-
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem solchen Steuerventil.
-
Stand der Technik
-
Steuerventile der vorstehend genannten Art werden insbesondere zur Steuerung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors eingesetzt, über deren Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist. Um den Öffnungshub der Düsennadel zu initiieren, öffnet das Steuerventil und bewirkt damit eine Entlastung eines Steuerraums. Mit abfallendem Steuerdruck im Steuerraum hebt die Düsennadel aus ihrem Dichtsitz ab. Die Betätigung des Steuerventils erfolgt über eine ebenfalls im Kraftstoffinjektor aufgenommene Aktoreinheit.
-
Ein gattungsgemäßes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 001 330 A1 hervor. Dieses umfasst einen Ventilraum und einen hierin angeordneten, in einer Dichthülse hubbeweglich geführten Ventilbolzen, der mittels der Federkraft einer Ventilfeder, die einerseits an der Dichthülse und andererseits am Ventilbolzen abgestützt ist, gegenüber einem Ventilsitz axial vorgespannt ist. Die Dichthülse dichtet den Ventilraum gegenüber einem Niederdruckraum ab, so dass die in der Dichthülse aufgenommene Stirnfläche des Ventilbolzens druckentlastet ist. Der Ventilbolzen ist somit in Schließstellung weitgehend druckausgeglichen. Der Ventilbolzen wird demnach im Wesentlichen über die Federkraft der Ventilfeder in Anlage mit dem Ventilsitz gehalten. Die Ventilfeder ist als Schraubenfeder ausgebildet und um den Ventilbolzen gelegt.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Steuerventil mit verringertem Ventilraumvolumen bereitzustellen, um das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors zu verbessern. Insbesondere soll der Einfluss der Ventilfeder auf die Injektorfunktion reduziert werden.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird das Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 5 angegeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das vorgeschlagene Steuerventil umfasst erfindungsgemäß eine als Schraubenfeder ausgebildete Ventilfeder, die aus einem Draht mit einem rechteckigen Querschnitt gewickelt ist. Vorzugsweise ist die Schraubenfeder aus einem Draht mit quadratischem Querschnitt gewickelt. Die Querschnittsfläche eines Drahtes mit rechteckigem, insbesondere mit quadratischem Querschnitt gegenüber der eines Drahtes mit rundem Querschnitt ist bei Wahl einer dem Durchmesser entsprechenden Kantenlänge größer. Da zudem eine Ventilfeder aus einem Draht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt derart gestaltet werden kann, dass sie 100% bauraumkompatibel zu einer herkömmlichen Ventilfeder aus einem Draht mit rundem Querschnitt ist, kann durch den Austausch der Ventilfedern bereits die angestrebte Verringerung des Ventilraumvolumens bewirkt werden.
-
Die Verwendung einer Ventilfeder aus einem Draht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt weist darüber hinaus weitere Vorteile auf. Beispielsweise besteht eine deutlich geringere Gefahr, dass die Windungen aus Draht aneinander abrutschen, da bei Belastung der Feder auf Block ebene Flächen aufeinander liegen. Somit wird auch die Gefahr einer Schiefstellung der Ventilfeder minimiert. Ferner ist gewährleistet, dass die Federstirnflächen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die ebenen Federstirnflächen bilden zudem größere Aufstandsflächen aus, die einer Veränderung der radialen Lage der Ventilfeder entgegen wirken, so dass die Koaxialität zum Ventilbolzen sichergestellt ist. Schließlich werden aufgrund des verringerten Ventilraumvolumens die Injektorfunktionen hinsichtlich Nullmenge und Mengenkennfeld (lokale Welligkeiten) verbessert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Kantenlänge des Drahtquerschnitts in radialer und/oder axialer Richtung zwischen 0,5 mm und 0,6 mm. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Drahtes quadratisch gewählt und die Kantenlänge beträgt in radialer und axialer Richtung jeweils 0,58 mm, entsprechend dem Drahtdurchmesser einer herkömmlichen Ventilfeder. Die Querschnittsfläche der Ventilfeder mit quadratischem Drahtquerschnitt ist demgegenüber jedoch um 27% größer. Dementsprechend verringert sich das Volumen des Ventilraumes.
-
Da bei einem rechteckigen oder quadratischem Drahtquerschnitt das Biegewiderstandsmoment steigt, kann eine aus rechteckigem oder quadratischem Draht gewickelte Schraubenfeder im Vergleich zu einer aus rundem Draht kompakter ausgeführt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dementsprechend die Bauhöhe der Ventilfeder gegenüber der Bauhöhe einer herkömmlichen Ventilfeder mit im Querschnitt rundem Draht reduziert. Das Ventilraumvolumen kann dadurch nochmals verkleinert werden. Soll der ursprünglich zur Verfügung stehende Bauraum unverändert bleiben, kann als alternative Maßnahme auch die Dichthülse und damit der Dichtspalt zwischen der Dichthülse und dem Ventilbolzen verlängert werden. Auf diese Weise wird neben der Verringerung des Ventilraumvolumens als weiterer Vorteil eine Verringerung der über den Dichtspalt austretenden Leckagemenge erzielt.
-
Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einem solchen Steuerventil vorgeschlagen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes und in einem Kraftstoffinjektor eingesetztes Steuerventil,
-
2 einen Ausschnitt des Steuerventils der 1 im Bereich der Ventilfeder,
-
3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Steuerventils im Bereich der Ventilfeder.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Die 1 und 2 zeigen ein aus dem Stand der Technik bekanntes Steuerventil, das in einen Kraftstoffinjektor einsetzbar bzw. eingesetzt ist. Der Kraftstoffinjektor der 1 weist zur Aufnahme und Ausbildung des Steuerventils eine Ventilplatte 8 auf, an welche eine Drosselplatte 9 angesetzt ist. Die Ventilplatte 8 und die Drosselplatte 9 werden von einem Haltekörper 10 und einem Düsenkörper 11 eingefasst, die über eine Düsenspannmutter 12 miteinander verspannt sind. Der Haltekörper 10, die Ventilpatte 8 und die Drosselplatte 9 werden von einer Hochdruckbohrung 13 durchsetzt, über welche der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wenigstens einer im Düsenkörper 11 ausgebildeten Einspritzöffnung (nicht dargestellt) zugeführt wird.
-
In der Ventilplatte 8 ist ein Ventilraum 1 ausgebildet, in dem ein in einer Dichthülse 2 hubbeweglich geführter Ventilbolzen 3 aufgenommen ist. Die Dichthülse 2 dichtet den Ventilraum 1 gegenüber einem Niederdruckraum 14 ab, der in der Drosselplatte 9 ausgebildet ist. Dadurch wird der Ventilbolzen 3 an der in der Dichthülse 2 aufgenommenen Stirnfläche lediglich von Niederdruck beaufschlagt, so dass die am Ventilbolzen 3 anliegenden in axialer Richtung wirksamen hydraulischen Kräfte in Schließstellung des Ventilbolzens 3 im Wesentlichen ausgeglichen sind. Demzufolge kann die Kraft eines zur Betätigung des Steuerventils vorgesehenen Aktors, der in einem innerhalb des Haltkörpers 10 ausgebildeten Aktoraufnahmeraum 15 einsetzbar ist, reduziert werden.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird der Ventilbolzen 3 in Schließstellung über die Federkraft einer Ventilfeder 4 in Anlage mit einem Ventilsitz 5 gehalten. Als Ventilfeder 4 dient eine herkömmliche Schraubenfeder, die aus Draht mit einem runden Querschnitt gewickelt ist. Der Durchmesser des Drahtes beträgt 0,58 mm. Die Wicklungen bzw. Windungen der Schraubenfeder begrenzen ein zylinderförmiges Hohlraumvolumen mit einem Durchmesser D1= 2,0 mm. Der Ventilbolzen 3 weist innerhalb der Ventilfeder 4 einen maximalen Außendurchmesser D2 = 1,9 mm auf. Der Innendurchmesser D3 des Ventilraums 1 beträgt vorliegend 3,37 mm. Die Höhe H der Ventilfeder 4 beträgt 2,4 mm.
-
Das in der 3 ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Steuerventil weist bei gleichen Bauraumabmessungen (D1, D2, D3 und H) ein verringertes Ventilraumvolumen auf, da erfindungsgemäß eine Ventilfeder 4 Einsatz findet, die aus einem Draht mit quadratischem Querschnitt gewickelt ist. Der Drahtquerschnitt weist demnach eine erste Kantenlänge 6 und eine entsprechende zweite Kantenlänge 7 auf, die zudem gleich dem Durchmesser des runden Drahtquerschnitts gewählt sind. Somit ist die Ventilfeder 4 des erfindungsgemäßen Steuerventils 100% bauraumkompatibel mit der Ventilfeder 4 der 2 und kann in den in einer Ventilplatte 8 ausgebildeten Ventilraum 1 eines ansonsten herkömmlichen Injektors eingesetzt werden.
-
Wie der 3 ebenfalls zu entnehmen ist, weist ein erfindungsgemäßes Steuerventil neben der angestrebten Ventilraumverkleinerung weitere Vorteile auf. Denn die ebenen Federstirnflächen führen zu größeren Aufstandsflächen, so dass einer Veränderung der radialen Lage der Feder entgegen gewirkt wird. Die Koaxialität der Ventilfeder 4 gegenüber dem Ventilbolzen 3 ist somit während des Betriebs des Kraftstoffinjektors gewährleistet. Zudem verhindern die sich gegenüberliegenden ebenen Flächen der Windungen bei Belastung der Ventilfeder 4 ein Abrutschen der Windungen und damit eine Schiefstellung der Feder.
-
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 102008001330 A1 [0003]
