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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 103 40 911 A1 der Anmelderin bekannt. Er ist Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems, bei der jeder Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine über einen Kraftstoffinjektor aus einem unter Hochdruck stehendem Rail mit Kraftstoff versorgt wird. Hierzu weist der bekannte Kraftstoffinjektor ein Injektorgehäuse auf, das in eine Aufnahme einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Zylinderkopf, angeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor hat an seinem Injektorgehäuse sowohl einen Kraftstoffanschluss zum Verbinden mit einer fahrzeugseitigen, mit dem Rail verbundenen Kraftstoffleitung, als auch einen Steckeranschluss zum Verbinden mit einer fahrzeugseitigen elektrischen Verbindungsleitung. Um den Kraftstoffinjektor in der Aufnahme dicht zu befestigen, ist es vorgesehen, dass der bekannte Kraftstoffinjektor mittels einer Spannpratze in die Aufnahme niedergedrückt wird, wobei die Spannpratze über ein hülsenförmiges Hilfselement eine axiale Niederhaltekraft erzeugt. Aufgrund der großen Typenvielfalt ist es dabei erforderlich, für jede Brennkraftmaschine einen speziellen Kraftstoffinjektor bzw. ein spezielles Injektorgehäuse zu entwickeln, die sich insbesondere in der Anordnung bzw. Ausrichtung des Kraftstoffanschlusses und des Steckeranschlusses unterscheiden. Dadurch lässt sich jeweils nur eine relativ geringe Stückzahl an Kraftstoffinjektoren herstellen, was relativ hohe Produktionskosten zur Folge hat.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieser für unterschiedlichste Anwendungsfälle universell verwendbar ist, d.h. auch bei unterschiedlichen Kundenanforderungen hinsichtlich der Anordnung der fahrzeugseitigen Hochdruckleitung bzw. der elektrischen Ansteuerleitung in stets ein und derselben Art und Weise angewandt bzw. verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hochdruckanschluss mit der fahrzeugseitigen Hochdruckleitung über einen Dichtsitz verbunden ist, der durch eine Axialkraft zwischen dem Hochdruckanschluss und der Hochdruckleitung ausgebildet ist, und dass die Hochdruckleitung in dem Hilfselement oder der Spannpratze axial fixiert aufgenommen ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das neue Konzept des Kraftstoffinjektors dadurch gekennzeichnet ist, dass über das Hilfselement (Spannhülse) bzw. die Spannpratze gleichzeitig sowohl das Injektorgehäuse axial in die Aufnahme der Brennkraftmaschine eingepresst bzw. niedergedrückt wird, als auch der Hochdruckanschluss zwischen dem Injektorgehäuse und der kraftfahrzeugseitigen Hochdruckleitung ausgebildet wird. Das Hilfselement bzw. die Spannpratze übernimmt somit gegenüber dem Stand der Technik eine zusätzliche Funktion, nämlich die Ausbildung der Kraftstoffversorgung des Kraftstoffinjektors durch Ausbilden der dichten Verbindung zwischen der Hochdruckleitung und dem Injektorgehäuse.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Verbindung des Hochdruckanschlusses mit der fahrzeugseitigen Hochdruckleitung wird vorgeschlagen, dass der Dichtsitz zwischen den angesprochenen Bauteilen durch zwei formschlüssig zusammenwirkende Dichtflächen an dem Hochdruckanschluss und der Hochdruckleitung gebildet ist.
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Ganz besonders einfach und kostengünstig lassen sich die Dichtflächen herstellen, wenn diese kegel- bzw. konusförmig ausgebildet sind.
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Um eine optimale Krafteinleitung in den Dichtsitz unter Vermeidung von Querkräften zu erzielen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Hilfselement hülsenförmig ausgebildet ist, und dass die Hochdruckleitung in einer in der Längsachse des Hilfselements ausgebildeten Durchgangsbohrung aufgenommen ist.
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Eine besonders gute Abdichtung der hydraulischen Verbindung zwischen dem Hilfselement (Spannhülse) und dem Hochdruckanschluss am Injektorgehäuse wird erzielt, wenn das Hilfselement die Axialkraft ausschließlich über den Bereich der beiden Dichtflächen auf das Injektorgehäuse überträgt. Dadurch wird die über die Spannpratze ausgeübte Kraft vollständig über den Dichtsitz auf das Injektorgehäuse übertragen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung befasst sich mit der Verbindung eines Rücklaufanschlusses am Injektorgehäuse sowie einer fahrzeugseitigen Ansteuerleitung mit einem elektrischen Steckanschluss am Injektorgehäuse. Dabei wird in einer ersten Variante der Ausgestaltung, bei der das Hilfselement relativ einfach ausgebildet sein kann vorgeschlagen, dass an dem Injektorgehäuse ein mit einer fahrzeugseitigen Rücklaufleitung verbindbarer Rücklaufanschluss und ein mit einer fahrzeugseitigen Ansteuerleitung verbindbarer elektrischer Steckeranschluss ausgebildet sind, und dass zwischen dem Hilfselement und der Aufnahme in der Brennkraftmaschine ein Aufnahmeraum zum Durchführen der Rücklaufleitung und/oder der Ansteuerleitung ausgebildet ist.
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Die Montage der angesprochenen zusätzlichen Leitungen wird darüber hinaus besonders einfach und sicher gelöst, wenn die Ansteuerleitung in einem Halteelement aufgenommen ist, das mit dem Hilfselement verbunden und axial gesichert ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung, bei der das Hilfselement zusätzliche Funktionen übernimmt, ist es vorgesehen, dass an dem Injektorgehäuse ein mit einer fahrzeugseitigen Rücklaufleitung verbindbarer Rücklaufanschluss und ein mit einer fahrzeugseitigen Ansteuerleitung verbindbarer elektrischer Steckeranschluss ausgebildet sind, und dass das Hilfselement eine Rückflussbohrung aufweist, die einerseits mit dem Rücklaufanschluss am Injektorgehäuse und andererseits mit der fahrzeugseitigen Rücklaufleitung verbindbar ist, und dass das Hilfselement eine Aufnahmebohrung für die fahrzeugseitige Ansteuerleitung aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des Hilfselements (Spannhülse) ergibt sich eine in axialer Richtung relativ kompakte Baulänge des Kraftstoffinjektors. Dabei ergibt sich die Problematik zur Erzeugung ausreichend hoher Öffnungskräfte auf einer in dem Kraftstoffinjektor auf- und abbewegbaren Düsennadel. Aus dem Stand der Technik sind sowohl sogenannte Piezoaktoren, als auch Magnetaktoren bekannt. Da Piezoaktoren in der Regel eine relativ große axiale Baulänge aufweisen eignet sich der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor insbesondere für den Einsatz von Magnetaktoren zum Betätigen der Düsennadel, da damit ein in der axialen Baulänge relativ kompakter Kraftstoffinjektor möglich ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 und 2 Längsschnitte durch unterschiedliche Varianten erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektoren, wenn diese in einem Zylinderkopf in einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, jeweils im Längsschnitt und
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3 bis 6 den Montageprozess des Kraftstoffinjektors gemäß 1 während verschiedener Phasen, jeweils im Längsschnitt.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 dargestellt, wie er zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient. Hierbei ist der Kraftstoffinjektor 10 insbesondere Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems, das für jeden Brennraum einen Kraftstoffinjektor 10 aufweist, der über ein Rail, das der Speicherung von unter Hochdruck stehenden Kraftstoff dient, mit Kraftstoff versorgt wird.
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Der Kraftstoffinjektor 10 ist beispielsweise in eine als Bohrung ausgebildete Aufnahme 1 eines Zylinderkopfs 2 der Brennkraftmaschine dichtend eingesetzt, derart, dass das dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Ende 3 des Kraftstoffinjektors 10 in den Brennraum hineinragt. Die Befestigung des Kraftstoffinjektors 10 in der Aufnahme 1 erfolgt mit einer lediglich in den 5 und 6 dargestellten Spannpratze 5, die mit dem Zylinderkopf 2, wie an sich bekannt, verschraubbar ist, und die den Kraftstoffinjektor 10, zumindest mittelbar, mit einer Axialkraft F in Richtung einer Stufe 6 der Aufnahme 1 beaufschlagt, gegen die der Kraftstoffinjektor 10 anliegt.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist beispielhaft einen Düsenkörper 11 auf, in dem eine auf- und abbeweglich angeordnete Düsennadel 12 geführt ist, die zum Öffnen bzw. zum Verschließen von Spritzöffnungen dient, um damit Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Der Düsenkörper 11 ist unter Zwischenlage einer Drosselplatte 13 mittels einer Düsenspannmutter 14 gegen einen Injektorkörper 15 axial verspannt, der Teil eines Injektorgehäuses 18 ist. Die in einem Hochdruckraum 19 des Injektorgehäuses 18 angeordnete Düsennadel 12 wird mittels eines Magnetaktors 20 auf- und abbewegt, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt und daher nicht näher erläutert wird. Innerhalb des Injektorgehäuses 18 ist eine Hochdruckbohrung 21 ausgebildet, die am oberen Ende des Injektorgehäuses 18 am Grund 22 eines konusförmigen Hochdruckanschlusses 23 des Injektorgehäuses 18 mündet. Hierbei ist der Hochdruckanschluss 23 bevorzugt in der Längsachse 24 des Injektorgehäuses 18 bzw. der Aufnahme 1 angeordnet. Weiterhin weist das Injektorgehäuse 18 seitlich neben dem Hochdruckanschluss 23 noch einen elektrischen Steckeranschluss 25 auf, über den der Magnetaktor 18 angesteuert bzw. bestromt wird.
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Der Hochdruckanschluss 23 bildet mit seiner kegelförmigen Form eine erste Dichtfläche 26 aus, die formschlüssig mit einer zweiten Dichtfläche 27 zusammenwirkt, die an einem dem Injektorgehäuse 18 zugewandten Ende einer fahrzeugseitigen Hochdruckleitung 28 in einem Anschlussstück 29 ausgebildet ist. Hierbei ist die zweite Dichtfläche 27 kegelförmig ausgebildet, derart, dass bei einer Kraftbeaufschlagung des Anschlussstücks 29 in Richtung des Hochdruckanschlusses 23 die beiden Dichtflächen 26, 27 einen Dichtsitz 30 ausbilden, der beim Einleiten des Kraftstoffes aus dem Rail über die fahrzeugseitige Hochdruckleitung 28 in die Hochdruckbohrung 21 den Austritt von Kraftstoff aus dem Bereich des Hochdruckanschlusses 23 verhindert.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die fahrzeugseitige Hochdruckleitung 28 in einem Hilfselement angeordnet ist, das als Spannhülse 35 ausgebildet ist. Die Spannhülse 35 weist eine in der Längsachse 24 verlaufende, zentrische Durchgangsbohrung 36 auf, an deren dem Kraftstoffinjektor 10 zugewandten Ende eine Durchmesserstufe 37 ausgebildet ist, gegen die das Anschlussstück 29 anliegt, derart, dass das Anschlussstück 29 und somit auch die fahrzeugseitige Hochdruckleitung 28 axial entgegen der Richtung der Axialkraft F fixiert in der Durchgangsbohrung 36 aufgenommen ist. Die Durchmesserstufe 37 bildet somit einen Axialanschlag für das Anschlussstück 29 aus.
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Parallel zur Durchgangsbohrung 36 ist in der Spannhülse 35 eine Rückflussbohrung 38 ausgebildet, die auf der dem Injektorgehäuse 18 zugewandten Stirnseite der Spannhülse 35 mündet, und die eine hydraulische Verbindung mit einer in der gegenüber der Rückflussbohrung 38 aus dem Injektorgehäuse 18 austretenden Rücklaufbohrung 39 ausbildet, die zum Rückführen von gegenüber dem Hochdruckraum 19 druckreduziertem Kraftstoff in einen Rücklaufbereich der Brennkraftmaschine dient. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass die Spannhülse 35 an ihrem aus der Aufnahme 1 herausragenden Ende einen Rücklaufstutzen 41 aufweist, der mit einem Rücklaufschlauch 42 verbindbar ist. Zur Abdichtung der Spannhülse 35 am Austrittsbereich aus der Aufnahme 1 sind weiterhin zwei Dichtungselemente 43, 44 vorgesehen.
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Auf der der Rückflussbohrung 38 gegenüberliegenden Seite der Durchgangsbohrung 36 ist eine weitere Durchgangsbohrung 45 ausgebildet, die der Aufnahme einer fahrzeugseitigen Ansteuerleitung 46 mit einem Stecker 47 dient. Mittels der Ansteuerleitung 46 bzw. des Steckers 47 wird der Steckeranschluss 25 am Injektorgehäuse 18 elektrisch kontaktiert. Dabei ist der Stecker 47 in der Durchgangsbohrung 45 ebenfalls derart aufgenommen bzw. befestigt, dass dieser beim Einbringen der Spannhülse 35 in die Aufnahme 1 mit dem Steckeranschluss 25 elektrisch kontaktiert. Vorzugsweise ist der Stecker 47 daher, in Analogie zum Anschlussstück 29, axial gesichert in der Durchgangsbohrung 45 aufgenommen.
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Der Montagevorgang des Kraftstoffinjektors 10 in der Aufnahme 1 des Zylinderkopfs 2 der Brennkraftmaschine wird nunmehr anhand der 3 bis 6 näher erläutert: In einem ersten Arbeitsschritt entsprechend der 3 wird zunächst der Kraftstoffinjektor 10 in die Aufnahme 1 eingesetzt. Anschließend wird entsprechend der 4 die Spannhülse 35 ebenfalls in die Aufnahme 1 eingebracht, wobei vorab bereits die fahrzeugseitige Hochdruckleitung 28 mit dem Anschlussstück 29 und die fahrzeugseitige Ansteuerleitung 46 mit dem Stecker 47 in der Spannhülse 35 montiert worden sind. Ggf. kann ebenfalls bereits der Rücklaufschlauch 42 auf dem Rücklaufstutzen 41 montiert sein. Die Spannhülse 35 kommt dabei mit ihrer dem Kraftstoffinjektor 10 zugewandten Stirnseite in Anlagekontakt mit dem Hochdruckanschluss 23 am Injektorgehäuse 18. Danach wird entsprechend der 5 und 6 die Spannpratze 5 in Wirkverbindung mit dem Kraftstoffinjektor 10 gebracht, so dass durch Beaufschlagung der Spannpratze 5 mit der Axialkraft F der Kraftstoffinjektor 10 über die zweite Dichtfläche 27 der Spannhülse 35 und den Hochdruckanschluss 23 bzw. die erste Dichtfläche 26 axial in der Aufnahme 1 gesichert und abgedichtet wird. Gleichzeitig wird beim Aufbringen der Axialkraft F auf die Spannhülse 35 auch der hydraulische Anschluss der fahrzeugseitigen Hochdruckleitung 28 mit dem Hochdruckanschluss 23 des Kraftstoffinjektors 10 sowie die elektrische Kontaktierung des Magnetaktors 20 bzw. dessen Steckeranschlusses 25 über den Stecker 47 hergestellt.
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Dadurch, dass die Spannhülse 35 mit ihrer dem Kraftstoffinjektor 10 zugewandten Stirnseite zumindest teilweise auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Kraftstoffinjektors 10 bzw. dessen Injektorgehäuses 18 aufliegt, wird eine gleichmäßige und vollflächige Einleitung der Axialkraft F auf den Kraftstoffinjektor 10 erzielt.
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Der in der 2 dargestellte abgewandelte Kraftstoffinjektor 10a unterscheidet sich von dem Kraftstoffinjektor 10 dadurch, dass die Spannhülse 35a lediglich zur Aufnahme der fahrzeugseitigen Hochdruckleitung 28 und dessen Anschlussstück 29 ausgebildet ist. Zwischen der Spannhülse 35a und der Wand der Aufnahme 1 ist somit ein ringförmiger Aufnahmeraum 49 ausgebildet, der zur Aufnahme des Rücklaufschlauches 42a dient, der gegenüber dem Rücklaufschlauch 42 gemäß der 1 verlängert ausgebildet ist. Der Rücklaufschlauch 42a ist wiederum mit einem Rücklaufstutzen 51 an der Oberseite des Kraftstoffinjektors 10a verbunden. Darüber hinaus dient der Aufnahmeraum 49 auch der Aufnahme der fahrzeugseitigen Anschlussleitung 46 und des Steckers 47. Vorzugsweise ist dabei der Stecker 47 in einem Halteelement in Form einer Kunststoffhülse 52 axial gesichert aufgenommen, die wiederum die Spannhülse 35a an deren Außenumfang umfasst und dort axial gesichert mit dieser verbunden ist.
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Die soweit beschriebenen Kraftstoffinjektoren 10, 10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere denkbar, auf die Spannhülse 35, 35a zu verzichten, und die in der Spannhülse 35, 35a geführten bzw. befestigten Bauteile in der Spannpratze 5 anzuordnen, die dann beispielsweise mit einem Fortsatz verlängert ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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