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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.
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Stand der Technik
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Steuerventile der vorstehend genannten Art sind insbesondere zur Steuerung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors einsetzbar, 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.
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Ein gattungsgemäßes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 001 330 A1 hervor. Dieses umfasst ein in einem Ventilraum angeordnetes, hubbewegliches Ventilglied, das mittels der Federkraft einer Ventilfeder gegenüber einem Ventilsitz axial vorgespannt ist. Das Ventilglied ist dabei in einer Dichthülse geführt, die den Ventilraum gegenüber einem Niederdruckraum abdichtet. Die Dichthülse umschließt dabei das dem Ventilsitz abgewandte Ende des Ventilgliedes, so dass in Schließstellung des Ventilgliedes keine oder nur geringe hydraulische Kräfte an dem Ventilglied anliegen, die das Ventilglied in axialer Richtung beaufschlagen. Das Ventilglied ist somit im Wesentlichen kraft- bzw. druckausgeglichen.
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Demzufolge kann die zum Öffnen des Steuerventils benötigte Aktorkraft deutlich reduziert werden.
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Um den Anpressdruck der Dichthülse an einem Gehäuseteil zu erhöhen, kann die Dichthülse stirnseitig mit einer Beißkante versehen sein. Die andere Stirnfläche ist in der Regel derart gestaltet, dass sie die Ventilfeder zu stützen vermag. Dies setzt bei der Montage des Steuerventils bzw. des Injektors voraus, dass die Dichthülse in der vorgesehenen Orientierung in den Ventilraum des Steuerventils eingesetzt wird. Aus dem Stand der Technik sind daher Dichthülsen bekannt, die im Bereich einer Stirnfläche einen geringeren Außendurchmesser aufweisen. Eine derartige Maßnahme, die eine korrekte Montage gewährleisten soll, wird auch Poka-Yoke-Lösung genannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil mit einem in einer Dichthülse geführten und demnach weitgehend druckausgeglichenen Ventilglied bereitzustellen, bei welchem über alternative Maßnahmen sichergestellt ist, dass eine korrekte Montage der Dichthülse erfolgt. Insbesondere soll das hierzu vorgeschlagene Steuerventil ein verringertes Ventilraumvolumen aufweisen, um schnelle Schaltzeiten zu gewährleisten.
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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 6 angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist die Außenumfangsfläche der Dichthülse zur Sicherstellung eine korrekten Montage mit einer sichtbaren Kodierung in Form wenigstens einer Nut und/oder Ausnehmung versehen, die zu einer ersten Stirnfläche der Dichthülse beabstandet angeordnet ist bzw. sind. Die Ausbildung einer Nut und/oder einer Ausnehmung in der Außenumfangsfläche der Dichthülse vergrößert das Ventilraumvolumen im Vergleich zu einem Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser nur unwesentlich. Zugleich kann die Nut und/oder Ausnehmung derart gestaltet werden, dass sie dennoch erkennbar, vorzugsweise mit bloßem Auge sichtbar ist. Wesentlich ist, dass die Nut und/oder Ausnehmung derart angeordnet ist, dass sie tatsächlich als Kodierung wirkt. Das heißt, dass sie anzuzeigen vermag, ob die Einbaulage korrekt oder falsch ist. Hierzu ist bzw. sind die Nut und/oder die Ausnehmung außermittig, vorzugsweise in der Nähe einer bestimmten Stirnfläche, in der Außenumfangsfläche der Dichthülse angeordnet.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nut umlaufend als Ringnut ausgebildet. Alternativ oder ergänzend können auch eine oder mehrere segmentartige Nuten und/oder Längsnuten in der Außenumfangsfläche der Dichthülse ausgebildet sein. Unabhängig von der Ausrichtung der Nut bzw. Nuten, kann die Nut bzw. können die Nuten eine runde oder eckige, beispielsweise V-förmige oder trapezförmige, Querschnittsform besitzen. Bevorzugt werden Querschnittsformen mit einer möglichst kleinen Querschnittsfläche, um das Ventilraumvolumen nur geringfügig zu vergrößern. Dementsprechend sollte auch die Anzahl der Nuten auf wenige beschränkt sein. Mehrere parallel angeordnete Ring- oder Längsnuten verbessern jedoch deren Sichtbarkeit, so dass es durchaus von Vorteil sein kann, mehr als eine Nut auszubilden.
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Alternativ oder ergänzend zu wenigstens einer Nut kann auch wenigstens eine Ausnehmung in der Außenumfangsfläche der Dichthülse als entsprechende Kodierung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Ausnehmung zylinder-, kegel- oder teilkugelförmig ausgebildet, wobei weiterhin vorzugsweise mehrere Ausnehmungen über die Außenumfangsfläche der Dichthülse gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Das heißt, dass mehrere Ausnehmungen wenigstens in einem Ring um die Dichthülse herum angeordnet sind. Sofern die Anordnung in mehreren Ringen vorgesehen ist, weisen die Ringe den gleichen Abstand zueinander auf.
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Vorteilhafterweise ist die Tiefe T der Nut und/oder der Ausnehmung geringer als die jeweilige Breite B in Längsrichtung der Dichthülse, da die Tiefe T keinen Beitrag zur Sichtbarkeit der Kodierung leistet, sondern lediglich zu einer nicht notwendigen Vergrößerung des Ventilraumvolumen führt.
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Die wenigstens eine Nut und/oder Ausnehmung wird vorzugsweise mittels Laserbearbeitung in die Außenumfangsfläche der Dichthülse eingebracht. Die Laserbearbeitung erlaubt eine besonders präzise Ausführung der Nut bzw. Ausnehmung und verbessert somit deren Sichtbarkeit.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Stirnfläche der Dichthülse mit einer Beißkante versehen, wobei die Beißkante vorzugsweise an der dem Niederdruckraum zugewandten zweiten Stirnfläche ausgebildet ist. Die erste Stirnfläche ist vorzugsweise flach ausgebildet und dient als Federteller zur Abstützung der Ventilfeder. In der Nähe der ersten Stirnfläche ist bevorzugt die Kodierung der Dichthülse in Form einer Nut und/oder Ausnehmung ausgebildet.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil vorgeschlagen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes und in einem Kraftstoffinjektor eingesetztes Steuerventil,
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2 einen Detailausschnitt der 1,
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3a–c verschiedene Ansichten der Dichthülse des Steuerventils der 1,
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4a–c verschiedene Ansichten einer Dichthülse eines ersten erfindungsgemäßen Steuerventils und
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5a–c verschiedene Ansichten einer Dichthülse eines zweiten erfindungsgemäßen Steuerventils.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 bis 3 zeigen ein aus dem Stand der Technik bereits bekanntes, in einen Kraftstoffinjektor eingesetztes, druckausgeglichenes Steuerventil. Wie der 1 zu entnehmen ist, umfasst das Steuerventil ein in einem Ventilraum 1 aufgenommenes bolzenförmiges Ventilglied 2, das in einer Dichthülse 5 hubbeweglich geführt ist. Das Ventilglied 2 ist mittels einer Ventilfeder 3 gegenüber einem Ventilsitz 4 axial vorgespannt. Der Ventilraum 1 ist in einer Ventilplatte 13 ausgebildet, die von einem Haltekörper 18 und einer Drosselplatte 14 eingefasst wird. An die Drosselplatte 14 schließt sich ein Düsenkörper 15 an. Der Haltekörper 18, die Ventilplatte 13, die Drosselplatte 14 und der Düsenkörper 15 sind gegeneinander mittels einer Düsenspannmutter 17 verspannt. Die miteinander verspannten Bauteile werden von einer Hochdruckbohrung 16 durchsetzt, über welche der einzuspritzende Kraftstoff wenigstens einer Einspritzöffnung (nicht dargestellt) im Düsenkörper 15 des Kraftstoffinjektors zugeführt wird. Im Haltekörper 18 ist zudem ein Aktoraufnahmeraum 19 ausgebildet.
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Indem das dem Ventilsitz 4 abgewandte Ende des bolzenförmigen Ventilgliedes 2 des in 1 dargestellten Steuerventils in der Dichthülse 5 aufgenommen ist, ist es in Schließstellung weitgehend druckausgeglichen. Denn der Durchmesser des Ventilsitze 4 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des in der Dichthülse 5 aufgenommenen Teils des bolzenförmigen Ventilgliedes 2, so dass die in axialer Richtung wirksamen und am Ventilglied 2 anliegenden hydraulischen Kräfte weitgehend ausgeglichen sind. Innerhalb der Dichthülse liegt lediglich Niederdruck am Ventilglied 2 an, da die Dichthülse 5 den Ventilraum 1 gegenüber einem in der Drosselplatte 14 ausgebildeten Niederdruckraum 6 abdichtet. Um den Anpressdruck der Dichthülse 5 an die Drosselplatte 14 zu erhöhen, ist die der Drosselplatte 14 zugewandte Stirnfläche 11 der Dichthülse 5 mit einer Beißkante 12 versehen. Die der Drosselplatte 14 abgewandte Stirnfläche 10 der Dichthülse 5 ist demgegenüber flach ausgebildet, um der Abstützung der Ventilfeder 3 zu dienen. Es ist demnach von Belang, welche Stirnfläche 10, 11 der Dichthülse 5 an der Drosselplatte 14 bzw. an der Ventilfeder 3 zu liegen kommt.
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Um die korrekte Einbaulage der Dichthülse 5 sicherzustellen, weist daher die Dichthülse des in den 1 bis 3 dargestellten bekannten Steuerventils eine Kodierung in Form eines Abschnittes 20 mit einem reduzierten Außendurchmessers D2 im Bereich der Stirnfläche 10 auf (siehe 2 und 3a–c). Der Abschnitt 20 weist eine trapezförmige Querschnittsfläche mit einer radialen Erstreckung a = 0,04 mm, die sich aus der Differenz der Außendurchmesser D1 und D2 ergibt, und einer ersten axialen Erstreckung h1 = 0,6162 mm und einer zweiten axialen Erstreckung h2 = 0,5469 mm auf. Beträgt der Außendurchmesser D1 der Dichthülse zugleich 4,05 mm, wird das Ventilraumvolumen um ein Volumen V = 0,3 mm3 im Bereich des Abschnitts 20 vergrößert. Eine derartige Vergrößerung des Ventilraumvolumens wirkt sich bereits negativ auf das Ansprechverhalten des Steuerventils aus.
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Gemäß einer ersten bevorzugten, in den 4a–c dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist daher die Dichthülse 5 in ihrer Außenumfangsfläche 7 lediglich eine umlaufende Nut 8 im Bereich der Stirnfläche 10 auf. Der Achsabstand b der Nut 8 zur Stirnfläche 10 beträgt vorliegend 0,5 mm, während die Nutbreite B = 0,05 mm und die Nuttiefe T = 0,025 mm gewählt sind Wie aus der 4c ersichtlich weist die Nut 8 eine runde bzw. teilkreisförmige Querschnittsform mit einem Radius R = 0,025 mm auf. Bei gleichem Außendurchmesser D1 der Dichthülse 5 ergibt sich somit ein zusätzliches Volumen V = 0,0124 mm3. Das zusätzliche Volumen V fällt somit deutlich kleiner aus als das zusätzliche Volumen V des Steuerventils der 1 bis 3. Zugleich ist die Breite B der Nut 8 jedoch ausreichend groß gewählt, um sichtbar zu sein. Die Sichtbarkeit wird vorliegend dadurch erhöht, dass die Nut 8 mittels Laserbearbeitung in die Außenumfangsfläche 7 der Dichthülse 5 eingebracht wurde.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten, in den 5a–c dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Dichthülse 5 in ihrer Außenumfangsfläche 7 eine einzige zylinderförmige Ausnehmung 9 auf, deren Breite B = 0,05 mm und deren Tiefe T = 0,025 mm gewählt ist. Der Achsabstand b zur Stirnfläche 10 beträgt wiederum 0,5 mm. Werden beispielsweise 20 solcher Ausnehmungen 9 über den Umfang verteilt angeordnet beträgt das zusätzlich geschaffene Ventilraumvolumen lediglich 0,001 mm3. Es wird deutlich, dass selbst die Anordnung von Nuten 8 und/oder Ausnehmungen 9 in mehreren axial beabstandeten Reihen immer noch eine deutlich geringere Vergrößerung des Ventilraumvolumens bewirkt als die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung entsprechend der 1 bis 3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001330 A1 [0003]
