3.2 und 3.3 druckentkoppelt. Des Weiteren lässt sich eine optimale Zentrierung des Düsenkörpers 32 durch die zweite selbstverstärkende Dichtung 88 relativ zur radial umschlossenen Drosselplatte 100 erzielen sowie eine optimale Zentrierung dieser radial umschlossenen Drosselplatte 100 durch die erste selbstverstärkende Dichtung 86 in Bezug auf den Haltekörper. Aufgrund des im Inneren des Kraftstoffinjektors 10 gemäß 4.1 herrschenden Innendruckes erfolgt eine selbstverstärkende Wirkung, d. h. ein radiales Anpressen der ersten und zweiten selbstverstärkenden Dichtung 86, 88 an die entsprechenden Anlageflächen des Haltekörpers 20 und des Düsenkörpers 32.
4.2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der radial umschlossenen Drosselplatte, die in einer zweiten Drosselplattendicke ausgebildet ist. Auf 4.2 geht hervor, dass der Kopplerraum 106 unmittelbar durch die radial umschlossene Drosselplatte 100 dargestellt wird, die verschiebbar am Koppler 14 aufgenommene Kopplerhülse 16 ist gemäß der Ausführungsform in 4.2 entfallen. Daher stützt sich die Kopplerfeder 76 unmittelbar auf einen Teil der ersten Planseite 26 der radial umschlossenen Drosselplatte 100 ab. An der zweiten Planseite 26 der radial umschlossenen Drosselplatte 100 befindet sich die erste selbstverstärkende Dichtung 86, die mit einer korrespondierenden Anlagefläche des Haltekörpers 20 die erste Dichtstelle 54 bildet.
Analog dazu verläuft an der zweiten Planseite 28 der radial umschlossenen Drosselplatte 100 die zweite selbstverstärkende Dichtung 88, die ihrerseits mit einer entsprechenden Anlagefläche im Innenbereich des Düsenkörpers 32 zusammenwirkt.
Unterhalb des Kopplerraumes 106 in der radial umschlossenen Drosselplatte 100 befindet sich der Drosselkanal 30, der den Steuerraum 34 und den Kopplerraum 106 hydraulisch miteinander verbindet; ferner ist die radial umschlossene Drosselplatte 100 von der Zulaufbohrung 56 durchzogen.
In dieser Ausführungsform liegt die Dichtstelle 54 mit Systemdruck beaufschlagtem Hohlraum 18 des Haltekörpers 20 und die zweite Dichtfläche 60 im vom Systemdruck beaufschlagten Druckraum 42 im Düsenkörper 32. Beiden Dichtstellen 54, 60 ist gemeinsam, dass die selbstverstärkenden Dichtunten 86 bzw. 88 in radiale Richtung entsprechend einer Radialdichtkraft 92 (vgl. 3) an die entsprechenden diese umschließenden Anlageflächen des Haltekörpers 20 und des Düsenkörpers 32 angestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004035280 A1 [0001, 0002]

Claims

Kraftstoffinjektor (10) mit einem Einspritzventilglied (38) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (38) über einen Aktor (12) direkt betätigt wird, mit welchem der Druck in einem das Einspritzventilglied (38) beaufschlagenden Steuerraums (34) über einen Koppler (14, 106) beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselplatte (70, 85, 100), über welche der Kopplerraum (106) und der Steuerraum (34) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen, vom Haltekörper (20) des Kraftstoffinjektors (10) umschlossen ist.
Kraftstoffinjektor (10) mit einem Einspritzventilglied (38) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (38) über einen Aktor (12) direkt betätigt wird, mit welchem der Druck in einem das Einspritzventilglied (38) beaufschlagenden Steuerraums (34) über einen Koppler (14, 106) beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselplatte (85, 100) an mindestens einer ihrer Planseiten (26, 28) mindestens ein selbstverstärkendes Dichtelement (86, 88) aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Dichtstelle (54) zwischen dem Düsenkörper (32) und dem Haltekörper (20) an einer in reduzierter Breite (72) ausgebildeten Ringfläche (56) des Haltekörpers (20) liegt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Dichtstelle (54) bildenden Flächen (56, 58) eine konvexe Form (78) aufweisen.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Haltekörper (20) umschlossene Drosselplatte (70) an ihrem Umfang eine Anzahl von Nuten (74) zur Hochdruckversorgung eines im Düsenkörper (32) ausgebildeten Druckraumes (42) aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (85, 100) bevorzugt an beiden Planseiten (26, 28) jeweils eine selbstverstärkende Dichtung (86, 88) aufweist, welche die erste Dichtstelle (54) zum Haltekörper (20) und eine zweite Dichtstelle (60) zum Düsenkörper (32) bilden.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlraum (18) des Haltekörpers (20) und ein Druckraum (42) im Düsenkörper (32) durch Systemdruck p_sys beaufschlagt sind, welcher an der mindestens einen selbstverstärkenden Dichtung (86, 88) eine Radialdichtkraft (92) erzeugt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) und/oder der Düsenkörper (32) an der ersten Dichtstelle (54) und/oder der zweiten Dichtstelle (60) eine Anlagefläche (96) aufweist, die in einer Konizität (90) ausgeführt ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine selbstverstärkende Dichtung (86, 88) im Kontaktbereich zur Anlagefläche (96) des Haltekörpers und/oder des Düsenkörpers (32) eine ausgeprägte Dichtkante (94) aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (85, 100) einen Drosselkanal (30) aufweist, über welchen der Kopplerraum (106) des Kopplers (14) und der Steuerraum (34) zur Betätigung des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes (38) hydraulisch in Verbindung stehen und zumindest eine Zulaufbohrung (64) aufweist, über welchen der Hohlraum (18) des Haltekörpers (20) und der Druckraum (42) des Düsenkörpers (32) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (85, 100) durch die erste selbstverstärkende Dichtung (86) zum Haltekörper (86) zentriert ist und durch die zweite selbstverstärkende Dichtung (88) zum Düsenkörper (32) zentriert ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ringfläche (56) des Haltekörpers (20) und der ersten Planseite (26) der Drosselplatte (85) eine erste druckentkoppelte Stoßstelle (82) und zwischen der zweiten Planseite (28) der Drosselplatte (85) und der Stirnseite (58) des Düsenkörpers (32) eine zweite druckentkoppelte Stoßfläche (84) gebildet werden.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (100) in einer ersten Drosselplattendicke (102) oder einer zweiten Drosselplattendicke (104) ausgebildet ist, den Drosselkanal (30) und die Zulaufbohrung (64) enthält, vom Haltekörper (20) umschlossen ist und dieser mit der Ringfläche (56) und der zweiten Planseite (28) mit der Stirnseite (58) des Düsenkörpers (32) die erste druckentlastete Stoßstelle (82) bildet.