DE102012224226A1

DE102012224226A1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102012224226A1
Application number: DE201210224226
Authority: DE
Inventors: Michael Lengowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einer in einem Injektorgehäuse (12) angeordneten, heb- und senkbaren Einspritzventilglied (18) zum Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung, wobei die Bewegung des Einspritzventilglieds (18) über den Abfluss von Kraftstoff aus einem Steuerraum (20) mittels eines kugelförmigen Schließelements (30) beeinflussbar ist, das zumindest mittelbar mit einem Magnetanker (32) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Schließelement (30) über ein Zwischenelement (55) mit dem Magnetanker (32) gekoppelt ist, wobei das Zwischenelement (55) eine Kugelanlagefläche (56) für das Schließelement (30) aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2009 003 208 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist einen Magnetanker auf, der einen stiftförmigen Abschnitt hat, an dessen einem Steuerraum zugewandten Ende ein Schließelement in Form einer Ventilkugel angeordnet ist, die zum Ausbilden eines Dichtsitzes dient. Das Schließelement bzw. die Ventilkugel dient zum Steuern eines Kraftstoffabflusses aus einem Steuerraum. Dadurch lässt sich in bekannter Art und Weise das Heben und Senken einer in dem Kraftstoffinjektor angeordneten Düsennadel steuern, um Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Der bekannte Magnetanker ist mit seinem stiftförmigen Abschnitt in einem Ankerführungselement aufgenommen, das eine radiale Führung für den Magnetanker ausbildet. Aus herstellungstechnischen Gründen ist es dabei üblich, die Ankerführung lediglich mit einer derartigen Passung bzw. Toleranz auszuführen, dass relativ große Kippbewegungen bzw. seitliche Verschiebungen des Magnetankers vermieden werden. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der stiftförmige Abschnitt mit relativ viel radialem Führungsspiel innerhalb der Ankerführung angeordnet ist. Sollte in der angehobenen Stellung des Magnetankers, bei der die Ventilkugel von ihrem Dichtsitz abgehoben ist, ein Verkippen oder ein seitlicher Versatz des Magnetankers auftreten, so wird das Kippen bzw. der Versatz infolge der Kugeloberfläche des Schließelements beim Absinken auf den Ventilsitz ausgeglichen, bzw. es findet eine Zentrierung des stiftförmigen Abschnitts beim Aufsetzen auf den Dichtsitz statt. Da die Ventilkugel in Ihrer Aufnahme in den stiftförmigen Abschnitt des Magnetankers lediglich eingelegt ist, kommt es zu einem relativ großen Verschleiß an der Kugelanlagefläche an dem stiftförmigen Abschnitt, da der stiftförmige Abschnitt aus einem weicheren Material besteht als die Ventilkugel. Dieser Verschleiß führt langfristig gesehen zu einer verringerten Leistung des Kraftstoffinjektors, die sich insbesondere in Mengenstreuungen der eingespritzten Kraftstoffmenge niederschlägt.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass der Verschleiß zwischen dem Schließelement und seiner Anlagefläche verringert wird. Dadurch soll über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors gesehen die Genauigkeit der Einspritzmenge stets innerhalb relativ geringer Toleranzen erfolgen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das kugelförmige Schließelement über ein Zwischenelement mit dem Magnetanker gekoppelt ist, wobei das Zwischenelement eine Kugelanlagefläche für das Schließelement aufweist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass im Gegensatz zum Stand der Technik das kugelförmige Schließelement nicht unmittelbar an einer entsprechend ausgeformten bzw. geschliffenen Kugelanlagefläche an dem Magnetanker anliegt, sondern an einer entsprechenden Fläche an einem Zwischenelement. Durch die Ausbildung der Kugelanlagefläche an einem separaten Element wird die Möglichkeit geschaffen, das separate Element hinsichtlich seiner Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Verschleißes an der Kugelanlagefläche, zu optimieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Zur Verringerung des Verschleißes zwischen dem Schließglied und dem Zwischenelement ist es insbesondere vorgesehen, dass das Zwischenelement, zumindest im Bereich der Kugelanlagefläche, aus einem gegenüber dem Material des Magnetankers härteren bzw. verschleißfesteren Material besteht.
In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung der Anordnung des Zwischenelements an dem Magnetanker wird vorgeschlagen, dass das Zwischenelement in einer sacklochförmigen Aufnahme des Magnetankers aufgenommen ist. Eine derartige sacklochförmige Aufnahme in dem Magnetanker lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach und genau mit relativ geringem Aufwand fertigen.
Um einerseits das Zwischenelement herstellungstechnisch besonders einfach auszubilden zu können, und andererseits eine möglichst geringe Belastung des Zwischenelements in seiner Aufnahme am Magnetanker zu ermöglichen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Zwischenelement im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, und unter Ausbildung einer Gleit- und Klemmpassung in der Aufnahme angeordnet ist. Eine derartige Gleit- oder Klemmpassung hat den besonderen Vorteil, dass sich das Zwischenelement sehr einfach montieren lässt, wobei mechanische Belastungen bzw. Beschädigungen bei der Montage vermieden werden können. In der Praxis wird üblicherweise eine Gleitpassung zwischen dem Zwischenelement und der Aufnahme im Magnetanker ausgebildet und zur Montage eine geringe Menge an Öl in die Aufnahme eingebracht, so dass das Zwischenelement in der Aufnahme hydraulisch verklebt, so dass die Montage des Magnetankers in dem Ventilgehäuse anschießend relativ einfach erfolgen kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Zwischenelement aus seiner Aufnahme am Magnetanker herausfällt.
Um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Schließelement und der Kugelanlagefläche auszubilden, damit die Flächenpressung minimiert wird, wird vorgeschlagen, dass die Kugelanlagefläche halbkugelförmig ausgebildet ist.
Um insbesondere eine möglichst kostengünstige Herstellbarkeit der Bauteile des Kraftstoffinjektors im Bereich des Magnetankers zu ermöglichen, ist es insbesondere mit Vorteil angesehen, wenn der Magnetanker mit radialem Spiel in dem Injektorgehäuse gelagert ist. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass der Magnetanker einen stiftförmigen Bereich zur Aufnahme des Zwischenelements aufweist, und dass insbesondere der stiftförmige Bereich mit radialem Führungsspiel in einer Ankerführung gelagert ist.
Als bevorzugte geometrische Dimensionierung bezüglich des stiftförmigen Bereichs des Magnetankers und des Zwischenelements hat sich ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des stiftförmigen Bereichs im Bereich der Aufnahme und dem Durchmesser des Zwischenelements im Bereich der Aufnahme zwischen 1,1:1 und 2:1 als vorteilhaft erwiesen.
Ebenso hat es sich vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis zwischen der Länge der Aufnahme und der Länge des Zwischenelements zwischen 1:1 und 1:3, vorzugsweise etwa 1:2, beträgt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Längsschnitt,
2 den einem Zwischenelement zugewandten unteren Endbereich des Magnetankers in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt und
3 das Zwischenelement zur Aufnahme eines kugelförmigen Schließglieds, wie es in eine Aufnahme des Magnetankers gemäß 2 einsetzbar ist, ebenfalls in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Der in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 10 ist Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems, insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen, und weist ein Injektorgehäuse mit einem Injektorkörper 12 auf, in den seitlich ein Hochdruckzulauf 14 mündet. Über den Hochdruckzulauf 14 wird unter Systemdruck stehender Kraftstoff von einem Hochdruckspeicherraum (Rail) des Einspritzsystems zum Kraftstoffinjektor 10 geführt. Im Injektorgehäuse 12 des Kraftstoffinjektors 10 ist ein Ventilstück 16 eingesetzt, in welchem ein Einspritzventilglied 18 in Form einer Düsennadel oder eine Druckstange, die ein weiter unten liegendes Einspritzventilglied bestätigt, aufnimmt. Im Ventilstück 16 ist ein Steuerraum 20 ausgebildet, der über eine Zulaufdrossel 22 von dem aus dem Hochdruckzulauf 14 eintretenden, unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Das Einspritzventilglied 18 dient zum Verschließen bzw. Freigeben von in den Figuren nicht dargestellten Einspritzöffnungen. Der Steuerraum 20 im Ventilstück 16 ist über einen Ablaufkanal 24 druckentlastbar. Im Ablaufkanal 24 befindet sich unterhalb der Mündungsstelle des Ablaufkanals 24, d.h. unterhalb eines Ventilsitzes 28 eine Ablaufdrossel 26. Der Ventilsitz 28 des Ablaufkanals 24 ist durch ein kugelförmiges Schließelement 30 verschlossen.
Der Kraftstoffinjektor 10 wird mittels eines Magnetventils betätigt. Eine Magnetbaugruppe des Magnetventils umfasst einen Anker 32, der in einer Ankerführung 36 radial mit Spiel geführt ist. Die Ankerführung 36 ist ihrerseits von einer Ventilspannschraube 50 bereichsweise umgeben, mit der das Ventilstück 16 am Injektorgehäuse 12 des Kraftstoffinjektors 10 montiert ist.
Der Anker 32 weist eine ebene Stirnfläche 34 auf, die gegenüber einer ebenfalls ebenen Stirnseite 40 eines Magnetkerns 38 angeordnet ist. Der Magnetkern 38 umfasst eine Magnetspule 42 radial. Die Magnetbaugruppe, die den Magnetkern 38, die Magnetspule 42 sowie den Anker 32 umfasst, ist von einer Magnethülse 44 radial umfasst, die mittels einer Spannmutter 48 am Injektorgehäuse 12 verschraubt ist. Ferner ist aus der 1 erkennbar, dass der Anker 32 durch eine Ankerfeder 46 kraftbeaufschlagt ist, die den Anker 32 in den Ventilsitz 28 drückt. Bei einer Bestromung der in dem Magnetkern 38 aufgenommenen Magnetspule 42 erfolgt durch Anziehen des Ankers 32 ein Öffnen des Ventilsitzes 28.
Der Ventilsitz 28 ist an einer konusförmigen Sitzfläche 51 des Ventilstücks 16 ausgebildet. Erfindungswesentlich ist, dass das kugelförmige Schließelement 30 nicht unmittelbar an einem stiftförmigen Bereich 52 des Ankers 32 aufgenommen ist, sondern mittelbar über ein Zwischenelement 55. Das Zwischenelement 55 befindet sich dabei in Axialrichtung gesehen unterhalb der Ankerführung 36. Wie aus einer Zusammenschau der 1 und 3 erkennbar ist, ist das Zwischenelement 55 zylindrisch ausgebildet, wobei der Außendurchmesser d beispielsweise 2,6mm beträgt. Die Länge l des Zwischenelements 55 beträgt beispielhaft etwa 2,1mm. Erfindungswesentlich ist, dass das Zwischenelement 55 aus einem gegenüber dem Material des stiftförmigen Bereichs 52 des Ankers 32 härteren bzw. verschleißfesteren Material besteht. Auf der dem Schließelement 30 zugewandten Seite weist das Zwischenelement 55 eine halbkugelförmige Kugelanlagefläche 56 auf, die insbesondere durch Schleifen erzeugt ist. Der Radius r der Kugelanlagefläche 56 beträgt beispielhaft etwa 0,78mm.
Der Anker 32 weist an seinem stiftförmigen Bereich 52 eine sacklochförmige Aufnahme 58 für das Zwischenelement 55 auf. Der Durchmesser D der Aufnahme 55 ist dem Durchmesser d des Zwischenelements 55 derart angepasst, dass das Zwischenelement 55 unter Ausbildung einer Gleit- oder Klemmreibung in der Aufnahme 58 angeordnet ist. Der Außendurchmesser A_D des stiftförmigen Bereichs 52 im Bereich der Aufnahme 58 beträgt beispielsweise 3,4mm. Die Länge L der Aufnahme 58 beträgt beispielsweise 1,0mm. Das Zwischenelement 55 liegt somit an seinem Umfang an der radial umlaufenden Umfangswand 59 der Aufnahme 58 an.
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, ein Schließelement 30 nicht unmittelbar in Wirkverbindung mit einem Anker 32 anzuordnen, sondern über ein Zwischenelement 55, das eine Kugelanlagefläche 56 aufweist, die verschleißfest ausgebildet ist, wozu das Zwischenelement 55 aus einem gegenüber dem Material des Ankers 32 härteren Material besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009003208 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem in einem Injektorgehäuse (12) angeordneten, heb- und senkbaren Einspritzventilglied (18) zum Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung, wobei die Bewegung des Einspritzventilglieds (18) über den Abfluss von Kraftstoff aus einem Steuerraum (20) mittels eines kugelförmigen Schließelements (30) beeinflussbar ist, das zumindest mittelbar mit einem Magnetanker (32) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (30) über ein Zwischenelement (55) mit dem Magnetanker (32) gekoppelt ist, wobei das Zwischenelement (55) eine Kugelanlagefläche (56) für das Schließelement (30) aufweist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (55), zumindest im Bereich der Kugelanlagefläche (56), aus einem gegenüber dem Material des Magnetankers (32) härteren bzw. verschleißfesteren Material besteht.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (55) in einer sacklochförmigen Aufnahme (58) des Magnetankers (32) aufgenommen ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (55) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, und unter Ausbildung einer Gleit- oder Klemmpassung in der Aufnahme (58) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelanlagefläche (56) halbkugelförmig ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (32) mit radialem Spiel in dem Injektorgehäuse (12) gelagert ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (32) einen stiftförmigen Bereich (52) zur Aufnahme des Zwischenelements (55) aufweist, und dass insbesondere der stiftförmige Bereich (52) mit radialem Führungsspiel in einer Ankerführung (36) gelagert ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser (A_D) des stiftförmigen Bereichs (52) im Bereich der Aufnahme (58) und dem Durchmesser (D) des Zwischenelements (55) im Bereich der Aufnahme (58) zwischen 1,1:1 und 2:1 beträgt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge (L) der Aufnahme (58) und der Länge (l) des Zwischenelements (55) zwischen 1:1 und 1:3, vorzugsweise etwa 1:2 beträgt.