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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Ventilhalter, einen Ventilkörper, eine Ventilnadel zur Betätigung eines am distalen Ende des Ventilkörpers angeordneten Ventilsitzes und eine Ventilspannmutter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors.
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Zur Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt. Insbesondere im Zusammenhang mit selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen werden derzeit vermehrt hubgesteuerte Hochdruckspeicher-Einspritzsysteme (Common-Rail-Systeme) eingesetzt. Durch das hubgesteuerte Hochdruckspeicher-Einspritzsystem lässt sich der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anpassen. Das Kraftstoffeinspritzventil wird über einen elektrischen Anschluss durch eine Motorsteuerung elektronisch angesteuert. Zur Betätigung des Ventils dient ein Aktor, der beispielsweise als Elektromagnet oder als ein Piezoaktor ausgeführt sein kann. Über die Betätigung des Aktors wird direkt oder indirekt über Zwischenschaltung eines Steuerventils eine Ventilnadel gegen einen Federdruck von einem Ventilsitz abgehoben. Dabei wird eine Ventilauslassbohrung freigegeben, wodurch aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kraftstoffzuführung und dem Brennraumdruck Kraftstoff in den Brennraum eindosiert wird. Nach Beendigung der Betätigung des Aktors wird die Ventilnadel durch Rückstellkräfte, beispielsweise durch die Rückstellkraft einer Feder, wieder in den Ventilsitz gepresst und der Kraftstofffluss unterbrochen.
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Um die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren und hohe spezifische Leistungen zu erzielen, ist es notwendig, den Kraftstoff mit immer höherem Einspritzdruck in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen. Die hohen Einspritzdrücke von mehr als 1800 bar in Common-Rail-Systemen müssen bei der Konstruktion der Kraftstoffinjektoren berücksichtigt werden.
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Aus der
DE 195 08 636 A1 geht ein Kraftstoffinjektor hervor, welcher im Wesentlichen aus einem Düsenhalter mit koaxial hieran befestigtem Düsenkörper zur Aufnahme einer Düsennadel für die Betätigung eines am distalen Ende des Düsenkörpers angeordneten Ventilsitzes besteht. Die Befestigung des Düsenkörpers am Düsenhalter erfolgt über eine Spannmutter, welche als Überwurfmutter ausgeführt ist. Die Ausrichtung des Düsenkörpers im Verhältnis zum Düsenhalter erfolgt mittels mindestens zwei Fixierstiften, die in Grundbohrungen stirnseitig von Düsenhalter und Düsenkörper stecken.
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Aus
DE 10 2005 049 540 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem an einem Düsenhalter über eine Spannmutter festgespannten Düsenkörper zur Aufnahme einer Düsennadel bekannt. Am Düsenkörper ist eine Markierung als Positionierhilfe angebracht, sodass beim Zusammenbau mithilfe eines Montagewerkzeugs die korrekte Orientierung festgestellt werden kann.
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Nachteilig an der Ausrichtung der Bauteile mit Hilfe mehrerer Fixierstifte ist, dass die für die Stifte notwendigen Bohrungen eine Schwächung der Bauteile darstellen. Diese müssen daher größer dimensioniert werden, um den mechanischen Anforderungen gerecht zu werden. Bei der Verwendung von optischen Markierungen als Positionierhilfe ist nachteilig, dass diese bei der Montage des Kraftstoffinjektors aufwendige Werkzeuge erfordern, die es erlauben, die Markierung während des Montageprozesses zu verfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, umfassend einen Ventilhalter, einen Ventilkörper, eine Ventilnadel zur Betätigung eines am distalen Ende des Ventilkörpers angeordneten Ventilsitzes und eine Ventilspannmutter, wobei zwischen dem Ventilhalter und dem Ventilkörper genau ein Stift angeordnet ist und wobei der Stift eingerichtet ist, zusammen mit der Ventilspannmutter verdrehsicher die Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter vorzugeben.
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Der Kraftstoffinjektor umfasst einen Ventilkörper der an seinem distalen, dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zugeordneten, Ende Einspritzöffnungen umfasst, die über eine Ventilnadel, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, verschließbar sind. Zur Aufnahme der Ventilnadel ist im Zentrum des Ventilkörpers eine Bohrung angeordnet. Am anderen Ende grenzt der Ventilkörper an einen Ventilhalter an, der ebenfalls eine Bohrung zur Aufnahme der Ventilnadel aufweist. Die Bohrung im Ventilhalter hat bevorzugt einen geringeren Durchmesser als die Bohrung im Ventilkörper, sodass sich eine ebenfalls im Ventilkörper aufgenommene Feder an dem Ventilhalter abstützen kann. Über die Feder wird die Ventilnadel gegen den Ventilsitz vorgespannt.
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Der Ventilkörper wird über eine als Überwurfmutter ausgeführte Ventilspannmutter an dem Ventilhalter fixiert. Die korrekte Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter wird dabei durch das Zusammenwirken der Ventilspannmutter mit einem Stift vorgegeben. Der Stift ist zwischen Ventilkörper und Ventilhalter angeordnet, wobei diese an ihren sich zugewandten Stirnseiten jeweils eine Bohrung zur Aufnahme des Stifts aufweisen.
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Um eine Orientierung eines Bauteils in Relation zu einem anderen Bauteil vorzugeben, sind mindestens zwei Fixierpunkte erforderlich. Um die Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter vorzugeben, ist der erste Fixpunkt der Stift und der zweite Fixpunkt ist durch die Ventilspannmutter gegeben.
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In einer Ausführungsform des Kraftstoffinjektors weist die Ventilspannmutter ein Innengewinde und der Ventilhalter ein Außengewinde zur Aufnahme der Ventilspannmutter auf.
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In einer Ausführungsform weist der Ventilkörper eine Schulter auf, in die die Ventilspannmutter eingreift.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Spiel zwischen der Ventilnadel und dem Ventilhalter so gewählt, dass es größer ist als das Spiel zwischen der Ventilspannmutter und dem Ventilkörper sowie zwischen dem Ventilkörper und dem Stift.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors, wobei der Kraftstoffinjektor einen Ventilhalter, einen Ventilkörper und eine Ventilnadel zur Betätigung eines am distalen Ende des Ventilkörpers angeordneten Ventilsitzes umfasst, wobei der Ventilkörper auf den Ventilhalter aufgesetzt und mit einer Ventilspannmutter auf dem Ventilhalter fixiert wird, und wobei zwischen Ventilhalter und Ventilkörper genau ein Stift eingesetzt wird, der zusammen mit der Ventilspannmutter die Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter verdrehsicher vorgibt.
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Bei der Montage wird über einen Stift eine Verbindung zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilhalter hergestellt, wobei der Stift nicht zentriert, sondern exzentrisch angeordnet ist. Durch den Stift ist ein Verschieben der beiden Bauteile zueinander nicht mehr möglich, es kann lediglich eine Drehung um die durch den Stift vorgegebene Drehachse erfolgen. Dieser letzte Freiheitsgrad wird jedoch ebenfalls eingeschränkt, sobald die Ventilspannmutter über den Ventilkörper und den Ventilhalter geschoben wird.
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Die Ventilspannmutter ist bevorzugt als Überwurfmutter ausgeführt und gibt zusammen mit dem Stift bei der Montage die Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter verdrehsicher vor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bei der Montage das Spiel zwischen der Ventilnadel und dem Ventilhalter so gewählt, dass es größer ist als das Spiel zwischen der Ventilspannmutter und dem Ventilkörper und das Spiel zwischen dem Ventilkörper und dem Stift.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die Vorgabe der Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter mit Hilfe des Stifts und der Ventilspannmutter wird mechanisch eine verdrehsichere Orientierung der Bauteile erreicht. Eine optische Überwachung der Orientierung der Bauteile zueinander während der Montage ist nicht erforderlich. Der Einsatz aufwendiger Werkzeuge, die bei der Verschraubung eine Kontrolle der Ausrichtung erlauben, ist nicht erforderlich.
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Da zur Sicherstellung der Orientierung des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilhalter jeweils nur eine Bohrung in den Bauteilen erforderlich ist, werden diese im Vergleich zu Kraftstoffinjektoren nach dem Stand der Technik, bei denen zwei oder mehr Stifte zur Sicherung und Orientierung eingesetzt werden, nur geringfügig in ihrer mechanischen Stabilität beeinträchtigt. Daher lassen sich die geforderten mechanischen Eigenschaften bereits bei geringeren Bauteildurchmessern erzielen, wodurch wertvoller Bauraum eingespart werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt einen Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik, bei dem mehrere Stifte zur Orientierung eines Ventilkörpers in Bezug auf einen Ventilhalter eingesetzt werden,
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, bei dem die Orientierung eines Ventilkörpers in Bezug auf einen Ventilhalter durch das Zusammenwirken von genau einem Stift mit einer Ventilspannmutter vorgegeben wird.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In 1 ist ein Kraftstoffinjektor nach dem Stand der Technik dargestellt.
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1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 10 mit einem Ventilkörper 14. Der Ventilkörper 14 weist in seinem Inneren eine Bohrung auf, in der eine Ventilnadel 20 aufgenommen ist. Die Ventilnadel 20 ist eingerichtet, einen am distalen, dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zugewandten, Ende des Ventilkörpers 14 angeordneten Ventilsitz zu betätigen. An den Ventilkörper 14 grenzt ein Ventilhalter 12 an, der ebenfalls eine Bohrung zur Aufnahme der Ventilnadel 20 aufweist. Der Durchmesser der Bohrung im Ventilhalter 12 ist bevorzugt geringer als der Durchmesser der Bohrung im Ventilkörper 14, sodass sich eine in der Bohrung des Ventilkörpers 14 aufgenommene Feder 15 an dem Ventilhalter 12 abstützen kann. Über die Feder 15 wird die Ventilnadel 20 vorgespannt und gegen den Ventilsitz gedrückt, sodass Düsenöffnungen, über die Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gelangen kann, verschlossen werden.
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Über eine Ventilspannmutter 16 werden der Ventilkörper 14 und der Ventilhalter 12 miteinander verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ventilspannmutter 16 als Überwurfmutter ausgeführt und weist ein Innengewinde 29 auf, welches in ein Außengewinde 28 des Ventilhalters 12 eingreift. Die Ventilspannmutter 16 greift mit einem Absatz 17 in eine Schulter 18 am Ventilkörper 14 ein und drückt den Ventilkörper 14 gegen den Ventilhalter 12.
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Zur Sicherstellung einer korrekten Orientierung des Ventilkörpers 14 in Bezug auf den Ventilhalter 12 sind mehrere Stifte 22, 23 vorgesehen. Die Stifte 22, 23 sind zwischen dem Ventilhalter 12 und dem Ventilkörper 14 angeordnet. Der Ventilhalter 12 und der Ventilkörper 14 besitzen jeweils zur Aufnahme der Stifte 22, 23 Bohrungen in den jeweiligen Stirnflächen.
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Durch die Vielzahl der Bohrungen wird der Ventilkörper 14 und der Ventilhalter 12 geschwächt.
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2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
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2 zeigt einen Kraftstoffinjektor 10 mit einem Ventilkörper 14. Der Ventilkörper 14 weist in seinem Inneren eine Bohrung auf, in der eine Ventilnadel 20 aufgenommen ist. Die Ventilnadel 20 ist eingerichtet, ein am distalen, dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zugewandten, Ende des Ventilkörpers 14 angeordneten Ventilsitz zu betätigen. An den Ventilkörper 14 grenzt ein Ventilhalter 12 an, der ebenfalls eine Bohrung zur Aufnahme der Ventilnadel 20 aufweist. Der Durchmesser der Bohrung im Ventilhalter 12 ist bevorzugt geringer als der Durchmesser der Bohrung im Ventilkörper 14, sodass sich eine in der Bohrung des Ventilkörpers 14 aufgenommene Feder 15 an dem Ventilhalter 12 abstützen kann. Über die Feder 15 wird die Ventilnadel 20 vorgespannt und gegen den Ventilsitz gedrückt, sodass Düsenöffnungen, über die Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gelangen kann, verschlossen werden.
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Über eine Ventilspannmutter 16 werden der Ventilkörper 14 und der Ventilhalter 12 miteinander verbunden. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Ventilspannmutter 16 als Überwurfmutter ausgeführt und weist ein Innengewinde 29 auf, welches in ein Außengewinde 28 des Ventilhalters 12 eingreift. Die Ventilspannmutter 16 greift mit einem Absatz 17 in eine Schulter 18 am Ventilkörper 14 ein und drückt den Ventilkörper 14 gegen den Ventilhalter 12.
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Um die korrekte Orientierung des Ventilkörpers 14 in Bezug auf den Ventilhalter 12 verdrehsicher vorzugeben, ohne die Bauteile unnötig zu schwächen, ist zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Ventilhalter 12 genau ein Stift 22 angeordnet. Dieser Stift 22 ist in Bezug auf das Zentrum des Kraftstoffinjektors exzentrisch angeordnet. Zur Aufnahme des Stifts 22 weist der Ventilkörper 14 genau eine Bohrung 24 an seiner dem Ventilhalter zugewandten Stirnseite auf, und der Ventilhalter 12 weist an der gegenüberliegenden Stelle eine Bohrung 26 auf.
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Um die Orientierung des Ventilkörpers 14 in Bezug auf den Ventilhalter 12 verdrehsicher vorzugeben, sind zwei Fixpunkte erforderlich. Der erste Fixpunkt ist durch den Stift 22 vorgegeben. Der zweite Fixpunkt wird durch die als Überwurfmutter ausgeführte Ventilspannmutter 16 gebildet. Die Toleranzen der Bauteile sind so gewählt, dass das Spiel zwischen der Ventilnadel und dem Ventilhalter (34) größer ist als das Spiel zwischen der Ventilspannmutter und dem Ventilkörper (32) und das Spiel zwischen dem Ventilkörper und dem Stift (30).
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Somit ist auch bei der Verwendung von genau einem Stift 22 zur Orientierung des Ventilkörpers 14 in Bezug auf den Ventilhalter 12 sichergestellt, dass sich die Ventilnadel 20 frei bewegen kann, wodurch die Funktion des Kraftstoffinjektors 10 gewährleistet ist. Da bei der Verwendung von nur einem Stift 22 weniger das Material schwächende Bohrungen erforderlich sind, können die Durchmesser des Ventilhalters 12 und des Ventilkörpers 14 bei gleicher mechanischer Stabilität geringer ausfallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19508636 A1 [0004]
- DE 102005049540 A1 [0005]
