-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiger Injektor ist aus der
DE 10 2006 021 741 A1 bekannt. Bei dem bekannten Injektor ist in einem Anker ein Ankerbolzen axialverschiebbar angeordnet, dessen Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser einer mit einer Steuerkammer verbundenen Ablaufbohrung. Der Sitz zum Abdichten der Ablaufbohrung wird von der Unterseite der mit dem Anker verbundenen Ventilhülse gebildet, welche eine speziell geformte ringförmige Sitzkante aufweist, die in gewissem Abstand zur Ablaufbohrung angeordnet ist.
-
Um bei den steigenden Betriebsdrücken von Common-Rail-Einspritzsystemen (gemeint sind hier Betriebsdrücke größer als 1600 bar) die erforderlichen Feder- und Magnetkräfte in Grenzen zu halten, ist es weiterhin bekannt, den Durchmesser des Ankerbolzens zu verringern, und insbesondere den Durchmesser des Ankerbolzens dem Ventilsitzdurchmesser des Ankers anzupassen. Daraus ergibt sich die Problematik, dass der Magnetanker in radialer Richtung eine relativ genaue Führung benötigt, damit dieser den Dichtsitz gewährleisten kann. Derartige genaue radiale Führungen haben einen relativ hohen Aufwand zur Folge, da die benötigten Einzelteile mit hoher Genauigkeit und somit mit hohen Herstellkosten gefertigt werden müssen. Wesentlich ist zudem, dass beim Aufsetzen des Magnetankers auf seinem Sitz Querkräfte erzeugt werden, die der Selbstzentrierung des Ankers auf dem Sitz, unter Mitnahme des Ankerbolzens dienen. Da der Ankerbolzen jedoch von einer Druckfeder umgeben ist, die den Magnetanker in Richtung des Sitzes drückt und an einem oberen Gehäuseteil abstützt, kann es dazu kommen, dass der Ankerbolzen, der sich ebenfalls am selben Bereich wie die Druckfeder abstützt, in Berührung mit der Druckfeder gelangt und somit die Beweglichkeit des Ankerbolzens durch die Druckfeder begrenzt bzw. eingeschränkt ist. Dies kann in Folge zu einem undichten Ventilsitz zwischen der Ablaufbohrung und der Rücklaufbohrung führen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieser relativ preiswert herstellbar ist, wobei gleichzeitig gute Dichtungseigenschaften an dem Ventilsitz erreicht werden sollen.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die radiale Bewegbarkeit des Ankerbolzens an der Abstützstelle dadurch zu erhöhen, dass der Ankerbolzen an diesem Ort zu der Druckfeder einen vergrößerten radialen Abstand zur Druckfeder aufweist. Dadurch werden Berührungen des Ankerbolzens mit der Druckfeder in einem kritischen Bereich vermieden, sodass sich der Ankerbolzen durch den Anker mit relativ geringem Kraftaufwand, verursacht durch die Selbstzentrierung am Sitz, radial bzw. quer verschieben lässt.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff 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.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die sich kostengünstig herstellen lässt ist es vorgesehen, dass das bolzenartige Element im Anlagebereich an dem Stützelement einen Abschnitt mit einem reduzierten Durchmesser im Verhältnis zu einem in Richtung des Schließgliedes weisenden Abschnitt aufweist.
-
Hierbei ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Abschnitt eine Länge von 30 bis 80 Prozent, bevorzugt 40 bis 60 Prozent, des aus dem Schließglied herausragenden Bereichs des bolzenartigen Elements umfasst. Mittels dieser Ausbildung lässt sich eine radiale Flexibilität bzw. Bewegbarkeit der Druckfeder über einen großen Teil der Länge des bolzenartigen Elements bewirken.
-
Außerdem hat sich herausgestellt, dass einerseits die Stabilität des bolzenartigen Elements und somit der Durchmesser nicht zu gering gewählt werden darf, und andererseits die radiale Bewegbarkeit ebenfalls möglichst groß sein soll. Daher hat sich als besonders bevorzugt herausgestellt, wenn der Durchmesser des im Durchmesser reduzierten Abschnitts 60 bis 90 Prozent, vorzugsweise 70 bis 85 Prozent, des im Durchmesser nicht reduzierten Abschnitts beträgt.
-
Auch sollte ein bestimmter radialer Abstand zwischen dem bolzenartigen Element und der Druckfeder vorhanden sein. So ist es bevorzugt vorgesehen, dass der radiale Abstand des im Durchmesser reduzierten Abschnitts zur Druckfeder im Anlagebereich 5 bis 20 Prozent, insbesondere 7,5 bis 15 Prozent, des Durchmessers des Abschnitts beträgt.
-
Besonders kostengünstig lässt sich das bolzenartige Element ausbilden, wenn dieses als einstückiges Bauteil ausgebildet ist.
-
Weiterhin lässt sich eine definierte Abstützfläche der Druckfeder an dem Schließglied erzielen, wenn sich die Druckfeder auf der dem Schließglied zugewandten Seite an einem Stützring abstützt.
-
Die erforderlichen Feder- und Magnetkräfte für das Schließglied lassen sich reduzieren, wenn das bolzenartige Element an der dem Ventilsitz zugewandten Seite und dessen angepasste Führung im Anker einen Durchmesser aufweisen, der dem Durchmesser der Sitzkante am unteren Ende des Ankers entspricht.
-
Die Zentrierung des Schließgliedes an seinem Sitz wird dadurch gewährleistet, wenn das Schließglied und der Sitz zur Zentrierung jeweils kegelförmig ausgebildet sind.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
-
Diese zeigen in:
-
1 einen erfindungsgemäßen Injektor in einem Längsschnitt und
-
2 einen Ausschnitt des Injektors gemäß der 1 in vergrößerter Darstellung im Bereich des Niederdruckbereichs zur Verdeutlichtung der erfindungsgemäßen Ausbildung des Ankerbolzens.
-
In der 1 ist ein Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine insbesondere als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, unter hohem Druck, von im Ausführungsbeispiel bis etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einem Druckraum 6, der von einem Injektorkörper 7 radial außen begrenzt ist. Mittels einer Rücklaufleitung 8 ist ein Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 an den Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zu dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 3 abfließen.
-
Innerhalb des Druckraums 6 ist ein Ventilelement 10 angeordnet, das sich in axialer Richtung bis in eine als Sacklochbohrung ausgebildete Aufnahmebohrung 11 eines Düsenkörpers 12 erstreckt, welcher mit einer Spannmutter 13 gegen den Injektorkörper 7 verspannt ist. Das Ventilelement 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet und besteht aus einer Steuerstange 14 und einer mit dieser gekoppelten Düsennadel 15. Das längsverschieblich sowohl in einem Ventilstück 16 als auch im Düsenkörper 12 geführte Ventilelement 10 weist an einer Spitze 17 eine Schließfläche 18 auf, mit welcher das Ventilelement 10 in dichter Anlage an einem innerhalb des Düsenkörpers 12 ausgebildeten Ventilelementsitz 19 bringbar ist.
-
Wenn das Ventilelement 10 am Ventilelementsitz 19 anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung 20 innerhalb des Düsenkörpers 12 gesperrt. Ist es dagegen vom Ventilelementsitz 19 angehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch seitliche, als Querbohrungen ausgebildete Strömungsverbindungen 21 innerhalb des Düsenkörpers 12 an und an dem Ventilelement 10 vorbei zur Düsenlochanordnung 20 strömen und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in einen Brennraum gespritzt werden.
-
Von einer oberen Stirnseite 22 des Ventilelementes 10 (hier: der Steuerstange 14) und einem hülsenförmigen Abschnitt 23 des Ventilstücks 16 wird eine Steuerkammer 24 begrenzt, die radial innerhalb des Druckraums 6 angeordnet ist, sodass sich ein Führungsspalt 25 zwischen dem Ventilelement 10 (Steuerstange 14) und dem hülsenförmigen Abschnitt 23 des Ventilstücks 16 nicht aufweiten kann. Die Steuerkammer 24 wird über eine in radialer Richtung mit dem Ventilstück 16 verlaufende Zulaufdrossel 26 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt. Die Steuerkammer 24 ist über eine in dem Ventilstück 16 in axialer Richtung verlaufende Ablaufdrossel 27 mit einer Ventilkammer 28 eines in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 29 (Servoventil) verbunden. Bei geöffnetem Steuerventil 29 kann Kraftstoff aus der Steuerkammer 24 durch den Ablaufkanal 27 und die Ventilkammer 28 in den Niederdruckbereich 9 und von dort aus zur Rücklaufleitung 8 strömen. Dabei sind die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 26 und der Ablaufdrossel 27 derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 29 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 24 in den Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 resultiert.
-
Das Steuerventil 29 weist eine in axialer Richtung verstellbare Ventilhülse 30 auf, die einstückig mit einer Ankerplatte 31 ausgeführt ist. Die Ankerplatte 31 ist Teil eines elektromagnetischen Aktuators 32 und ist mit radialem Spiel in dem Ventilstück 16 angeordnet. Werden Elektromagnete 33 des elektromagnetischen Aktuators 32 bestromt, hebt die Ankerplatte 31 mitsamt der Ventilhülse 30 von ihrem an dem Ventilstück 16 ausgebildeten, kegelförmigen Ventilsitz 34 ab und gibt so, wie bereits erwähnt, den Kraftstofffluss in Richtung des Niederdruckbereichs 9 frei. Zur Bildung einer Zentrierung beim Aufsetzen der Ventilhülse 30 auf dem Ventilsitz 34 ist einerseits eine angepasste Führung 38 vorgesehen, andererseits ist die dem Ventilsitz 34 zugewandte Seite der Ventilhülse 30 kegelförmig ausgebildet.
-
Innerhalb der Ventilhülse 30 ist ein Ankerbolzen 35 axial verschiebbar angeordnet, der die Ventilkammer 28 in axialer Richtung nach oben abdichtet. Mittels einer als Druckfeder 36 ausgebildeten Schließfeder wird die Ventilhülse 30 in Richtung ihres Ventilsitzes 34 mit Federkraft beaufschlagt, sodass ein schnelles Schließen des Steuerventils 29 nach einer Unterbrechung der Bestromung der Elektromagnete 33 sichergestellt ist. Hierbei stützt sich die Druckfeder 36 zwischen einem als Stützelement dienenden oberen Gehäuseteil 37 des Injektors 1 und einem den Ankerbolzen 35 im Bereich der Ventilhülse 30 umgebenden Stützring 39 ab.
-
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der einstückig ausgebildete Ankerbolzen 35 zwei Abschnitte 40, 41 mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist. Der eine, der Ventilkammer 28 zugewandte Abschnitt 40 weist dabei einen Durchmesser auf, der zumindest annähernd dem Durchmesser der Ventilsitzkante am unteren Ende der Ventilhülse 30 entspricht und hat einen größeren Durchmesser als der andere Abschnitt 41. Die Länge des im Durchmesser reduzierten Abschnitts 41 beträgt dabei 30% bis 80%, bevorzugt 40% bis 60% der Länge des aus der Ankerplatte 31 bzw. der Ventilhülse 30 herausragenden Abschnitts des Ankerbolzens 35.
-
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Durchmesser des Abschnitts 41 60% bis 80%, vorzugsweise 70% bis 85% des Durchmessers des Abschnitts 40 beträgt.
-
Zuletzt ist es vorgesehen, dass der radiale Abstand R zwischen dem Abschnitt 41 und der Druckfeder 36, insbesondere im Anlagebereich des Ankerbolzens 35 und der Druckfeder 36 an dem oberen Gehäuseteil 37 7,5% bis 20%, insbesondere 10% bis 15% des Durchmessers des Abschnitts 41 beträgt.
-
Bei geschlossenem Steuerventil 29 steigt der Druck innerhalb der Steuerkammer 24 rapide an, wodurch die auf die Stirnseite 22 des Ventilelements 10 wirkenden Schließkräfte ansteigen und somit das Ventilelement 10 auf seinem Ventilelementsitz 19 bewegt wird, wodurch der Einspritzvorgang unterbrochen wird.
-
Innerhalb des Druckraums 6 ist eine Schließfeder 45 angeordnet, die sich einerseits an dem innerhalb des Druckraums 6 angeordneten, hülsenförmigen Abschnitt 23 des Ventilstücks 16 und andererseits an einem Umfangsbund 46 des Ventilelements 10 abstützt.
-
Auf der der Schließfeder 45 abgewandten Seite des Umfangsbundes 46 stützt sich eine Druckfeder 47 ab, die andererseits an einer oberen Stirnseite einer Kopplerhülse 48 aufliegt, und somit die Kopplerhülse 48 in axialer Richtung auf eine obere Stirnseite 49 eines Führungsabschnittes 50 presst. Radial innerhalb der Kopplerhülse 48, die die Steuerstange 14 dicht umschließt, ist ein hydraulisches Kopplervolumen 51 aufgenommen, in dem sich die Stirnseiten 52, 53 der Steuerstange 14 und der Düsennadel 15 gegenüberliegen. Das Kopplervolumen 51 bewirkt, dass die Düsennadel 15 einer Axialbewegung der Steuerstange 14 folgt.
-
Der als Teil des Düsenkörpers 12 ausgebildete Führungsabschnitt 50 ist mit Radialabstand zu einer Umfangswand 54 des Injektorkörpers 7 angeordnet, sodass ein Umfangsspalt 55 unmittelbar radial zwischen dem Führungsabschnitt 50 und der Umfangswand 54 des Injektorkörpers 7 gebildet ist. In der Realität kann dieser Umfangsspalt 55 wesentlich schmaler als in der Zeichnung ausgebildet werden und als Zentrierung für den Düsenkörper 12 relativ zum Injektorkörper 7 dienen.
-
Innerhalb des Führungsabschnittes 50 ist das Ventilelement 10 (hier: die Düsennadel 15) axial verschieblich aufgenommen. Durch das Vorsehen des Umfangsspaltes 55 befindet sich radial außerhalb des Führungsabschnittes 50 unter Hochdruck (Raildruck) stehender Kraftstoff, sodass eine Aufweitung des Führungsspaltes 56 radial zwischen dem Führungsabschnitt 50 und dem Ventilelement 10 verhindert wird.
-
Damit Kraftstoff bei von dem Ventilelementsitz 19 angehobenem Ventilelement 10 durch die Düsenlochanordnung 20 strömen kann, sind die Strömungsverbindungen 21 innerhalb des Düsenkörpers 12 vorgesehen, und zwar in einem Axialabschnitt des Düsenkörpers 12, der in axialer Richtung unmittelbar an den Führungsabschnitt 50 angrenzt, und der ebenfalls radial innerhalb des Injektorkörpers 7 angeordnet ist, sodass Kraftstoff aus dem Umgebungsspalt 55 in radialer Richtung durch die Strömungsverbindungen 21 und dann in axialer Richtung zu der Düsenlochanordnung 20 strömen kann.
-
Der beschriebene Injektor 1 kann in vielfältiger Weise modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Ventilhülse 30 und die Ankerplatte 31 als separate Bauteile ausgebildet sind. Auch kann der vergrößerte radiale Abstand zur Druckfeder 36 im Bereich des Gehäuseteils 37 durch eine speziell geformte Druckfeder hergestellt werden, bei der diese im Bereich des Gehäuseteils 37 einen vergrößerten Windungsdurchmesser aufweist, der sich in Richtung der Ventilhülse 30 verringert.
-
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 102006021741 A1 [0002]
