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Stand der Technik
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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 zur Oberflächenbehandlung
eines Ankers eines Kraftstoff-Injektors gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Aus
der
DE 10 2006
020 724 A1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter
Kraftstoff-Injektor bekannt. Dieser umfasst ein Servoventil (Steuerventil)
zum Schalten des eigentlichen Einspritzventilelementes, das zwischen
einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss durch
eine Düsenlochanordnung in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung
verstellbar ist. Zum Öffnen des Steuerventils ist ein elektromagnetischer
Aktuator vorgesehen, der mit einer Ankerplatte zusammenwirkt, welche
wiederum mit einem Steuerventilelement wirkverbunden ist. In der Öffnungsstellung
verbindet das Steuerventil einen von dem Einspritzventilelement
begrenzten Steuerraum mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors,
mit der Folge, dass auf das Einspritzventilelement eine in Öffnungsrichtung
wirkende hydraulische Kraft resultiert. Die Ankerplatte ist mit
einer dem elektromagnetischen Aktuator zugewandten Ankerfläche
versehen, die üblicherweise rotationssymmetrisch geschliffen
ist. Beim rotationssymmetrischen Schleifen kommt es fertigungsbedingt
zur Ausbildung von in radialer Richtung nebeneinander angeordneten
Drehrillen, die zu einem hydraulischen Verkleben des Ankers zu Beginn
des Schließprozesses führen.
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Um
den Effekt des hydraulischen Verklebens zu minimieren, ist es bekannt
geworden, die Ankerfläche sandzustrahlen, wobei sich hierbei
als nachteilig herausgestellt hat, dass beim Sandstrahlen unkontrolliert
Material abgetragen wird, was die Reproduzierbarkeit der Oberfläche
schwierig macht.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Injektor
vorzuschlagen, bei dem hydraulische Klebeeffekte zu Beginn des Schließvorgangs
im Bereich des Ankers, zumindest weitgehend, vermieden werden. Ferner
soll die Oberfläche des Ankers reproduzierbar herstellbar
sein. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, ein alternatives Oberflächenbehandlungsverfahren
zur Behandlung der Oberfläche eines Ankers vorzuschlagen,
mit dem hydraulische Klebeeffekte zu Beginn des Schließprozesses
vermieden werden.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoff-Injektors mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Oberflächenbehandlungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 8 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 Wiederho lungen
sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als
verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drehrillenstruktur, die
aus einem, vorzugsweise rotationssymmetrischen, Schleifen der im
montierten Zustand dem elektromagnetischen Aktuator zugewandten
Ankerfläche resultiert, dadurch zu unterbrechen oder ggf.
sogar vollständig zu zerstören, dass mindestens
eine sich winklig zu den Drehrillen erstreckende Verbindungsrille
vorgesehen wird, die zumindest einen Teil der, vorzugsweise in radialer
Richtung nebeneinander angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Drehrillen miteinander verbindet, um auf diese Weise ein erleichtertes
Einströmen von Hydraulikflüssigkeit in einen Bereich
axial zwischen der Ankerfläche und dem Aktuator zu ermöglichen, mit
dem Ziel, hydraulische Klebeeffekte zu vermeiden. Anders ausgedrückt
ermöglicht die mindestens eine, vorzugsweise durch Schleifen
in den Anker eingebrachte, Verbindungsrille ein beschleunigtes Zuströmen
von Kraftstoff zwischen die Ankerfläche und eine, vorzugsweise
von dem elektromagnetischen Aktuator bereitgestellte, Anschlagfläche,
wodurch hydraulische Klebeeffekte, zumindest weitgehend, unterbunden
werden. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Verbindungsrille
im Hinblick auf die Rillentiefe und/oder die Rillenbreite, zumindest
näherungsweise, die gleichen Dimensionen auf, wie die durch
insbesondere rotationssymmetrisches Schleifen gebildeten Drehrillen.
Unter einer Drehrille im Sinne der Erfindung wird eine sich in Umfangsrichtung erstreckende
Rille verstanden, die entweder vollständig um einen Mittelpunkt
umläuft, oder die abschnittsweise im Falle der Realisierung
mehrerer, vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt angeordneter, Ankerflügel von den zwischen den
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Ankerflügeln
gebildeten Spalten unterbrochen sein kann.
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Im
Hinblick auf die Gestaltung des zwischen der mindestens einen Verbindungsrille
und den sich in Umfangsrichtung erstreckenden Drehrillen gebildeten
Winkels gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die mindestens
eine Verbindungsrille als sich in radialer Richtung erstreckende
Radialrille ausgebildet ist.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die mindestens
eine Verbindungsrille, zumindest näherungsweise, sämtliche
Drehrillen miteinander verbindend ausgebildet ist, also sich von
einem radial inneren Bereich bis zu einem radial äußeren
Bereich der Ankerfläche erstreckt.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der nicht
nur eine oder einige wenige Verbindungsrillen vorgesehen sind, sondern
bei der eine Vielzahl von, vorzugsweise gleichmäßig
in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, Verbindungsrillen realisiert
sind, die ganz besonders bevorzugt jeweils in radialer Richtung
verlaufen. Hierdurch kann eine ähnliche Oberflächenstruktur
wie beim Sandstrahlen realisiert werden, mit dem wichtigen Unterschied,
dass die Oberflächenstruktur reproduzierbar realisiert
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Ankerfläche mit einer Kreuzschliffoberfläche versehen
wird, also mit einer Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden,
in radialer Richtung nebeneinander angeordneten Drehrillen, die
von einer Vielzahl von in radialer Richtung verlaufenden Verbindungsrillen
gekreuzt werden. Bevorzugt wird die Kreuzschliffoberfläche
durch Honen realisiert, bei welchem es sich um ein zerspanendes
Feinbearbeitungsverfahren handelt.
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Bevorzugt
ist der Anker nicht unmittelbar mit einem Einspritzventilelement
wirkverbunden, welches in seiner Öffnungsstellung eine
Düsenlochanordnung freigibt (wobei auch eine derartige
Ausführungsform realisierbar ist), sondern wirkt unmittelbar verstellend
auf ein Steuerventilelement eines Steuerventils (Servoventil), wobei
der Anker entweder einstückig mit dem Steuerventilelement
verbunden oder fest mit diesem verbunden ist. Durch das Vorsehen eines
Steuerventils (Servoventil) können wesentlich höhere
Drücke als bei einer direkten Ansteuerung des Einspritzventilelementes
geschaltet werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Steuerventilelement als Hülsenteil ausgebildet ist, also
eine zentrische Durchgangsbohrung aufweist, die vorzugsweise axial
von einem Druckstift verschlossen wird. Auf diese Weise lassen sich
im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichene
Steuerventile realisieren, wobei dem Druckstift im Wesentlichen
nur die Aufgabe zukommt, eine innerhalb des Steuerventilelementes
ausgebildete, hydraulisch mit einer Steuerkammer verbundene Ventilkammer
in axialer Richtung abzudichten und die hydraulischen Druckkräfte nach
axial oben abzustützen.
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Die
Erfindung führt auch auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung
eines Ankers eines Kraftstoff-Injektors. Bevorzugt handelt es sich
dabei um den Anker eines Steuerventils (Servoventil). Das nach dem
Konzept der Erfindung ausgeführte Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass mehrere, sich in Umfangsrichtung, durch Schleifen
entstehende Drehrillen mittels mindestens einer winklig zu den Drehrillen
verlaufenden Verbindungsrille miteinander hydraulisch verbunden
werden, um somit ein schnelleres Einströmen von Kraftstoff
in den Bereich zwischen der Ankerfläche und einer Anschlagfläche
zu ermöglichen, wodurch hydraulische Klebeeffekte zu Beginn
des Schließvorgangs vermieden werden.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei
der nicht nur eine einzige Verbindungsrille vorgesehen wird, sondern
eine Vielzahl von Verbindungsrillen, wobei dies vorzugsweise dadurch
erreicht wird, dass die Ankerfläche mit einem Kreuzschliff
versehen wird, also mit einer Vielzahl von sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Drehrillen, die von winklig zu diesen verlaufenden Verbindungsrillen,
vorzugsweise rechtwinklig, gekreuzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine
Ankerfläche eines Ankers für einen Kraftstoff-Injektor
in einer Draufsicht, und
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2 eine
schematische, geschnittene Teilansicht eines als Common-Rail-Injektor
ausgebildeten Kraft stoff-Injektors mit einem in 1 gezeigten Anker.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
in einer Draufsicht einen Anker 1 (hier Ankerplatte) für
ein später noch zu erläuterndes Steuerventil eines
Kraftstoff-Injektors. Der Anker 1 ist einteilig mit einem
im Wesentlichen hohlzylindrischen, sich in die Zeichnungsebene hinein
erstreckenden Steuerventilelement 2 verbunden. In 1 ist
die, im montierten Zustand einem elektromagnetischen Aktuator zugewandte,
Ankerfläche 3 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die
Ankerfläche 3 gebildet ist von drei gleichmäßig
in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelflächen 4 und
einem zentrischen Ringflächenabschnitt 5, der
eine zentrische Bohrung 6 radial außen umgibt.
Die Flügelflächen 4 sind dabei Oberseiten
von gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordneten
Flügeln 7, wobei jeweils zwei in Umfangsrichtung
nebeneinander angeordnete Flügel 7 durch einen
sich in radialer Richtung konisch erweiternden Radialspalt 8 voneinander
getrennt sind. Die Radialspalte 8 ermöglichen
einen Kraftstoffdurchtritt in axialer Richtung und verhindern somit
ungewollte Schwingungen des Ankers 1 während des
Betriebs.
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Zu
erkennen ist, dass die Ankerfläche 3 als Kreuzschliffoberfläche 9 ausgebildet
ist. Diese umfasst eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden
und in radialer Richtung nebeneinander angeordneten Drehrillen 10,
die rechtwinklig gekreuzt sind, von einer Vielzahl von in Umfangsrichtung
voneinander beabstandeten und sich in radialer Richtung erstreckenden
Verbindungsrillen 11. Anders ausgedrückt wird
die Drehrillenstruktur von den Verbindungsrillen 11 zerstört,
so dass sich eine mit Erhebungen und Tälern (Rillen) strukturierte
Oberfläche ergibt, die ein Eindringen von Kraftstoff in
einen Bereich zwischen der Ankerfläche 3 und entsprechenden
Anlageflächen erleichtert, wodurch hydraulische Klebeeffekte
zu Beginn des Schließprozesses vermieden werden.
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2 zeigt
einen mit einem in 1 dargestellten Anker 1 ausgestatteten
Kraftstoff-Injektor 12. Genauer ausgedrückt, ist
der Anker 1 Bestandteil eines Steuerventils 13 (Servoventil)
des Kraftstoff-Injektors 12, mit Hilfe dessen eine Steuerkammer 14 hydraulisch
mit einem Niederdruckbereich 15 des Kraftstoff-Injektors 12 verbindbar
ist, der wiederum über einen nicht dargestellten Rücklaufanschluss
mit einem Vorratsbehälter verbunden ist. Die Steuerkammer 14 wird
in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten begrenzt von
einem Einspritzventilelement 16, welches sich bei geöffnetem
Steuerventil 13 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene
nach oben bewegt und somit eine nicht dargestellte Düsenlochanordnung
freigibt, durch die im Wesentlichen unter Raildruck stehender Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine strömen kann. Die
Steuerkammer 14 ist über einen Ablaufdrosselkanal 17 mit
einer innerhalb des hülsenförmigen Steuerventilelementes 2 ausgebildeten
Ventilkammer 18 hydraulisch verbunden. Aus dieser kann
in der dargestellten Öffnungsposition des Steuerventils 13 Kraftstoff
in den Niederdruckbereich 15 und über den nicht
gezeigten Rücklaufanschluss abströmen. Aus 2 ist
weiter zu entnehmen, dass in der zentrischen Bohrung 6 des
Steuerventilelementes 2 ein sich in axialer Richtung in
der Zeichnungsebene nach oben abstützender Druckstift 25 aufgenommen
ist, der die Ventilkammer 18 in axialer Richtung nach oben
abdichtet. Gleichzeitig dient der Druckstift 25 als Führung
des Steuerventilelementes 2 bei seiner axialen Öffnungs-
und Schließbewegung.
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Über
einen Zulaufdrosselkanal 19 strömt ständig
unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus einem Druckraum 20 in
die Steuerkammer 14 nach, wobei die Durchflussquerschnitte
des Zulaufdrosselkanals 19 und des Ablaufdrosselkanals 17 derart
aufeinander abgestimmt sind, dass bei geöffnetem Steuerventil 13 ein
Nettoabfluss von Kraftstoff resultiert, mit der Folge, dass das
Einspritzventilelement 16 von seinem Einspritzventilelementsitz
(nicht gezeigt) abhebt. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Steuerventilelement 2 mittels
einer Schließfeder 21 in axialer Richtung nach
unten bewegt und verschließt somit den Ablaufdrosselkanal 17.
Der durch den Zulaufdrosselkanal 19 weiter in die Steuerkammer 14 zuströmende
Kraftstoff sorgt für einen rapiden Druckanstieg in der
Steuerkammer 14 und in der Folge für eine Schließbewegung
des Einspritzventilelementes 16.
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Zum Öffnen
des Steuerventilelementes 2 ist ein elektromagnetischer
Aktuator 22 vorgesehen, der mit dem Anker 1 zusammenwirkt,
derart, dass bei Bestromung einer Magnetspule 23 aufgrund
der magnetischen Kräfte eine Öffnungsbewegung
des Ankers 1 und damit des Steuerventilelementes 2 resultiert.
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Um
ein hydraulisches Kleben des Ankers 1 in seiner Öffnungsstellung
zu vermeiden, ist der Anker 1, genauer ist die in 1 gezeigte
Ankerfläche 3 mit einer Kreuzschliffoberfläche
versehen, die einen schnellen Kraftstoffeintritt aus radialer Richtung
in einen Bereich zwischen der Ankerfläche 3 und
der Anlagefläche 24 für den Anker 1 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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