DE102010029106A1

DE102010029106A1 - Steifigkeitsoptimierter Kopplerkörper

Info

Publication number: DE102010029106A1
Application number: DE201010029106
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann; Uwe Bruetsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem hydraulischen Kopplermodul 1, welches einen Kopplerkolben 3 und einen Ventilkolben 4 umfasst, die gemeinsam in einem Kopplerkörper 2 axial verschiebbar geführt sind und zwischen sich einen in radialer Richtung durch den Kopplerkörper 2 begrenzten und mit Kraftstoff gefüllten Druckraum als Kopplerspalt 5 definieren, um eine axiale Bewegung des Kopplerkolbens 3 entsprechend eines Durchmesserverhältnisses von Ventilkolben 4 zu Kopplerkolben 3 in eine axiale Bewegung des Ventilkolbens 4 umzusetzen, wobei der Kopplerkolben 3 mittels einer den Kopplerkörper 2 umgebenden Vorspannfeder 9 gegen ein Aktormodul vorgespannt ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, dessen Steifigkeit insbesondere hinsichtlich des Kopplermoduls optimiert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Steifigkeit des Kopplerkörpers 2 dadurch erhöht ist, dass ein Spalt zwischen dem Kopplerkörper 2 und der einreihig ausgebildeten Vorspannfeder 9 durch eine zumindest lokale Durchmesservergrößerung 13, 13a, 13b des Kopplerkörpers 2 erhöht ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem hydraulischen Kopplermodul, welches einen Kopplerkolben und einen Ventilkolben umfasst, die gemeinsam in einem Kopplerkörper axial verschiebbar geführt sind und zwischen sich einen in radialer Richtung durch den Kopplerkörper begrenzten und mit Kraftstoff gefüllten Druckraum als Kopplerspalt definieren, um eine axiale Bewegung des Kopplerkolbens entsprechend eines Durchmesserverhältnisses von Ventilkolben zu Kopplerkolben in eine axiale Bewegung des Ventilkolbens umzusetzen, wobei der Kopplerkolben mittels einer den Kopplerkörper umgebenden Vorspannfeder gegen ein Aktormodul vorgespannt ist.
Ein derartiger gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2009 029 412 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor weist ein hydraulisches Kopplermodul auf, das einen Kopplerkolben und einen Ventilkolben aufweist, die jeweils in einem Kopplerkörper axial verschiebbar geführt sind und zwischen sich einen Kopplerspalt aufweisen. Zur Vorspannung des Kopplerkolbens in Richtung eines Aktormoduls ist eine Vorspannfeder vorgesehen. Diese Vorspannfeder ist zur Reduzierung der Baulänge des hydraulischen Kopplermoduls von einer inneren Rohrfeder und einer davon beabstandeten äußeren Rohrfeder gebildet. Durch diese Ausgestaltung muss bei gegebenen Durchmessern von dem Kopplerkolben und dem Ventilkolben der Kopplerkörper mit einem geringeren Außendurchmesser ausgebildet sein, um die Baueinheit bei vorhandenen Kraftstoffinjektoren verbauen zu können. Um eine radiale Aufweitung des Kopplerkörpers während einer Kompressionsphase dennoch zu vermindern, weist der Kopplerkörper auf dem Umfang verteilte Steifigkeitsrippen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, dessen Steifigkeit insbesondere hinsichtlich des Kopplermoduls optimiert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steifigkeit des Kopplerkörpers dadurch erhöht ist, dass ein Spalt zwischen dem Kopplerkörper und der einreihig ausgebildeten Vorspannfeder durch zumindest eine lokale Durchmesservergrößerung erhöht ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es bei bekannten Kraftstoffinjektoren immer wieder zu einer nennenswerten Minderausbringung wegen zu hohem Spannungsbedarf, insbesondere bei Injektoren mit Aktorhüben des Aktormoduls nahe der unteren Toleranzgrenze kommt. Hierzu ist herausgefunden worden, dass dabei einen entscheidenden Einfluss die Aufweitung der Führungsspiele am Kopplerkolben und Ventilkolben im Arbeitstakt des Kopplermoduls, also bei Überdruck im Kopplerspalt, hat. Durch die einreihige Ausbildung der Vorspannfeder kann der Kopplerkörper mit einem gegenüber dem Stand der Technik größeren Außendurchmesser gefertigt werden, wobei darüber hinausgehend noch eine zumindest lokale Durchmesservergrößerung vorgesehen ist. Dadurch wird die Steifigkeit des Kopplerkörpers deutlich erhöht und damit die Aufweitung der Führungsspiele am Kopplerkolben und Ventilkolben im Arbeitstakt des Kopplers minimiert. Dadurch wird auch der Spannungsbedarf reduziert, und die Funktion des Kraftstoffinjektors ist auch mit Aktoren mit Hüben nahe der unteren Toleranzgrenze sicher gewährleistet. Bei maximal 200 bar im Kopplerspalt während des Schaltvorgangs verringert sich allein im Kopplerspalt das verdrängte Volumen um ca. 015 mm³. Dies entspricht bei einem Durchmesser von 4,9 mm einem Hub von 8 μm. Eine Verringerung des Spannungsbedarfs von mindestens 10 V kann ebenfalls erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Durchmesservergrößerung mittig im Bereich um den Kopplerspalt angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung nimmt die Durchmesservergrößerung zu den axialen Enden des Kopplerkörpers kontinuierlich ab oder aber die Durchmesservergrößerung erstreckt sich unverändert bis zu dem axialen Enden des Kopplerkörpers. Dabei ist die Durchmesservergrößerung so gewählt, dass keine Berührung zwischen der Außenseite des Kopplerkörpers und der Innenseite der Vorspannfeder eintritt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor im Bereich eines Kopplermoduls, dessen Kopplerkörper eine mittig im Bereich um einen Druckraum angeordnete Durchmesservergrößerung aufweist,
2 eine Detailansicht des ausschnittsweise dargestellten Kopplerkörpers gemäß 1,
3 eine alternative Ausgestaltung zu 2, wobei eine Durchmesservergrößerung zu den axialen Enden des Kopplerkörpers abnimmt, und
4 eine weitere alternative Ausgestaltung zu 2, wobei sich eine konstante Durchmesservergrößerung bis zu den axialen Enden des Kopplerkörpers erstreckt.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor im Bereich eines Kopplermoduls 1. Das Kopplermodul 1 weist einen Kopplerkörper 2 auf, in dem ein Kopplerkolben 3 und ein Ventilkolben 4 axial verschiebbar geführt sind. Zwischen dem Kopplerkolben 3 und dem Ventilkolben 4 ist ein mit Kraftstoff gefüllter Kopplerspalt 5 gebildet. Ein Aktormodul wirkt über eine Betätigungsvorrichtung 6 auf den Kopplerkolben 2, der eine von dem Aktormodul bewirkte Bewegung über die hydraulische Verbindung in dem Kopplerspalt 5 auf den Ventilkolben 4 überträgt.
Dieser wirkt über eine Betätigungsnase 7 mit einem Ventilkolben 8 zusammen, wobei mit dem von dem Ventilkolben 8 gebildeten Ventil 14 der Druck in einem Ventilraum und einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors variiert wird. Der mit unter Hochdruck stehenden Kraftstoff befüllte Ventilraum wird durch ein Öffnen des Ventils 14 in ein Niederdrucksystem druckentlastet und diese Druckentlastung setzt sich bis in den Steuerraum fort. Diese Druckvariierung in dem Steuerraum bewirkt ein kontrolliertes Öffnen und Schließen einer Ventilnadel des Kraftstoffinjektors und damit die Einleitung und die Beendigung einer Einspritzung von Kraftstoff in einen Arbeitsraum einer insbesondere mit Dieselkraftstoff betriebenen selbstzündenden Brennkraftmaschine.
Der Kopplerkolben 3 wird von einer Vorspannfeder 9, die den Kopplerkörper 2 beabstandet umfasst und die auf einen ventilkolbenseitigen Absatz des Kopplerkörpers einerseits und andererseits über eine Scheibe 10 an einem ringförmigen Absatz des Kopplerkolbens 3 abgestützt ist, gegen die Betätigungsvorrichtung 6 gedrückt. Dagegen wird der Ventilkolben 4 von einer Ventilkolbenfeder 11, die zwischen dem Kopplerkörper 2 und einem an dem Ventilkolben 4 befestigten Halteteil 12 eingespannt ist, mit der Betätigungsnase 7 gegen den Ventilkolben 8 gedrückt.
Um im druckbelasteten Zustand insbesondere des Kopplerspalts 5 eine Aufweitung des Kopplerkörpers 2 zu vermeiden bzw. zu minimieren, weist der Kopplerkörper 2 im Bereich des Kopplerspalts 5 eine ringförmig ausgebildete Durchmesservergrößerung 13 auf, die in 2 in einer Detailansicht dargestellt ist.
In Ausbildungsform gemäß 3 ist die Durchmesservergrößerung 13a ebenfalls mit ihrer maximalen Höhe im Bereich des Kopplerspalts 5 ausgebildet und nimmt zu den axialen Enden des Kopplerkörpers 2 konstant ab.
Dagegen erstreckt sich die Durchmesservergrößerung 13b gemäß 4 über die gesamte Länge des Kopplerkörpers 2.
Beispielhaft weist der Kopplerkörper 2 im oberen Bereich ein Führungsdurchmesser von 8,71 mm und ansonsten einen Durchmesser von 8,5 mm auf. Die Vorspannfeder 9 hat einen Innendurchmesser von mindestens 8,75 mm. Um eine Berührung zwischen dem Kopplerkörper 2 und der Vorspannfeder 9 auszuschließen hat die Durchmesservergrößerung 13, 13a, 13b einen Außendurchmesser D₄ von 8,71 mm oder maximal 8,74 mm. Die Durchmesservergrößerung 13 hat in der Ausführungsform gemäß 1 und 2 eine Länge von l₁ = 2 mm, während die Länge l₀ 5,5 mm beträgt.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 steigt zusätzlich zu der oberen lokalen Aufdickung auf einen Durchmesser von 8,71 mm über eine Länge von 6 mm der Durchmesser über die Längen l₀ = 5,5 mm und l₂ = 4,5 mm linear von 8,5 auf die Durchmesservergrößerung 13a mit einem Durchmesser D₄ = 8,71 mm oder maximal 8,74 mm an.
In der Ausführung gemäß 4 ist die Durchmesservergrößerung 13b über die gesamte Länge l₃ = 12,3 mm auf einen Durchmesser D₄ = 8,71 mm oder maximal 8,74 mm ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009029412 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor mit einem hydraulischen Kopplermodul (1), welches einen Kopplerkolben (3) und einen Ventilkolben (4) umfasst, die gemeinsam in einem Kopplerkörper (2) axial verschiebbar geführt sind und zwischen sich einen in radialer Richtung durch den Kopplerkörper (2) begrenzten und mit Kraftstoff gefüllten Druckraum als Kopplerspalt (5) definieren, um eine axiale Bewegung des Kopplerkolbens (3) entsprechend eines Durchmesserverhältnisses von Ventilkolben (4) zu Kopplerkolben (3) in eine axiale Bewegung des Ventilkolbens (4) umzusetzen, wobei der Kopplerkolben (3) mittels einer den Kopplerkörper (2) umgebenden Vorspannfeder (9) gegen ein Aktormodul vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Kopplerkörpers (2) dadurch erhöht ist, dass ein Spalt zwischen dem Kopplerkörper (2) und der einreihig ausgebildeten Vorspannfeder (9) durch eine zumindest lokale Durchmesservergrößerung (13, 13a, 13b) des Kopplerkörpers (2) erhöht ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesservergrößerung (13) mittig im Bereich um den Kopplerspalt (5) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesservergrößerung (13a) zu den axialen Enden des Kopplerkörpers (2) hin abnimmt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesservergrößerung (13b) sich bis zu den axialen Enden des Kopplerkörpers (2) erstreckt.