DE102010028011A1

DE102010028011A1 - Optimierte Ventilplatte eines Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102010028011A1
Application number: DE201010028011
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper 1 angeordneten Aktormodul 2 und Kopplermodul 25, wobei der Haltekörper 1 mit einem Düsenkörper 12 unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte 11 ausgebildeten Zwischenkörpers mittels einer Spannmutter 13 verspannt ist, wobei die Drosselplatte 11 von zumindest einem Hochdruckkanal 16, einem Zulaufkanal 18 mit einer Zulaufdrossel sowie einem Ablaufkanal 19 mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Kopplermodul 2 und der Drosselplatte 11 eine Ventilplatte 9 mit einem von dem Kopplermodul 2 betätigten Ventil, aufweisend zumindest einen mit einer Sitzfläche 8 der Ventilplatte 9 eine Dichtfläche 7 bildenden Ventilbolzen 4 und eine Dichthülse 5 unter Bildung eines den Ventilbolzen 4 und die Dichthülse 5 umgebenden Ventilraums 10 angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hochdruckfestigkeit des Ventilraums 10 optimiert ist. Dadurch wird die Injektorfunktion insbesondere bei der Zumessung von kleinen Kraftstoffmengen verbessert. Die Hochdruckfestigkeit wird durch die geometrische Optimierung eines Radienbereichs der Ventilplatte 9 benachbart zu der Sitzfläche 8 erhöht. Diese Optimierung des Radienbereichs erfolgt durch eine Vergrößerung des Radius R1 auf einen Wert von insbesondere 0,883 mm.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper angeordneten Aktormodul und Kopplermodul, wobei der Haltekörper mit einem Düsenkörper unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte ausgebildeten Zwischenkörpers mittels einer Spannmutter verspannt ist, wobei die Drosselplatte von zumindest einem Hochdruckkanal, einem Zulaufkanal mit einer Zulaufdrossel sowie einem Ablaufkanal mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Kopplermodul und der Drosselplatte eine Ventilplatte mit einem von dem Kopplermodul betätigten Ventil, aufweisend zumindest einen mit einer Sitzfläche der Ventilplatte eine Dichtfläche bildenden Ventilbolzen und eine Dichthülse unter Bildung eines den Ventilbolzen und die Dichthülse umgebenden Ventilraums angeordnet ist.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2007 040 115 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor weist den zuvor dargestellten Aufbau auf, wobei unterhalb des Ventilbolzens und der Dichthülse der Drosselplatte zugewandt ein Leckageraum angeordnet ist. Dieser Leckageraum nimmt die zwischen dem Zentrierbolzen und der Dichthülse generierte Permanentleckagemenge von Kraftstoff auf. Diese Permanentleckagemenge wird aus dem Leckageraum über eine Ablaufleitung in ein Niederdrucksystem bzw. ein Rücklaufsystem abgeführt. Die Ablaufleitung ist bei diesem Kraftstoffinjektor in die Dichtfläche zwischen der Drosselplatte und dem das Aktormodul und das Ventil aufnehmenden Haltekörper in die Drosselplatte eingearbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor bereit zu stellen, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochdruckfestigkeit des Ventilraums optimiert ist. Dadurch wird die Injektorfunktion insbesondere bei der Zumessung von kleinen Kraftstoffmengen verbessert.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckfestigkeit durch die geometrische Optimierung eines Radienbereichs der Ventilplatte benachbart zu der Sitzfläche erhöht. Diese Optimierung des Radienbereichs erfolgt durch eine Vergrößerung des Radius R₁ auf einen Wert von insbesondere 0,883 mm. Bedingt dadurch wird eine Höhe h₂, die sich von dem Radius R₁ bis zu der Drosselplatte erstreckt gegenüber dem ursprünglichen Wert verringert und ebenfalls wird ein Durchmesser D₂ ebenfalls verringert. Gleichzeitig wird der dem Radius R₁ gegenüberliegende Radius R₂ an dem Ventilbolzen benachbart zu der Dichtfläche vergrößert und beträgt mindestens 0,15 mm. Diese Maßnahmen erhöhen die Hochdruckfestigkeit der Ventilplatte im Bereich des Ventilraums, wobei gleichzeitig das Ventilraumvolumen verringert wird. Die Vergrößerung von Radius R₂ senkt das Spannungsniveau an dieser festigkeitskritischen Position deutlich und eröffnet dadurch für die Ventilplatte auch weiteres Potential bei einer Drucksteigerung. Der Ventilbolzen wird zur Gestaltung einer ausreichenden Spaltbreite mit einem minimalen Radius R₂ ausgeführt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines steuerventilseitigen Abschnitts eines Kraftstoffinjektors für einen Common-Rail-System einer Dieseleinspritzung im Schnitt und
2 in einer Detailansicht eine Schnittdarstellung eines Ventilbolzens und einer Ventilplatte.
Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt einen steuerventilseitigen Abschnitt eines Kraftstoffinjektors für ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzung. In einem Haltekörper 1 ist ein elektrisch betätigtes Aktormodul 25 eingesetzt, das von einem elektronischen Motorsteuergerät entsprechend den Bedieneranforderungen betätigt wird. Das Aktormodul 25 ist bevorzugt ein Piezo-Aktor, der sich in der Darstellung in einem nicht geschalteten Zustand befindet.
Mit einem Aktorkopf 26 wirkt das Aktormodul 25 auf ein Kopplermodul 2, das seinerseits über eine Betätigungsnase 3 eines Kopplerkolbens 27 mit einem Ventilbolzen 4 zusammenwirkt, der in einer Dichthülse 5 gegen die Kraft einer Ventilfeder 6 längsbewegbar angeordnet ist. Der Ventilbolzen 4 weist eine Dichtfläche 7 auf, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer in einer Ventilplatte 9 eingearbeiteten Sitzfläche 8 dichtend zusammenwirkt. In der Ventilplatte 9 ist unterhalb der Sitzfläche 8 ein Ventilraum 10 gebildet, der die in der Ventilplatte 9 eingesetzte Dichthülse 5 teilweise umgebend bis zu einem drosselplattenseitigen Ende der Ventilplatte 9 reicht.
In dem geschalteten Zustand des Aktormoduls 25 und folglich des Kopplerkolbens 27 bewegt dessen Betätigungsnase 3 den Ventilbolzen 4 in Richtung zu der an die Ventilplatte 9 angrenzenden Drosselplatte 11 und hebt die Dichtfläche 7 des Ventilbolzens 4 von der Sitzfläche 8 der Ventilplatte 9 ab, so dass eine Strömungsverbindung zwischen dem Ventilraum 10 und einem in dem Haltekörper 1 gebildeten Niederdruckraum, der Teil eines Rücklaufsystems für Kraftstoff ist, gebildet ist.
An die Drosselplatte 11 schließt ein Düsenkörper 12 an, der mittels einer Spannmutter 13 unter Einschluss der Drosselplatte 11 und der Ventilplatte 9 mit dem Haltekörper 1 fest verspannt ist. In dem Düsenkörper 12 ist eine nicht näher dargestellte Düsennadel 14 axial verschiebbar geführt, wobei von der Düsennadel 14 lediglich ein Endbereich sichtbar ist. Die Düsennadel 14 begrenzt einem Steuerraum 17, der auf der der Düsennadel 14 gegenüberliegenden Seite von der Drosselplatte 11 begrenzt wird. In diesen Steuerraum 17 mündet ein Zulaufkanal mit einer darin angeordneten Zulaufdrossel sowie ein Ablaufkanal mit einer darin angeordneten Ablaufdrossel. Der Zulaufkanal ist mit einer Hochdruckleitung 15, über die Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, durch einen Hochdruckkanal 16 in der Drosselplatte 11 einem nachfolgend noch erläuterten Düsennadeldruckraum zugeführt wird. Der Ablaufkanal verbindet den Steuerraum 17 mit dem Ventilraum 10, so dass im Ruhezustand in den Ventilraum 10, dem Steuerraum 17 und den Düsennadeldruckraum der in der Hochdruckleitung 15 herrschende Kraftstoffdruck, beispielsweise 2000 bar, herrscht.
Um Kraftstoff in den einem Kraftstoffinjektor zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen, muss die Düsennadel 14 von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung verstellt werden. Dann gelangt der Kraftstoff von dem Düsennadeldruckraum über Einspritzkanäle in dem Düsenkörper in den Brennraum. Zum Öffnen der Düsennadel 14 muss die Düsennadel 14 in Richtung auf die Drosselplatte 11 bewegt werden.
Um diese Bewegung zu bewirken, wird das Aktormodul 25 und folglich der Kopplerkolben 27 geschaltet. Die Dichtfläche 7 des Ventilbolzens 4 wird von der Sitzfläche 8 abgehoben und der in dem Ventilraum 10 befindliche Kraftstoff kann in den Niederdruckraum abströmen, so dass der in dem Ventilraum 10 herrschende Kraftstoffdruck verringert wird. Durch den Ablaufkanal strömt auch Kraftstoff aus dem Steuerraum 17 ab, so dass auch in dem Steuerraum 17 eine Druckreduzierung bewirkt wird, die die Bewegung der Düsennadel 14 in Richtung auf die Drosselplatte 11 auslöst.
Wird das Aktormodul 25 wieder stromlos geschaltet, wird infolge der Verschiebung des Kopplerkolbens 27 die Dichtfläche 7 wieder auf die Sitzfläche 8 bewegt und über den durch den Zulaufkanal nachströmenden Kraftstoff wird der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 17 und auch dem Ventilraum 10 wieder auf einen solchen Druck erhöht, der ausreicht, die Düsennadel 14 in die geschlossene Position zu verstellen.
Um die zwischen dem Ventilbolzen 4 und der Dichthülse 5 in einen Leckageraum 21 unterhalb des Ventilbolzens 4 generierte Permanentleckagemenge von Kraftstoff abzuführen, ist ein horizontaler Leckageablaufkanal 20 in die Drosselplatte 11 eingearbeitet, der mit dem Leckageraum 21 über einen vertikalen Leckagekanal 22 verbunden ist. Von dem Leckageablaufkanal 20 wird der Leckagekraftstoff über einen Leckageabführkanal 23 in einen Ringraum 24a, der in die Ventilplatte 9 eingearbeitet ist und der mit dem Niederdrucksystem verbunden ist, abgeführt. In die Drosselplatte 11 ist gegenüberliegend zu dem Ringraum 24a ein weiterer Ringraum 24b eingearbeitet.
2 zeigt in einer Detailansicht eine Schnittdarstellung des Ventilbolzens 4 und der Ventilplatte 9. Zur Steigerung der Hochdruckfestigkeit der Ventilplatte 9 ist der der Radius R₁ neben der Sitzfläche 8 ausgehend von einem ursprünglichen Wert 0,45 mm auf einen Wert von insbesondere 0,883 mm vergrößert. Bedingt dadurch wird eine Höhe h₂, die sich von dem Radius R₁ bis zu der Drosselplatte 11 erstreckt gegenüber dem ursprünglichen Wert auf einen wert von 6,315 mm verringert und ebenfalls wird ein Durchmesser D₂ auf einen Wert von 2,4 mm verringert. Gleichzeitig wird der dem Radius R₁ gegenüberliegende Radius R₂ an dem Ventilbolzen 4 benachbart zu der Dichtfläche 7 vergrößert und beträgt mindestens 0,15 mm. Der Sitzwinkel SW beträgt unverändert 126,5°. Diese Maßnahmen erhöhen die Hochdruckfestigkeit der Ventilplatte 9 im Bereich des Ventilraums 10, wobei gleichzeitig das Ventilraumvolumen verringert wird. Die Vergrößerung von Radius R₂ senkt das Spannungsniveau an dieser festigkeitskritischen Position deutlich und eröffnet dadurch für die Ventilplatte 9 auch weiteres Potential bei einer Drucksteigerung. Der Ventilbolzen 4 wird zur Gestaltung einer ausreichenden Spaltbreite mit einem minimalen Radius R₂ ausgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040115 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper (1) angeordneten Aktormodul (2) und Kopplermodul (25), wobei der Haltekörper (1) mit einem Düsenkörper (12) unter Zwischenschaltung zumindest eines als Drosselplatte (11) ausgebildeten Zwischenkörpers mittels einer Spannmutter (13) verspannt ist, wobei die Drosselplatte (11) von zumindest einem Hochdruckkanal (16), einem Zulaufkanal (18) mit einer Zulaufdrossel sowie einem Ablaufkanal (19) mit einer Ablaufdrossel durchdrungen ist und wobei zwischen dem Kopplermodul (25) und der Drosselplatte (11) eine Ventilplatte (9) mit einem von dem Kopplermodul (25) betätigten Ventil, aufweisend zumindest einen mit einer Sitzfläche (8) der Ventilplatte (9) eine Dichtfläche (7) bildenden Ventilbolzen (4) und eine Dichthülse (5) unter Bildung eines den Ventilbolzen (4) und die Dichthülse (5) umgebenden Ventilraums (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckfestigkeit des Ventilraums (10) optimiert ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckfestigkeit durch die geometrische Optimierung eines Radienbereichs der Ventilplatte (9) benachbart zu der Sitzfläche (8) erhöht ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R₁ 0,6 mm–1,1 mm, insbesondere 0,883 mm beträgt.