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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 045 486 A1 geht ein Kraftstoffinjektor mit einem mehrteilig ausgebildeten Injektorgehäuse hervor, das einen Düsenkörper umfasst, welcher mittels einer Düsenspannmutter gegen einen Haltekörper axial verspannt ist. Zwischen Düsenkörper und Haltekörper sind ferner zwei plattenförmige Bauteile angeordnet. Ein unmittelbar am Düsenkörper anliegendes, erstes plattenförmiges Bauteil bildet eine Drosselplatte mit mehreren Bohrungen bzw. Drosseln aus, die unter anderem als Zulaufdrossel und als Ablaufdrossel dienen. Zwischen der Drosselplatte und dem Haltekörper ist ferner eine Ventilplatte als weiteres plattenförmiges Bauteil angeordnet, in welcher ein Steuerventil ausgebildet ist. Die Ventilplatte weist ferner eine seitlich angeordnete Hochdruckbohrung auf, welche der Kraftstoffzuführung dient. Zur Verbindung der Hochdruckbohrung der Ventilplatte mit einem im Düsenkörper ausgebildeten Hochdruckraum weist die zwischen der Ventilplatte und dem Düsenkörper liegende Drosselplatte eine Verbindungsbohrung auf, welche in einen den Hochdruckraum zur Drosselplatte hin erweiternden Ringraum mündet. Der sich ringförmig zur Drosselplatte hin erweiternde Hochdruckraum bewirkt eine Verringerung der Kontaktfläche des Düsenkörpers mit der Drosselplatte. Dies hat zur Folge, dass eine den Hochdruckraum des Düsenkörpers begrenzende Stirnfläche der Drosselplatte über eine größere Fläche von Hochdruck beaufschlagt wird, so dass die Druckbelastung des Bauteilverbandes, insbesondere im Bereich der Schraubverbindung der Düsenspannmutter mit dem Haltekörper, zunimmt.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Hochdruckfestigkeit eines solchen Kraftstoffinjektors zu erhöhen. Zugleich soll der Kraftstoffinjektor einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse umfasst einen Düsenkörper, der mittels einer Düsenspannmutter gegen einen Haltekörper axial verspannt ist. Zwischen dem Düsenkörper und dem Haltekörper ist ein unmittelbar am Düsenkörper anliegendes plattenförmiges Bauteil angeordnet, das wenigstens eine Bohrung zur Verbindung eines im Düsenkörper ausgebildeten Hochdruckraums mit einer Kraftstoffzuführung aufweist. Erfindungsgemäß weist der Düsenkörper auf seiner dem plattenförmigen Bauteil zugewandten Stirnfläche wenigstens eine den Durchmesser D des Hochdruckraums partiell erweiternde Ausnehmung zur Verbindung des Hochdruckraums mit der Bohrung des plattenförmigen Bauteils auf.
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Da die wenigstens eine Ausnehmung an der dem plattenförmigen Bauteil zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers lediglich eine partielle Erweiterung des Durchmessers des im Düsenkörper ausgebildeten Hochdruckraums bewirkt, ist sie hinsichtlich ihrer Winkellage bezogen auf den Querschnitt des Düsenkörpers derart anzuordnen, dass zumindest eine teilweise Überdeckung der Ausnehmung mit der zugehörigen Bohrung im plattenförmigen Bauteil gegeben ist. Dadurch ist eine Verbindung des Hochdruckraums mit der Bohrung im plattenförmigen Bauteil und damit mit der Kraftstoffzuführung weiterhin sichergestellt. Die wenigstens eine Ausnehmung vermag demnach eine ringförmige Erweiterung des Hochdruckraums zum plattenförmigen Bauteil hin zu ersetzen. Dies hat zur Folge, dass die Kontaktfläche des Düsenkörpers mit dem plattenförmigen Bauteil nur geringfügig verkleinert bzw. die von Hochdruck beaufschlagte Fläche am plattenförmigen Bauteil nur geringfügig vergrößert wird, so dass der Bauteilverband druckentlastet wird. Die erzielte Druckentlastung wiederum erlaubt eine höhere lokale Mindestflächenpressung im Kontaktbereich des Düsenkörpers mit dem plattenförmigen Bauteil, so dass eine Steigerung der Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffinjektors bewirkt wird.
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Ferner wird mittels der vorgeschlagenen Formoptimierung des Düsenkörpers der Gefahr einer Aufwölbung des plattenförmigen Bauteils bei Hochdruckbeaufschlagung entgegen gewirkt. Eine Aufwölbung des plattenförmigen Bauteils erweist sich als nachteilig, da sie eine Verformung weiterer am plattenförmigen Bauteil abgestützter Bauteile zur Folge haben kann. Beispielsweise kann die Aufwölbung des plattenförmigen Bauteils zu einer Verformung einer Dichthülse führen, welche einen Ventilbolzen eines Steuerventils umgibt, das in einem weiteren plattenförmigen Bauteil, insbesondere einer Ventilplatte, ausgebildet ist. Die Verformung der Dichthülse könnte zu einer Verformung des Ventilbolzens führen, so dass Schlupf und Verschleiß zwischen Ventilbolzen und Ventilplatte zunähmen. Die vorgeschlagene Formoptimierung des Düsenkörpers vermag somit zugleich eine Verringerung des Verschleißes im Bereich eines Steuerventils zu bewirken, das vorzugsweise in einem unmittelbar an dem ersten plattenförmigen Bauteil anliegenden weiteren plattenförmigen Bauteil ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor zeichnet sich demnach ferner durch eine hohe Lebensdauer aus.
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Die auf die Formoptimierung des Düsenkörpers zurückzuführende gesteigerte Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffinjektors ermöglicht eine Erhöhung des Systemdrucks unter Beibehaltung der Axialkraft bzw. des Drehmoments der Düsenspannmutter. Alternativ kann zur Entlastung der Düsenspannmutter die Axialkraft bzw. das Drehmoment bei gleichbleibendem Systemdruck reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Ausnehmung teilzylinderförmig oder teilkreisförmig ausgebildet, so dass der Durchmesser D des Hochdruckraums eine sichelförmige partielle Erweiterung erfährt. Eine solche Ausnehmung lässt sich in einfacher Weise mittels Bohren, Fräsen oder einem vergleichbaren materialabtragenden Verfahren auf der Stirnfläche des Düsenkörpers herstellen.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Ausnehmung teilzylinderförmig ausgebildet ist und die Längsachse B des Teilzylinders gegenüber der Längsachse A des Düsenkörpers um den Winkel α geneigt ist. Der Winkel α beträgt dabei vorzugsweise 40°–80°, weiterhin vorzugsweise 50°–70°. Die über die Ausnehmung bewirkte partielle Erweiterung des Durchmessers D des Hochdruckraums nimmt demnach in Richtung der dem plattenförmigen Bauteil zugewandten Stirnfläche zu. Das heißt, dass die Sichel wächst.
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Aufgrund der Form der Ausnehmung kann diese auch als Schnaube bezeichnet werden. Die zur Ausbildung der Schnaube erforderliche Bohrung wird von der Stirnfläche des Düsenkörpers schräg nach innen in Richtung des Hochdruckraums geführt. Im Bereich der Verschneidung der Schnaube mit dem Hochdruckraum weist die Ausnehmung bevorzugt ebenfalls eine Sicherform auf.
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Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei Ausnehmungen vorgesehen, die in einem Winkelabstand β zueinander angeordnet sind. Der Winkelabstand β beträgt dabei vorzugsweise 90°–120°, weiterhin vorzugsweise 100°–110°. Während die erste Ausnehmung bevorzugt der Anbindung des Hochdruckraums an eine Kraftstoffzuführung dient, ermöglicht die zweite Ausnehmung die Anbindung einer im plattenförmigen Bauteil ausgebildeten Fülldrossel. Die Fülldrossel ist vorzugsweise wie die Bohrung für die Anbindung der Kraftstoffzuführung seitlich angeordnet, wobei der Winkelabstand der Fülldrossel und der Bohrung im Wesentlichen dem Winkel β entspricht.
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Neben der Bohrung zur Anbindung des Hochdruckraums an die Kraftstoffzuführung sind bevorzugt weitere Bohrungen in dem plattenförmigen Bauteil vorgesehen. Diese weiteren Bohrungen können beispielsweise eine Zulaufdrossel, eine Ablaufdrossel und/oder eine Fülldrossel ausbilden. Sofern eine Bohrung zur Ausbildung einer Fülldrossel vorgesehen ist, kann diese – wie vorstehend bereits erwähnt – über eine weitere schnaubenartige Ausnehmung an den Hochdruckraum des Düsenkörpers angebunden werden.
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Vorzugsweise beträgt der Durchmesser D des Hochdruckraums 5 mm–7 mm. Auf diese Weise können die ursprünglichen Bauteilabmessungen des Düsenkörpers beibehalten werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser d der wenigstens einen Ausnehmung 2 mm–4 mm, vorzugsweise 3 mm beträgt. Dadurch ist ein ausreichender Strömungsquerschnitt zur Anbindung des Hochdruckraums an eine Kraftstoffzuführung sichergestellt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1,
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3 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch den Düsenkörper des Kraftstoffinjektors der 1,
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4 einen Querschnitt durch den Düsenkörper des Kraftstoffinjektors der 1,
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5 eine schematische Draufsicht auf den Düsenkörper des Kraftstoffinjektors der 1 und
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6 eine perspektivische Ansicht des Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors der 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Dem Längsschnitt der 1 ist ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zu entnehmen. Das Gehäuseteil umfasst einen Düsenkörper 1, welcher mittels einer Düsenspannmutter 2 gegen einen Haltekörper 3 axial verspannt ist. Zwischen dem Düsenkörper 1 und dem Haltekörper 3 sind zwei plattenförmige Bauteile angeordnet, von denen das unmittelbar am Düsenkörper 1 anliegende plattenförmige Bauteil eine Drosselplatte 4 und das hieran anschließende und unmittelbar am Haltekörper anliegende plattenförmige Bauteil eine Ventilplatte 13 ausbilden. Über die Düsenspannmutter 2 sind sämtliche Bauteile axial gegeneinander verspannt, wobei die hierzu erforderliche Axialkraft über eine Schraubverbindung (nicht dargestellt) der Düsenspannmutter 2 mit dem Haltekörper 3 aufgebracht wird.
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Der Düsenkörper 1 weist einen Hochdruckraum 6 auf, welcher über eine in der Drosselplatte ausgebildete Bohrung 5 mit einer Kraftstoffzuführung 7 verbunden ist. Die Kraftstoffzuführung 7 durchsetzt die Ventilplatte 13 und den Haltekörper 3 und ist seitlich angeordnet, um zum Einen die Ausbildung eines Steuerventils 19 in der Ventilplatte 13 und zum Anderen das Einsetzen eines Aktors (nicht dargestellt), vorzugsweise eines Piezo-Aktors, in den Haltekörper 3 zur Betätigung des Steuerventils 19 zu ermöglichen.
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Wie dem vergrößerten Ausschnitt der 2 zu entnehmen ist, umfasst das Steuerventil 19 eine an der Drosselplatte 4 abgestützte Dichthülse 14, in welcher ein Ventilbolzen 15 hubbeweglich geführt ist. Der Ventilbolzen 15 ist über eine an der Dichthülse 14 abgestützte Ventilfeder 16 in Richtung eines Ventilsitzes 20 axial vorgespannt. Wird bei Betätigung des Aktors (nicht dargestellt) der Ventilbolzen 15 aus dem Ventilsitz 20 gehoben, führt dies zunächst zu einer Entlastung eines Ventilraumes 21 des Steuerventils 19. Um ferner eine Entlastung eines im Düsenkörper 1 ausgebildeten Steuerraums (nicht dargestellt) zu bewirken, ist dieser über eine in der Drosselplatte 4 ausgebildete Ablaufdrossel 11 mit dem Ventilraum 21 verbunden (siehe 4). Die Entlastung des Steuerraums wiederum bewirkt, dass eine im Düsenkörper 1 aufgenommene Düsennadel (nicht dargestellt) eine Hubbewegung ausführt, mittels welcher wenigstens eine Einspritzöffnung (nicht dargestellt) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigegeben wird. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Betätigung des Aktors beendet, so dass der federbeaufschlagte Ventilbolzen 15 zurück in den Ventilsitz 21 fährt. Nunmehr kann sich der Druck im Ventilraum und im Steuerraum wieder aufbauen, indem diesen Räumen über eine in der Drosselplatte 4 ausgebildete Zulaufdrossel 10 bzw. Fülldrossel 12 Kraftstoff zugeführt wird (siehe 4).
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Zumindest die Fülldrossel 12 ist ähnlich der Bohrung 5 zur Anbindung der Kraftstoffzuführung 7 seitlich angeordnet, d.h. weiter radial außen liegend als die weiteren Bohrungen bzw. Drosseln. Um die Anbindung der Fülldrossel 12 und der Bohrung 5 an den Hochdruckraum 6 des Düsenkörpers 1 zu ermöglichen, weist dieser an seiner der Drosselplatte 4 zugewandten Stirnfläche 8 zwei sich sichelförmig abzeichnende Ausnehmungen 9 auf. Die Form der Ausnehmungen 9 ist vorliegend teilzylinderförmig, wobei jeweils die Längsachse B der Ausnehmungen 9 in einem Winkel α = 60° gegenüber der Längsachse A des Düsenkörpers 1 geneigt angeordnet ist (siehe 3). Die Durchmesser d der Ausnehmungen 9 betragen jeweils 3 mm, wobei sich der Durchmesser auf den gedachten vollständigen Zylinder bezieht (siehe 5). Der im Düsenkörper 1 ausgebildete Hochdruckraum 6 weist vorliegend einen Durchmesser D = 6,34 mm auf (siehe 3).
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Der 4 ist zu entnehmen, dass die beiden Ausnehmungen 9 in einem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Der Winkelabstand kann durch den Winkel β angegeben werden, welcher vorliegend 107° beträgt. Ferner ist in der 4 die Lage der Zulaufdrossel 10, der Ablaufdrossel 11, der Fülldrossel 12 und der Bohrung 5 angedeutet, welche den Hochdruckraum 6 mit der Kraftstoffzuführung 7 verbindet. Die Lage der Fülldrossel 12 und der Bohrung 5 überdeckt sich mit der Lage der Ausnehmungen 9, um die erforderliche hydraulische Verbindung zu gewährleisten. Denn sowohl die Bohrung 5 als auch die Fülldrossel 12 sind außermittig, insbesondere außerhalb des Durchmessers D des Hochdruckraums 6 durch die Drosselplatte 4 geführt. Um die Anbindung des Hochdruckraums 6 an die Bohrung 5 und die Fülldrossel 12 sicherzustellen, muss demnach der Durchmesser D des Hochdruckraums 6 erweitert werden. Vorliegend erfolgt dies über die Ausnehmungen 9, welche den Durchmesser D lediglich partiell erweitern. Dies hat zur Folge, dass eine größerer Anteil der Stirnfläche 8 als Dichtfläche 17 und/oder Stützfläche 18 bestehen bleibt (siehe 6). Die Vergrößerung der als Dichtfläche 17 und/oder Stützfläche 18 zur Verfügung stehenden Stirnfläche 8 bewirkt eine Druckentlastung, durch welche wiederum die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffinjektors gesteigert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045486 A1 [0002]
