DE102010001486A1 - Steuerventilanordnung eines Kraftstoffinjektors - Google Patents
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Abstract
Die Steuerventilanordnung besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper, welcher axial verschiebbar auf einer Führungsstange angeordnet ist, deren eines Stirnende auf einem stationären Teil des Injektorkörpers abgestützt ist. Das andere Stirnende wird beim Injektorbetrieb phasenweise mit Hochdruck beaufschlagt. Dieser Hochdruck wird in einer Prüfphase dazu ausgenutzt, um am stationären Teil eine plastische Verformung zu erzielen, durch die ein gelenkschalenartiges Lagerbett für das andere Stirnende der Führungsstange am stationären Teil geschaffen wird.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventilanordnung eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Stand der Technik
- Ein Kraftstoffinjektor mit einer derartigen Steuerventilanordnung ist aus der
DE 10 2006 050 045 A1 bekannt. Der in dieser Druckschrift dargestellte Kraftstoffinjektor besitzt zur Steuerung seiner Einspritzdüse eine Düsennadel, die mit einem Plunger verbunden ist, der in einer Steuerkammer verdrängerwirksam arbeitet. Die Steuerkammer ist über eine eingangsseitige Drosselleitung ständig mit einer Kraftstoff-Hochdruckquelle in der Regel ein sogenanntes Common Rail, verbunden und kann ausgangsseitig über eine Steuerventilanordnung mit einer Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors kommunizieren. Sobald die Steuerventilanordnung öffnet, sinkt der Druck in der Steuerkammer stark ab, wobei die Düsennadel in ihre die Einspritzdüsen freigebende Einspritzlage verschoben und der mit der Düsennadel verbundene Plunger in die Steuerkammer eingeschoben wird. Sobald die Steuerventilanordnung schließt, wird die Steuerkammer über die eingangsseitige Drosselleitung mit Hochdruck aufgeladen und der Plunger ausgeschoben, wobei die Düsennadel ihre die Einspritzdüsen absperrende Schließlage einnimmt. Die Steuerventilanordnung besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper, der gleichachsig zu einer Ausgangsbohrung der Steuerkammer ausgerichtet und auf einer zur Ausgangsbohrung gleichachsigen Führungsstange verschiebbar angeordnet ist. In Schließlage wirkt der hülsenförmige Schließkörper mit einem zur Ausgangsbohrung konzentrischen ringförmigen Sitz zusammen, wobei Schließkörper und Sitz zweckmäßig so ausgebildet sind, dass der Schließkörper in seiner Schließlage den Sitz an einer Ringlinie berührt, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des hülsenförmigen Schließkörpers bzw. dem Außendurchmesser der Führungsstange entspricht. Der besondere Vorzug dieser Steuerventilanordnung liegt darin, dass der in der Steuerkammer in der Schließphase der Steuerventilanordnung auftretende Hochdruck auf den hülsenförmigen Schließkörper nur Radialkräfte, jedoch keinerlei Kräfte in Axialrichtung ausübt. Dementsprechend lässt sich der Schließkörper mit Aktoren geringer Leistung und weitestgehend trägheitsfrei betätigen. Die Führungsstange wird auf ihrer der Ausgangsbohrung der Steuerkammer gegenüberliegenden Stirnseite in der Schließphase des Schließkörpers vom Hochdruck in der Steuerkammer beaufschlagt und muss dementsprechend axial an einem stationären Teil des Injektorkörpers abgestützt bzw. verankert sein. Dabei ist es grundsätzlich vorteilhaft, wenn zwischen dem stationären Teil und dem zugewandten Ende der Führungsstange keine feste Verbindung vorliegt, sondern die Führungsstange lediglich auf Stoß am stationären Teil abgestützt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass unvermeidliche Fertigungstoleranzen zu Schwierigkeiten bei der Montage des Kraftstoffinjektors führen können. Wenn beispielsweise als Aktor für den Schließkörper eine Elektromagnetanordnung mit einer zur Führungsstange konzentrischen Magnetspule und einem damit zusammenwirkenden schließkörperseitigen Anker vorgesehen ist, kann die Führungsstange bei der Montage des Kraftstoffinjektors ohne weiteres eine zur Ringspule optimale Position einnehmen, ohne daran durch eine feste Verbindung mit einem die Führungsstange axial abstützenden stationären Teil des Injektorkörpers gehindert zu werden. Im Übrigen wird durch die „lose” Abstützung der Führungsstange am stationären Teil auch eine begrenzte Taumelbeweglichkeit der Führungsstange ermöglicht. Dies ist vorteilhaft, da damit dem Schließkörper die Möglichkeit geboten wird, eine optimale Schließlage auf dem zugeordneten Sitz einzunehmen. - Offenbarung der Erfindung
- Die bisher vorgesehene lose Abstützung der Führungsstange am zugeordneten stationären Teil des Injektorkörpers bringt allerdings den Nachteil mit sich, dass die Führungsstange bei starken Störkräften auf dem stationären Teil in Radialrichtung aus einer optimalen Lage zumindest vorübergehend entfernt werden kann.
- Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Konstruktion zu schaffen, bei der sich die Führungsstange am stationären Teil ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand radial fixieren lässt.
- Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. – in „kinematischer Umkehr” – die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 gelöst. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an dem die Führungsstange axial abstützenden stationären Teil des Injektorkörpers oder an der zugewandten Stirnseite der Führungsstange plastisch verformbares Material vorzusehen, so dass ein am jeweils anderen Teil vorgesehener Vorsprung sich in das verformbare Material einsenken kann, wenn die Führungsstange auf ihrer der Ausgangsbohrung der Steuerkammer gegenüberliegenden Stirnseite durch Hochdruck beaufschlagt wird. Da die Steuerventilanordnung eines Kraftstoffinjektors nach dessen Montage ohnehin auf Dichtigkeit überprüft werden muss und dabei mit fluidischem Hochdruck beaufschlagt wird, lässt sich die Prüfphase des Kraftstoffinjektors bei dessen Herstellung für die Einsenkung des Vorsprunges in das plastisch verformbare Material nutzen. Im Ergebnis erfordert daher die erfindungsgemäße Konstruktion keinerlei zusätzlichen Herstellungsaufwand.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, den Vorsprung an der Führungsstange anzuordnen und als Abstützung für die Führungsstange am Injektorkörper ein plastisch verformbares Teil vorzusehen.
- Grundsätzlich ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der de Führungsstange eine plastisch verformbare Stirnseite aufweist und mit einem Vorsprung an einem stationären Teil des Injektorkörpers zusammenwirkt.
- Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.
- Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Die einzige Figur zeigt einen ausschnittsweisen Axialschnitt eines Kraftstoffinjektors mit erfindungsgemäßer Steuerventilanordnung.
- Ausführungsform der Erfindung
- Der ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor besitzt einen mehrteiligen Injektorkörper
1 mit einem Ventilkörper2 . An diesen Ventilkörper2 schließt sich eine Steuerkammer3 an, in der ein Plunger4 verdrängerwirksam arbeitet, welcher mit einer nicht dargestellten Düsennadel zur Steuerung nicht dargestellter Einspritzdüsen verbunden ist. Wenn der Plunger4 nach abwärts verschoben wird, schließt die Düsennadel die Einspritzdüsen, während die Einspritzdüsen geöffnet sind, wenn der Plunger4 nach aufwärts verschoben ist. Die Steuerkammer3 kommuniziert ständig über eine nur schematisiert dargestellte Drosselleitung5 , die abweichend von der zeichnerischen Darstellung den Ventilkörper2 durchsetzen kann, mit einer Hochdruckquelle100 , in der Regel ein Common Rail. Innerhalb des Ventilkörpers2 ist eine gedrosselte Ausgangsbohrung6 für die Steuerkammer3 angeordnet. Diese Ausgangsbohrung6 wird von einem hülsenförmigen Schließkörper7 gesteuert, der mit einem zur Ausgangsbohrung6 konzentrischen, ringförmigen Sitz8 auf der in der Zeichnung oberen Stirnseite des Ventilkörpers2 zusammenwirkt. - Wenn der Schließkörper
7 vom Sitz8 abhebt, wird die Ausgangsbohrung6 mit einem im Injektorkörper1 vorgesehenen Niederdruckraum9 verbunden, der seinerseits mit einem Niederdruckbereich eines Einspritzsystems kommuniziert, beispielsweise einem drucklosen Tank10 . - Wenn der Schließkörper
7 die zeichnerisch dargestellte Schließlage einnimmt, wird die Steuerkammer3 auf Hochdruck aufgeladen, und der Plunger4 wird mit der Düsennadel nach abwärts in die Schließlage der Düsennadel geschoben. Sobald der Schließkörper7 vom Sitz8 abhebt, sinkt der Druck in der Steuerkammer3 stark ab, und der Plunger4 wird zusammen mit der Düsennadel nach aufwärts geschoben, so dass die Düsennadel die Einspritzdüsen freigibt. Dieser Aufwärtshub wird durch auf die Düsennadel einwirkende hydraulische Kräfte bzw. eine Öffnungsfeder (nicht dargestellt) ermöglicht. - Innerhalb des hülsenförmigen Schließkörpers
7 ist eine Führungsstange11 angeordnet, auf der der Schließkörper7 verschiebbar angeordnet ist. Dabei ist der Ringspalt zwischen dem Außenumfang der Führungsstange11 und dem Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers7 als Dichtspalt ausgebildet. - Am in der Zeichnung oberen Ende des Schließkörpers
7 ist ein Anker12 angeordnet, der mit einer ringförmigen Elektromagnetanordnung13 zusammenwirkt. Mittels einer zur Führungsstange11 konzentrischen Schraubendruckfeder14 wird der Schließkörper7 gegen seinen Sitz8 gespannt. Bei elektrischer Bestromung der Elektromagnetanordnung13 werden der Anker12 und der Schließkörper7 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder14 aus der dargestellten Schließlage des Schließkörpers7 ausgehoben und in eine obere Endlage gebracht, in der der Anker12 auf den ringförmigen Polschuhen13' und13'' der Elektromagnetanordnung13 aufsitzt. Sobald die elektrische Bestromung der Elektromagnetanordnung13 abgeschaltet wird, stellt die Schraubendruckfeder14 den Schließkörper7 wieder in die dargestellte Schließlage. - Das untere Ende der Führungsstange
11 wird vom hydraulischen Druck innerhalb des Schließkörpers7 beaufschlagt, so dass die Führungsstange11 mit ihrem in der Zeichnung oberen Ende gegen ein Bodenteil15 des Injektorkörpers1 angeschoben wird. Der Kontaktpunkt zwischen der Führungsstange11 und dem Bodenteil15 wird über die radialen Lagen mehrerer montierter Bauteile definiert. Dementsprechend lässt sich die exakte Lage des Kontaktpunktes erst nach erfolgter Montage optimal bestimmen. Eine optimale, formschlüssige Maßnahme zur Fixierung des oberen Endes der Führungsstange11 am Bodenteil15 kann also erst nach Montage des Kraftstoffinjektors und nicht bei der Einzelteilfertigung des Bodenteils15 erfolgen. - Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Kontaktpunkt zwischen Führungsstange
11 und Bodenteil15 bei einer im Rahmen der Herstellung des Kraftstoffinjektors ohnehin notwendigen Druckprüfung festzulegen. Im Verlauf dieser Druckprüfung wird (bei elektrisch stromloser Elektromagnetanordnung13 ) die Drosselleitung5 mit Hochdruck in der Größenordnung von 2000 bar beaufschlagt. Dies hat zur Folge, dass die Steuerkammer3 und die zunächst durch den Schließkörper7 gegenüber dem Niederdruckraum9 abgesperrte Ausgangsbohrung6 auf entsprechend hohen Druck aufgeladen werden. Dieser Hochdruck wirkt auf das untere Stirnende der Führungsstange11 , so dass diese gegen das Bodenteil15 mit entsprechend großer Kraft angedrückt wird. Typischerweise liegt die Andruckkraft bei größenordnungsmäßig 500 N. Indem nun die obere Stirnseite der Führungsstange11 ballig ausgebildet ist und das Bodenteil15 zumindest in der Umgebung des Kontaktpunktes mit der Führungstange11 aus einem plastisch verformbaren Material besteht, kann sich die Führungsstange11 im Bodenteil15 ein gelenkschalenförmiges Bett formen. Hier wird der Effekt ausgenutzt, dass die ballige Stirnseite der Führungsstange11 mit der zugewandten Planfläche des Bodenteiles15 zunächst nur eine punktförmige Berührungszone hat, so dass die auf das untere Ende der Führungsstange11 wirkenden fluidischen Kräfte auf einen extrem kleinen Bereich des Bodenteils15 abgetragen werden und die vorgenannte plastische Verformung auftritt. Diese plastische Verformung wird beendet, sobald die ballige Stirnseite der Führungsstange11 tiefer in das Bodenteil15 eingedrungen ist und auf einer Berührungsfläche aufliegt, deren Größe für die Abtragung der Anschubkräfte der Führungsstange11 ohne weitere plastische Verformung des Bodenteiles15 ausreicht. - Die Materialien von Führungsstange
11 und Bodenteil15 können ohne weiteres in geeigneter Weise ausgewählt werden, in der Regel genügt es, wenn die Führungsstange11 aus gehärtetem Stahl und das Bodenteil15 im Bereich des Kontaktpunktes aus nicht gehärtetem Material bestehen. - Da die Hochdruckbeaufschlagung des Kraftstoffinjektors in dessen Prüfphase in einer optimalen Schließlage des Schließkörpers
7 auf dem Sitz8 erfolgt, erhält die Führungsstange11 eine für diese Schließlage optimale Ausrichtung bzw. formschlüssige Fixierung am Bodenteil15 . Bei späteren Öffnungs- und Schließhüben des Schließkörpers7 wird also der Schließkörper7 von der Führungsstange11 immer in die optimale Schließlage auf dem Sitz8 geführt. - Durch den formschlüssigen Eingriff der Führungsstange
11 am Bodenteil15 wird sicher gewährleistet, dass die Führungsstange11 auch bei Betriebsphasen mit geringen fluidischen Drücken in der Steuerkammer3 sowie innerhalb des Schließkörpers7 den optimalen Kontaktpunkt am Bodenteil15 auch unter dem Einfluss größerer Störkräfte nicht verlassen kann. - 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
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- DE 102006050045 A1 [0002]
Claims (6)
- Steuerventilanordnung (
7 ,8 ,11 ) eines Kraftstoffinjektors, mit hülsenförmigem Schließkörper (7 ), welcher axial verschiebbar auf einer Führungsstange (11 ) angeordnet ist, deren eines Stirnende auf einem stationären Teil (15 ) abgestützt und deren anderes Stirnende beim Betrieb des Kraftstoffinjektors phasenweise mit Hochdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am einen Stirnende der Führungsstange (11 ) zumindest ein stirnseitiger Vorsprung, dessen Querschnitt ein im Vergleich zum Querschnitt der Führungsstange (11 ) geringes Maß aufweist, angeordnet ist, und dass das die Führungsstange (11 ) abstützende stationäre Teil (15 ) vom Vorsprung bei auf das andere Stirnende der Führungsstange (11 ) wirkendem Hochdruck plastisch verformbar ist. - Steuerventilanordnung (
7 ,8 ,11 ) eines Kraftstoffinjektors, mit hülsenförmigem Schließkörper (7 ), welcher axial verschiebbar auf einer Führungsstange (11 ) angeordnet ist, deren eines Stirnende auf einem stationären Teil (15 ) abgestützt und deren anderes Stirnende beim Betrieb des Kraftstoffinjektors phasenweise mit fluidischem Hochdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem einen Stirnende der Führungsstange (11 ) gegenüberliegenden Seite des stationären Teils (15 ) zumindest ein in Richtung der zugewandten Stirnseite der Führungsstange (11 ) gerichteter Vorsprung mit im Vergleich zum Querschnitt der Führungsstange geringem Querschnitt angeordnet ist, und dass die vorgenannte Stirnseite vom Vorsprung bei auf das andere Stirnende der Führungsstange wirkendem fluidischen Hochdruck unter Einsenkung des Vorsprunges in die Stirnseite plastisch verformbar ist. - Steuerventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein balliger Vorsprung vorgesehen ist, welcher vor der plastischen Verformung des damit zusammenwirkenden Teiles zunächst nur eine angenähert punktförmige Berührung mit dem zusammenwirkenden Teil aufweist.
- Steuerventilanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stirnende der Führungsstange (
11 ) eine ballige Stirnseite aufweist. - Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung aus gehärtetem Material und das damit zusammenwirkende Teil (
15 ) aus ungehärtetem Material bestehen. - Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor nach seiner Montage eine Prüfphase durchläuft, bei der eine von der Steuerventilanordnung (
7 ,8 ,11 ) gesteuerte Druckkammer (3 ) zur Überprüfung der Schließlage des Schließkörpers (7 ) unter fluidischen Hochdruck gesetzt wird.
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