DE102008001601A1 - Kraftstoff-Injektor sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem mehrteiligen, eine Steuerstange (11) und eine Düsennadel (12) umfassenden, zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Einspritzventilelement (10). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerstange (11) und die Düsennadel (12) mittels eines Verbindungselementes (13) aneinander festgelegt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines mehrteiligen, eine Steuerstange und eine Düsennadel umfassenden, Einspritzventilelementes für einen Kraftstoff-Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Aus der DE 10 2006 012 078 A1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor bekannt, dessen Einspritzventilelement mit Hilfe eines Steuerventils (Servo-Ventil) ansteuerbar ist. Das Einspritzventilelement ist bei dem bekannten Kraftstoff-Injektor zweiteilig ausgeführt, wobei eine eine Steuerkammer begrenzende Steuerstange und eine mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkende Düsennadel über einen hydraulischen Übersetzer miteinander wirkverbunden sind. Der bekannte Kraftstoff-Injektor ist ohne eine Niederdruckstufe ausgeführt, sodass die Leckagemenge des Injektors gegenüber anderen bekannten Injektoren deutlich reduziert ist. Nachteilig ist jedoch der komplexe Aufbau der hydraulischen Wirkverbindung zwischen der Steuerstange und der Düsennadel.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Kraftstoff-Injektor mit einem mehrteiligen Einspritzventilelement vorzuschlagen. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Herstellen eines mehrteiligen Einspritzventilelementes für einen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen.
  • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoff-Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Steuerstange und die Düsennadel unter Einsatz mindestens eines Verbindungselementes fest miteinander zu verbinden. Dabei wird an der Verbindungsstelle zwischen Steuerstange und Düsennadel bewusst auf einen hydraulischen Koppler verzichtet, um die Fertigung, insbesondere die Montage, zu vereinfachen und um einen unmittelbaren Gleichlauf zwischen Steuerstange und Düsennadel zu realisieren. Anders ausgedrückt ist bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kraftstoff-Injektor vorgesehen, die Steuerstange und die Düsennadel unter Einsatz mindestens eines Verbindungselementes dauerhaft mechanisch miteinander zu verbinden, um die im Betrieb auftretenden Kräfte unmittelbar übertragen zu können. Der Einsatz eines, insbesondere dünnen, vorzugsweise aus Metall bestehenden, Verbindungselementes hat gegenüber einer unmittelbaren Verbindung aus Steuerstange und Düsennadel den Vorteil, dass eine gewisse Elastizität der Verbindung aus Steuerstange und Düsennadel auf einfache Weise realisiert wird, wodurch insbesondere punktuelle, harte Kraftverläufe im Betrieb des Injektors vermieden werden. Das resultierende, mehrteilige Einspritzventilelement verhält sich im Wesentlichen wie ein einteiliges Einspritzventilelement, ermöglicht es jedoch, beispielsweise durch eine unterschiedliche Materialwahl von Steuerstange und Düsennadel auf die jeweiligen Erfordernisse optimal zu reagieren. So kann die Düsennadel zur Minimierung eines Verschleißes beispielsweise aus einem härteren Material ausgebildet werden, als die Steuerstange. Auch ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Steuerstange zusätzlich mittels eines Verbindungselementes an einem Führungsbauteil festgelegt ist, das vorzugsweise während der axialen Verstellbewegung in einem Injektorbauteil geführt ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Injektorbauteil um eine Hülse oder einen hülsenförmigen Abschnitt eines Plattenelementes. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors, bei der dieser ein integriertes Kraftstoff-Speichervolumen aufweist, um hierdurch Einspritztoleranzen bei der Mehrfacheinspritzung zu reduzieren. Besonders bevorzugt ist die Verbindungsstelle zwischen Steuerstange und Düsennadel mit dem Verbindungselement unmittelbar in einem derartigen Speichervolumen, also von Hochdruck umgeben, angeordnet und a xial innerhalb des Speichervolumens verstellbar. Von besonderem Vorteil ist es, dem mehrteiligen Einspritzventilelement, vorzugsweise unmittelbar der Steuerstange, ein oben liegendes Steuerventil (Servo-Ventil) zuzuordnen, mit dem die Steuerstange und damit unmittelbar die Düsennadel ansteuerbar sind. Von besonderem Vorteil ist die Realisierung der Erfindung bei einem Kraftstoff-Injektor, mit einem langen Einspritzventilelement, dessen Gesamtlänge 100 mm überschreitet, da sich gerade hier ein mehrteiliger Aufbau des Einspritzventilelementes anbietet.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Verbindungselement material- und/oder formschlüssig mit der Steuerstange und/oder der Düsennadel verbunden ist. Dabei kann ein Materialschluss beispielsweise durch Verschweißen des Verbindungselementes mit der Steuerstange und/oder der Düsennadel realisiert werden. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Verbindungselement formschlüssig mit der Steuerstange und/oder der Düsennadel durch Einsatz eines sogenannten Magnetumformprozesses verbunden wurde/ist. Besonders bevorzugt wird dabei bewusst auf eine zusätzliche materialschlüssige Verbindung verzichtet. Bei einer Magnetumformung werden durch den Einsatz mindestens einer Magnetspule auf das Verbindungselement, vorzugsweise nach radial innen wirkende, Umformkräfte erzeugt, die eine Verformung des Verbindungselementes bewirken, derart, dass sich das Verbindungselement formschlüssig mit der Steuerstange und/oder der Düsennadel verbindet. Das Festlegen des Verbindungselementes an der Steuerstange und der Düsennadel durch Magnetumformung hat den großen Vorteil, dass die Umformung berührungslos durchgeführt wird, wodurch punktuelle (unsymmetrische) Verformungen, wie Kerben, etc., wie sie bei mechanischen Formge bungsverfahren zwangsläufig auftreten, vermieden werden. Bevorzugt wird das Verbindungselement derart verformt, dass es sowohl einen Verbindungsabschnitt der Steuerstange als auch einen Verbindungsabschnitt der Düsennadel hintergreift und somit eine dauerhafte Verbindung zwischen der Steuerstange und der Düsennadel realisiert.
  • Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Verbindungselement derart angeordnet ist, bzw. der Magnetumformprozess derart ausgeführt wird/wurde, dass auf die Steuerstange und die Düsennadel eine axiale Anpresskraft (Spannkraft) wirkt, die die Steuerstange und die Düsennadel mit Hilfe des Verbindungselementes in Richtung aufeinander zu dauerhaft kraftbeaufschlagt. Insbesondere dann, wenn die axialen Kontaktflächen von Steuerstange und Düsennadel eine gute Rechtwinkligkeit zu den Längsmittelachsen der Steuerstange und der Düsennadel aufweisen, kann hierdurch eine Verbindung von Düsennadel und Steuerstange mit geringem Winkelfehler erzielt werden. Alternativ kann eine Ausrichtung der Düsennadel und der Steuerstange relativ zueinander unmittelbar über das Verbindungselement erfolgen.
  • Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Verbindungselement als Verbindungshülse ausgebildet ist, die vorzugsweise den Verbindungsbereich aus Steuerstange und Düsennadel radial außen umschließt. Im Hinblick auf eine symmetrische Kraftübertragung ist eine Ausführungsform des Verbindungselementes als rotationssymmetrisches Element bevorzugt. Dabei kann die Verbindungshülse zum Festlegen der Steuerstange an der Düsennadel über die Düsennadel oder die Steuerstange hin zur Verbindungsstelle verschoben werden. Alternativ ist es möglich, sowohl die Düsennadel als auch die Steuerstange in einander entgegen gesetzte Richtungen in die Verbindungshülse einzuführen und daraufhin die Verbindungshülse, insbesondere durch einen Magnetumformungsprozess, nach radial innen zu verformen und dabei formschlüssig sowohl mit der Steuerstange als auch mit der Düsennadel zu verbinden.
  • Um Verspannungen der Düsennadel innerhalb des Kraftstoff-Injektors durch Fertigungsungenauigkeiten zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass an der Steuerstange und/oder an der Düsennadel ein Schwächungsbereich vorgesehen ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um mindestens einen Bereich geringerer seitlicher Biegesteifigkeit, wodurch eine Art Festkörpergelenk gebildet wird, das in gewissen Grenzen eine elastische Verformung der Steuerstange und/oder der Düsennadel bzw. des gebildeten Einspritzventilelementes zulässt. Durch das Vorsehen mindestens eines Schwächungsbereichs an der Steuerstange und/oder der Düsennadel kann die erforderliche Prozessgenauigkeit bei der Verbindungsherstellung reduziert und damit die Fertigungskosten weiter minimiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der mindestens eine Schwächungsbereich axial benachbart zu dem Verbindungselement angeordnet ist. Bevorzugt ist der mindestens eine Schwächungsbereich durch eine am Außenumfang der Steuerstange oder der Düsennadel vorgesehene Umfangsnut realisiert.
  • Um ein symmetrisches Strahlbild von einzuspritzendem Kraftstoff zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Düsennadel möglichst exakt zu führen. Insbesondere sollte es möglich sein, Ungenauigkeiten der Verbindung aus Steuerstange und Düsennadel auszugleichen, wodurch insgesamt die Toleranzanforderungen an die Verbindung aus Steuerstange und Düsenna del reduziert werden können. Besonders bevorzugt wird hierzu eine Führungshülse eingesetzt, die die Düsennadel führt. Bevorzugt stützt sich diese Führungshülse über eine Druckfeder an der Düsennadel, insbesondere an einer Schulter der Düsennadel, ab.
  • Um eine möglichst exakte Führung der Düsennadel zu realisieren, ist die Führungshülse bevorzugt im Bereich des freien Endes der Düsennadel angeordnet, also bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Düsennadelsitz. Zumindest sollte gewährleistet sein, dass sich die Führungshülse im Bereich der unteren, d. h. dem Düsennadelsitz zugewandten, Hälfte der Düsennadel befindet, besonders bevorzugt im Bereich des unteren Drittels.
  • Wie eingangs erwähnt, eignet sich die vorgeschlagene Verbindung aus Steuerstange und Düsennadel insbesondere für Injektoren, bei denen das Einspritzventilelement länger als 100 mm ist.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftstoff-Injektor um einen Injektor ohne Niederdruckstufe, wobei das Verbindungselement, vorzugsweise vollständig, von Hochdruck umgeben in einem integralen Kraftstoffspeicher des Kraftstoff-Injektors angeordnet ist.
  • Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrteiligen, eine Steuerstange und eine Düsennadel umfassenden, Einspritzventilelementes. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerstange und die Düsennadel dauerhaft unter Einsatz mindestens eines Verbindungselementes aneinander festgelegt werden. Bevorzugt wird das Verbindungselement dabei mit der Steuerstange und/oder der Düsen nadel material- und/oder formschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt ist es, das Verbindungselement ausschließlich formschlüssig mit der Steuerstange und der Düsennadel, besonders bevorzugt durch Magnetumformung, festzulegen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
  • 1 einen Kraftstoff-Injektor mit einem zweiteiligen Einspritzventilelement, wobei eine Steuerstange und eine Düsennadel über ein Verbindungselement formschlüssig miteinander verbunden sind und
  • 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors, bei der das mehrteilige Einspritzventilelement mit Hilfe einer Führungshülse geführt ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
  • Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten, Kraftstoff-Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Druckraum 6 (Hochdruckbereich) des Kraftstoff-Injektors 1, der als Mini-Rail, also als integraler Kraftstoffspeicher, dient. Aus dem Druckraum 6 strömt der Kraftstoff bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor 1 ist über einen Injektorrücklaufanschluss 7 an eine Rücklaufleitung 8 und über diese an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.
  • Innerhalb eines Injektorkörpers 9 ist ein mehrteiliges Einspritzventilelement 10 aufgenommen und in axialer Richtung verstellbar. Das Einspritzventilelement 10 besteht aus einer (oberen) Steuerstange 11 und einer (unteren) Düsennadel 12, wobei die Steuerstange 11 an der Düsennadel 12 über ein hülsenförmiges Verbindungselement 13 festgelegt ist, das formschlüssig an der Steuerstange 11 und der Düsennadel 12 gehalten ist. Die Düsennadel 12 ist an ihrem Außenumfang in einem mittleren Bereich am Innenumfang einer Bohrung 14 in einem axial an den Injektorkörper 9 angrenzenden Düsenkörper 15 geführt. Der Düsenkörper 15 ist mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Injektorkörper 9 verspannt.
  • Die Düsennadel 12 des Einspritzventilelementes 10 weist an ihrer Spitze 16 eine Schließfläche 17 auf, mit welcher das Einspritzventilelement 10 in eine dichte Anlage an einem innerhalb des Düsenkörpers 15 ausgebildeten Düsennadelsitz 18 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 10, genauer die dem Düsennadelsitz 18 zugewandte Düsennadel 12, am Düsennadelsitz 18 anliegt, d. h., sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 19 gesperrt. Ist das Einspritzventilelement 10 dagegen vom Düsennadelsitz 18 abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Düsenraum 6 durch in einem Führungsabschnitt 20 am Außenumfang der Düsennadel 12 durch Anschliffe gebildete Axialkanäle 21 in einen in der Zeichnungsebene unteren, radial zwischen der Düsennadel 12 und dem Düsenkörper 15 ausgebildeten, Ringraum 22 an dem Düsennadelsitz 18 vorbei zur Düsenlochanordnung 19 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in den Brennraum gespritzt werden. Die Axialkanäle 21 sind bevorzugt als Drosselkanäle ausgebildet, um eine geringfügige Drosselung des Kraftstoffes auf dem Weg zur Düsenlochanordnung 19 zu realisieren. Hierdurch wird die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilelementes 10 optimiert.
  • Wie sich aus 1 ergibt, ist dem gesamten Einspritzventilelement 10, welches eine Länge von mehr als 100 mm aufweist und unmittelbar in den Druckraum 6 aufgenommen ist, keine Niederdruckstufe zugeordnet, sodass die über den Rücklauf 8 während des Betriebs des Kraftstoff-Injektors 1 abströmende Kraftstoffmenge minimiert und dadurch der Wirkungsgrad des Kraftstoff-Injektors 1 optimiert ist.
  • Von einer oberen Stirnseite 23 der Steuerstange 11 und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 24 eines Plattenelementes 25 wird eine Steuerkammer 26 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 24 des Plattenelementes 25 verlaufende Zulaufdrossel 27 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 24 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 26 ist radial außen vollständig von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, ragt also in den Druckraum 6 hinein, sodass ein ringförmiger Führungsspalt 28 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 24 und der Steuerstange 11 vergleichsweise kraftstoffdicht ist.
  • Die Steuerkammer 26 ist über einen, in dem Plattenelement 25 angeordneten, Ablaufkanal 29 mit kavitierender Ablaufdrossel 30 mit einer Ventilkammer 31 verbunden, die radial außen von einer, in axialer Richtung verstellbaren, Ventilhülse 32 eines im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 33 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus der Ventilkammer 31 kann bei geöffnetem Steuerventil 33 Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 34 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 strömen. Bei geöffnetem Steuerventil 23 ist die einstückig mit einer Ankerplatte 35 ausgebildete Ventilhülse 32 von ihrem am Plattenelement 25 ausgebildeten Steuerventilsitz 36 abgehoben. Zum Verstellen der Ventilhülse 32 in der Zeichnungsebene nach oben ist ein elektromagnetischer Aktuator 37 mit einem Elektromagnet 38 vorgesehen, der mit der in einem Ankerraum 39 angeordneten Ankerplatte 35 und in der Folge auch mit der Ventilhülse 32 zusammenwirkt. Anstelle eines elektromagnetischen Aktuators 37 kann auch ein piezoelektrischer Aktuator vorgesehen werden.
  • Bei Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 37 hebt die Ventilhülse 32 von ihrem am Plattenelement 25 angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten, Steuerventilsitz 36 ab. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 27 und der Ablaufdrossel 30 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 33 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 26 über die Ventilkammer 31 in den Niederdruckbereich 34 des Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus über den Injektorrücklaufanschluss 7 und die Rücklaufleitung 8 in den Vorratsbehälter 3 strömt. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 26 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 10 von seinem Düsennadelsitz 18 abhebt, sodass Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die Düsenlochanordnung 19 ausströmen kann.
  • Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktuators 37 unterbrochen, wodurch die Ventilhülse 32 mittels einer Steuerfeder 40, die sich auf der Ankerplatte 35 abstützt, in der Zeichnungsebene nach unten auf ihren Steuerventilsitz 36 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 27 in die Steuerkammer 26 nachströmende Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung in der Steuerkammer 26 und damit für eine auf das Einspritzventilelement 10 wirkende Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung des Einspritzventilelementes 10 wird von einer Schließfeder 41 unterstützt, die sich einenends an einem Umfangsbund 42 des Einspritzventilelementes 10 und anderenends an der in der Zeichnungsebene unteren Stirnseite 43 des hülsenförmigen Abschnitts 24 des Plattenelementes 25 abstützt.
  • Wie sich weiterhin aus 1 ergibt, ist zentrisch innerhalb der Ventilhülse 32 ein Druckstift 44 aufgenommen. Dieser stützt sich bei in Betrieb befindlichem Kraftstoff-Injektor 1 durch den Druck in der Ventilkammer 31 in axialer Richtung nach oben an einem Injektordeckel 45 ab. Aufgabe des axial verstellbaren Druckstiftes 44 ist es, die Ventilkammer 31 in axialer Richtung nach oben abzudichten. In seinem in der Zeichnungsebene oberen Abschnitt ist der Druckstift 44 zentrisch innerhalb der Steuerfeder 40 angeordnet.
  • Wie sich aus 1 ergibt, ist die Düsennadel 12 kürzer ausgeführt als die Steuerstange 11. Die Düsennadel 12 stützt sich mit einer rechtwinklig zu ihrer Längsmittelachse angeordneten Düsennadelkontaktfläche 46 an einer parallel dazu verlaufenden Steuerstangenkontaktfläche 47 ab. Die Ausrichtung der Steuerstange 11 und der Düsennadel 12 zueinander beim Verbindungsprozess kann über die Ausbildung der Kontaktflächen (Düsennadelkontaktfläche 46 und Steuerstangenkontaktfläche 47) und/oder über das Verbindungselement 13 erfolgen. Wie weiter aus 1 zu erkennen ist, umgreift das hülsenförmige Verbindungselement 13 einen (unteren) Verbindungsabschnitt 48 der Steuerstange 11 sowie einen (oberen) Verbindungsabschnitt 49 der Düsennadel 12. Die Verbindungsabschnitte 48, 49 verjüngen sich jeweils auf den voneinander weg weisenden Seiten konisch. Zu erkennen ist, dass das Verbindungselement 13 in eine Umfangsnut 50 in der Düsennadel 12 eingreift. Die Umfangsnut 50 bildet einen Schwächungsbereich 51 der Düsennadel 12 mit geringer seitlicher Biegesteifigkeit unmittelbar benachbart zu dem Verbindungselement 13. Hierdurch wird ein in gewissen Grenzen elastisches Verformen des Einspritzventilelementes 10 ermöglicht, wodurch ein Verkanten des Einspritzventilelementes 10 im Betrieb des Kraftstoff-Injektors 1 vermieden wird.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Steuerstange 11 und die Düsennadel 12 ausschließlich über eine mittels des Verbindungselementes 13 erzielte Formschlussverbindung aneinander festgelegt. Dadurch, dass das Verbindungselement 13 sowohl den Verbindungsabschnitt 48 der Steuerstange 11 als auch den axial unmittelbar benachbarten Verbindungsabschnitt 49 der Düsennadel 12 hintergreift, indem das Verbindungselement an den sich konisch verjüngenden Endabschnitten der Verbindungsabschnitte 48, 49 anliegt, werden die Steuerstange 11 und Düsennadel 12 gegeneinander vorgespannt, sodass eine dauerhafte axiale Verbindungskraft auf die Bauteile des Einspritzventilelementes 10 wirkt.
  • Bei dem rotationssymmetrischen Verbindungselement 13 handelt es sich um eine dünne Metallhülse (Verbindungshülse), die aus einer ursprünglich kreiszylindrischen Form durch Magnetumformen in die gezeigte, die Verbindungsabschnitte 48, 49 hintergreifende, Form umgeformt wurde. Durch die geringe Dicke des Verbindungselementes 13 sowie die Wahl des metallischen Werkstoffes wird eine gewisse Elastizität der Verbindung aus Steuerstange 11 und Düsennadel 12 erzielt, was sich optimiert auf den Kraftverlauf bzw. die Kraftübertragung zwischen der Steuerstange 11 und der Düsennadel 12, die der Steuerstange 11 in ihrer Bewegung unmittelbar folgt, auswirkt.
  • In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors 1 gezeigt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht in seiner Funktionsweise dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, sodass im Folgenden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert werden. Im Hinblick auf Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung sowie auf 1 verwiesen.
  • Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nicht nur benachbart zu dem Verbindungsabschnitt 49 der Düsennadel 12 eine Umfangsnut 50 und damit ein Schwächungsbereich 51 vorgesehen. Auch die Steuerstange 11 umfasst benachbart zu ihrem (unteren) Verbindungsabschnitt 48 eine Umfangsnut 52, die einen weiteren Schwächungsbereich 53 bildet, wodurch die Elastizität des Einspritzventilelementes 10 weiter erhöht wird.
  • Ein weiterer Unterschied des in 2 gezeigten Kraftstoff-Injektors 1 zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Düsennadel 12 nicht unmittelbar am Düsenkörper 15 geführt ist, sondern an einer Führungshülse 54, die die Düsennadel 12 in ihrem unteren Bereich radial außen umschließt. Die Führungshülse 54 wird mittels einer Druckfeder 55, die sich an einer (unteren) Ringschulter 56 der Düsennadel 12 abstützt, in der Zeichnungsebene nach unten gegen eine schräge Ringfläche 57 des Düsenkörpers 15 radial benachbart zum Düsennadelsitz 18 gepresst. Durch das Vorsehen der Führungshülse 54 im Bereich der Spitze 16 der Düsennadel 12 wird die Düsennadel 12 im Bereich ihres Düsennadelsitzes 18 exakt geführt. Dies gewährleistet wiederum ein symmetrisches Strahlbild trotz möglicher Ungenauigkeiten in dem Verbund aus Steuerstange 11 und Düsennadel 12. Hierdurch können wiederum Toleranzanforderungen an die mittels des Verbindungselementes 13 hergestellte Verbindungen reduziert werden. Wie bereits erläutert, können diese Toleranzanforderungen weiter reduziert werden durch das Vorsehen mindestens eines der Schwächungsbereiche 51, 53 mit reduzierter Biegesteifigkeit.
  • Die Führungshülse 54 befindet sich in dem Ringraum 22 radial zwischen dem Düsenkörper 15 und der Düsennadel 12. Kraftstoff kann durch in der Führungshülse 54 vorgesehene Radialkanäle 58 zur Düsenlochanordnung 19 strömen. Dabei können diese Radialkanäle 58 als Drosseln mit vorzugsweise geringer Drosselwirkung ausgebildet werden, um die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilelementes 10 zu optimieren.
  • Bei einer alternativen, nicht gezeigten, Ausführungsform kann die Steuerstange 11 auf der von der Düsennadel 12 abgewandten Seite über ein Verbindungselement 13 mit einem im unteren hülsenförmigen Abschnitt 24 geführten Führungsbauteil 59 verbunden werden, das dann, anders als in den 1 und 2 dargestellt, als von der Steuerstange 11 separates Bauteil ausgebildet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006012078 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Kraftstoff-Injektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem mehrteiligen, eine Steuerstange (11) und eine Düsennadel (12) umfassenden, zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren, Einspritzventilelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) und die Düsennadel (12) mittels eines Verbindungselementes (13) aneinander festgelegt sind.
  2. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) material- und/oder formschlüssig mit der Steuerstange (11) und/oder der Düsennadel (12) verbunden ist.
  3. Kraftstoff-Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) durch Magnetumformung und/oder durch Verschweißen an der Steuerstange (11) und/oder der Düsennadel (12) festgelegt ist.
  4. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) derart angeordnet ist, dass auf die Steuerstange (11) und die Düsennadel (12) dauerhaft eine axiale Anpresskraft wirkt.
  5. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) als Verbindungshülse ausgebildet ist.
  6. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) rotationssymmetrisch ausgeformt ist.
  7. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerstange (11) und/oder an der Düsennadel (12), vorzugsweise axial benachbart zu dem Verbindungselement (13), ein, insbesondere von einer Umfangsnut (50, 52) gebildeter, Schwächungsbereich (51, 53) vorgesehen ist.
  8. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (12) in einer Führungshülse (54) geführt ist.
  9. Kraftstoff-Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (54) die Düsennadel (12) im Bereich ihrer einem Düsennadelsitz (18) zugewandten unteren Düsennadelhälfte, vorzugsweise in einem unteren Düsennadeldrittel, führt.
  10. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilelement (10) länger als 100 mm ist.
  11. Kraftstoff-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einspritzventilelement (10) keine Niederdruckstufe zugeordnet ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines mehrteiligen, eine Steuerstange (11) und eine Düsennadel (12) umfassenden Einspritzventilelementes (10) für einen Kraftstoff-Injektor (1), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (11) und die Düsennadel (12) mittels eines Verbindungselementes (13) aneinander festgelegt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) mit der Steuerstange (11) und/oder der Düsennadel (12) material- und/oder formschlüssig verbunden wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) durch Verschweißen und/oder Magnetumformung an der Steuerstange (11) und/oder an der Düsennadel (12) festgelegt wird.
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