-
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.
-
Stand der Technik
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 021 491 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der eine in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers axial verschiebbar geführte Düsennadel besitzt, die mittels eines Aktors, beispielsweise eines Piezoaktors, direkt betätigbar ist. Der Aktor wirkt dabei mit einem hydraulischen Koppler zusammen, der einen in einer Kopplerhülse aufgenommenen Kopplerkolben zur Begrenzung eines Kopplerraums umfasst. Der Kopplerraum ist mit einem Steuerraum verbunden, der in axialer Richtung von der Düsennadel begrenzt wird. An der Düsennadel liegt demnach der im Steuerraum herrschende Druck an, der über den Aktor steuerbar ist. In Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum, vermag die Düsennadel zu öffnen oder wird über eine hydraulische Druckkraft, zu welcher sich die Federkraft einer mittelbar über einen Federteller an der Düsennadel abgestützten Düsenfeder addiert, in einen Düsennadelsitz zurückgestellt.
-
Bei Kraftstoffinjektoren der vorstehend genannten Art ist der Hub der Düsennadel in der Regel voreingestellt und wird einerseits durch den Düsennadelsitz, andererseits durch einen Hubanschlag begrenzt. Der voreingestellte Hub kann jedoch einer Veränderung unterliegen. Dies gilt insbesondere, wenn zur Verbindung der Körperbauteile eines Injektors eine Düsenspannmutter verwendet wird. Denn im Bereich der Verschraubung der Düsenspannmutter mit einem Körperbauteil werden Kräfte in den Körper eingeleitet, die Einfluss auf den Hub der Düsennadel haben. Der Einfluss steigt mit zunehmendem Abstand des Hubanschlags zum Sitz der Düsennadel.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit einer hubbeweglichen Düsennadel anzugeben, deren Hub durch einen „sitznahen“ Hubanschlag begrenzt wird. Dadurch soll die Gefahr verringert werden, dass sich ein in der Fertigung voreingestellter Düsennadelhub verändert. Ferner soll der Hubanschlag einfach und kostengünstig realisierbar sein.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper und eine Düsennadel, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung in einer Hochdruckbohrung des Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Düsenfeder beaufschlagt ist. Die Düsenfeder ist dabei an ihrem dem Düsensitz zugewandten Ende an einem mit der Düsennadel gekoppelten Federteller abgestützt. Erfindungsgemäß ist die Düsenfeder an ihrem anderen Ende an einem zweiten Federteller abgestützt, der in einem axialen Abstand zum ersten Federteller angeordnet ist und mit diesem einen Hubanschlag für die Düsennadel ausbildend zusammenwirkt. Erster und zweiter Federteller bilden auf diese Weise einen sitznahen Hubanschlag zur Begrenzung des Hubs der Düsennadel aus. Der axiale Abstand zwischen den beiden Federtellern definiert dabei den maximalen Öffnungshub der Düsennadel. Ferner ist der Hubanschlag einfach und kostengünstig durch Vorsehen eines zweiten Federtellers realisierbar.
-
Bevorzugt ist der zweite Federteller von der Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt, deren Federkraft größer als die der Düsenfeder ist und den zweiten Federteller entgegen der Federkraft der Düsenfeder gegen eine vorzugsweise radial verlaufende Stützfläche axial vorspannt. Die Federkraft der weiteren Feder stellt den ständigen Kontakt des zweiten Federtellers mit der Stützfläche sicher. Das heißt, dass sie einem ungewollten Abheben des zweiten Federtellers von der Stützfläche entgegenwirkt. Dadurch bleibt ein voreingestellter Hub der Düsennadel erhalten. Vorzugsweise ist die Stützfläche am Düsenkörper ausgebildet, der hierzu beispielsweise einen radial verlaufenden Absatz aufweisen kann.
-
Weiterhin bevorzugt ist der Düsenkörper mehrteilig ausgeführt und umfasst ein Düsenteil sowie ein hieran angesetztes Rohrteil. Die mehrteilige Ausführung des Düsenkörpers weist den Vorteil auf, dass die Spannungen im Düsenkörper reduziert werden, die unter anderem dadurch bedingt sind, dass an der die Hochdruckbohrung begrenzenden Innenumfangsfläche im Betrieb des Injektors Hochdruck anliegt. Ferner führt die Axialkraft, die durch eine Düsenspannmutter zur axialen Verspannung der verschiedenen Körperbauteile des Injektors bewirkt wird, zu Spannungen im Düsenkörper. Die Düsenspannmutter kann vorliegend auch dazu eingesetzt werden, die mehreren Teile des Düsenkörpers axial zu verspannen, so dass eine hochdruckfeste Abdichtung zwischen den Teilen gewährleistet ist. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Rohrteil einen Innendurchmesser besitzt, der größer als der Innendurchmesser des Düsenteils ist. Auf diese Weise wird eine ringförmige Fläche am Düsenteil des Düsenkörpers freigelegt, die als radial verlaufende Stützfläche zur Abstützung des zweiten Federtellers einsetzbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung und Messung des Düsennadelhubes. Ferner wirkt die Federkraft der den zweiten Federteller gegen die Stützfläche axial vorspannenden Feder allein auf das Düsenteil des Düsenkörpers und das Rohrteil bleibt unbelastet.
-
Vorteilhafterweise ist der zweite Federteller scheibenförmig ausgebildet. Ein solches Bauteil ist einfach und kostengünstig herstellbar. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Federteller eine zentrale Ausnehmung zur Durchführung der Düsennadel besitzen. Der Innendurchmesser der zentralen Ausnehmung des zweiten Federtellers ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der Düsennadel im Bereich der Durchführung. Der verbleibende Ringspalt zwischen dem zweiten Federteller und der Düsennadel dient der Kraftstoffzuführung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung.
-
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass zumindest in einem der beiden Federteller wenigstens eine Durchströmöffnung ausgebildet ist. Die Durchströmöffnung kann beispielsweise im zweiten Federteller als exzentrisch angeordneter axial verlaufender Kanal ausgebildet sein. Im ersten Federteller, der vorzugsweise in radialer Richtung über die Düsennadel geführt ist, kann ein axial verlaufender Kanal ausgebildet sein, der ggf. in einen radial verlaufenden Kanal mündet, um einen Bundbereich der Düsennadel zur Auflage des Federteller zu umgehen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der vom Rohrteil des Düsenkörpers umschlossene Teil der Hochruckbohrung mit dem vom Düsenteil umschlossenen Teil der Hochdruckbohrung verbunden ist und einzuspritzender Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu strömen vermag.
-
Der erste Federteller ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und besitzt einen hohlzylinderförmigen Ansatz zur Ausbildung einer Anschlagfläche. Die Anschlagfläche wird weiterhin vorzugsweise über eine Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes ausgebildet. Aufgrund der Kopplung des ersten Federtellers mit der Düsennadel wird dieser von der Düsennadel mitgeführt, wenn diese öffnet. Dabei definiert ein Axialspalt zwischen der Anschlagfläche und dem zweiten Federteller den maximalen Öffnungshub der Düsennadel. Vorteilhafterweise ist die Düsenfeder innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes des ersten Federtellers angeordnet, so dass dieser eine Führung der Düsenfeder bewirkt.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel an ihrem dichtsitzabgewandten Ende von einem dritten Federteller umgeben ist, der vorzugsweise von der Federkraft der weiteren Feder in Richtung eines hubbeweglichen Kopplerkolbens einer hydraulischen Kopplungseinrichtung beaufschlagt ist. Über die Kopplungseinrichtung kann ein Aktor des Injektors zur Steuerung des Düsennadelhubs mit der Düsennadel in der Weise gekoppelt werden, dass eine Übersetzung der Aktorkraft oder des -hubs und/oder eine Umkehr der Wirkrichtung des Aktors erfolgt.
-
Bevorzugt begrenzen die Düsennadel, der dritte Federteller und der Kopplerkolben einen Steuerraum, der mit einem Kopplervolumen der Kopplungseinrichtung hydraulisch verbunden ist. Aufgrund der hydraulischen Verbindung kann über eine Druckänderung im Kopplervolumen der Druck im Steuerraum in der Weise beeinflusst werden, dass der Druck abnimmt und die Düsennadel entgegen der Federkraft der Düsenfeder zu öffnen vermag. Die erforderliche Druckänderung im Kopplervolumen wird durch einen Hub des Kopplerkolbens bewirkt, der hierzu mit dem Aktor gekoppelt ist. Das Kopplervolumen ist vorzugsweise in einem Kopplerkörper der hydraulischen Kopplungseinrichtung ausgebildet, der weiterhin vorzugsweise mittels der bereits genannten Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper axial verspannt ist. Der Kopplerkörper ist somit in seiner Lage fixiert.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kopplerkolben zur Begrenzung des Kopplervolumens in dem Kopplerkörper hubbeweglich geführt ist. Der Kopplerkörper besitzt hierzu bevorzugt einen hohlzylinderförmigen Ansatz, welcher den Kopplerkolben zumindest bereichsweise umgibt. Zur Kopplung des Kopplerkolbens mit einem Aktor kann der Kopplerkörper von einem Druckstift durchsetzt sein, der die Aktorkraft bzw. den Aktorhub auf den Kopplerkolben überträgt. Die Kraft- bzw. Hubübertragung über den Druckstift ermöglicht die Anordnung des Aktors in einem Niederdruckbereich des Injektors, der vom Hochdruckbereich durch den Kopplerkörper getrennt wird.
-
Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe und einer Aktorbaugruppe vorgeschlagen, die zur Betätigung der Düsennadel hydraulisch und/oder mechanisch mit der Düsennadel gekoppelt oder koppelbar ist. Vorzugsweise umfasst die Aktorbaugruppe einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor. Der Einsatz eines Piezoaktor oder eines Magnetaktors ermöglicht eine direkte Betätigung der Düsennadel. Die Aktorbaugruppe ist vorzugsweise in einem Körperbauteil des Injektors aufgenommen, das über die bereits genannte Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper und/oder dem Kopplerkörper axial verspannt ist. Hier kommen die Vorteile einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe besonders gut zum Tragen, da der „sitznahe“ Hubanschlag zur Begrenzung des Hubs der Düsennadel den Einfluss der Düsenspannmutter bzw. der über die Verschraubung der Spannmutter eingeleiteten Kräfte auf den voreingestellten Hub der Düsennadel verringert. Hieraus ergeben sich eine erhöhte Funktionssicherheit sowie ein Auslegungsvorteil.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform und
-
2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Der in der 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen zweiteiligen Düsenkörper 1 mit einem Düsenteil 1.1 als erstes Teil und einem Rohrteil 1.2 als zweites Teil. Die Teile 1.1 und 1.2 des Düsenkörpers 1 sind mit einem Kopplerkörper 21 einer hydraulischen Kopplungseinrichtung 18 und einem weiteren Körperbauteil 23 über eine Düsenspannmutter 24 axial verspannt. Über die Verschraubung der Düsenspannmutter 24 werden Kräfte in den Injektor eingeleitet, die funktionsrelevant sein können. Denn derartige Kräfte können zu einer Veränderung eines voreingestellten Hubes h einer Düsennadel 2 führen, die in einer Hochdruckbohrung 4 des Düsenkörpers 1 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Wie groß der Einfluss der Kräfte ist, hängt insbesondere vom Abstand einer Anschlagfläche A zur Begrenzung des Düsennadelhubes von einem Dichtsitz 5 der Düsennadel 2 ab. Um den Einfluss zu verringern, ist der Abstand möglichst klein zu wählen.
-
Die Anschlagfläche A ist vorliegend an einem hohlzylinderförmigen Ansatz 15 eines ersten Federtellers 7 ausgebildet, der auf einem Ringbund 25 der Düsennadel 2 aufliegt und von der Federkraft einer Düsenfeder 6 in Anlage mit dem Ringbund 25 gehalten wird. Die Düsenfeder 6 drückt die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5. Unterstützt wird die Düsenfeder 6 dabei von einem Steuerdruck in einem Steuerraum 19. In einem axialen Abstand zum ersten Federteller 7 ist ein zweiter Federteller 8 angeordnet, der mit dem ersten Federteller 7 einen Hubanschlag 9 ausbildend zusammenwirkt. Der axiale Abstand definiert dabei den Hub h der Düsennadel 2. Am zweiten Federteller 8 ist einerseits die Düsenfeder 6 und andererseits eine weitere Feder 11 abgestützt, deren Federkraft größer als die der Düsenfeder 6 ist und den zweiten Federteller 8 gegen eine Stützfläche 10 am Düsenkörper 1 drückt. Die Stützfläche 10 ist an einer Stirnfläche des Düsenteils 1.1 des Düsenkörpers 1 ausgebildet, an der auch das Rohrteil 1.2 des Düsenkörpers 1 anliegt. Die weitere Feder 8 ist andernends an einem dritten Federteller 16 abgestützt, der das steuerraumseitige Ende der Düsennadel 2 umgibt und gemeinsam mit der Düsennadel 2 und einem im Kopplerkörper 21 hubbeweglich geführten Kopplerkolben 17 den Steuerraum 19 begrenzt. Die Federkraft der weiteren Feder 8 hält dabei den dritten Federteller 16 in Anlage mit dem Kopplerkolben 17. Der Kopplerkolben 17 begrenzt ferner ein im Kopplerkörper 21 ausgebildetes Kopplervolumen 20, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird.
-
Die Anordnung der beiden Federteller 7, 8 in der Hochdruckbohrung 4, d. h. in einem sitznahen Bereich, hat zur Folge, dass der axiale Abstand zwischen der Anschlagfläche A und dem Dichtsitz 5 – im Vergleich zum Stand der Technik – gering ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Einfluss der Verschraubung der Spannmutter auf den voreingestellten Hub der Düsennadel 2 und damit auf die Funktion des Injektors minimal ist. Ferner weisen beide Federteller 7, 8 einfache Geometrien auf, so dass diese kostengünstig herstellbar sind. Der zweite Federteller 8 ist vorliegend scheibenförmig mit einer zentralen Ausnehmung 12 ausgebildet, durch welche die Düsennadel 2 hindurch geführt ist. Dabei weist die Ausnehmung 12 einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Düsennadel 2 in diesem Bereich ist, so dass durch den verbleibenden Ringspalt der einzuspritzende Kraftstoff hindurch zu strömen vermag. Um die Kraftstoffströmung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3 zu optimieren kann, wie in der 1 dargestellt, im zweiten Federteller 8 zusätzlich wenigstens eine Durchströmöffnung 13 in Form eines Axialbohrung vorgesehen sein.
-
Die Funktionsweise des in der 1 dargestellten Injektors ist wie folgt:
Zum Öffnen der Düsennadel 2 und damit zum Freigeben der Einspritzöffnung 3 wird ein Piezoaktor einer Aktorbaugruppe 22 aktiviert, die in dem Körperbauteil 23 aufgenommen ist. Bei Aktivierung dehnt sich der Piezoaktor aus und drückt – entgegen der Federkraft einer Feder 27 – einen Kolben 26 nach unten. Der Kolben 26 ist über einen Druckstift 28 mit dem Kopplerkolben 17 wirkverbunden, so dass auch dieser nach unten bewegt wird. Die Bewegung des Kopplerkolbens 17 hat zur Folge, dass sich das im Kopplerkörper 21 ausgebildete Kopplervolumen 20 vergrößert, so dass ein Druckabfall im Kopplervolumen 20 bewirkt wird. Da das Kopplervolumen 20 über einen Verbindungskanal 29 mit dem Steuerraum 19 verbunden ist, fällt auch der Druck im Steuerraum 19 ab. Der Druckabfall im Steuerraum 19 entlastet die Düsennadel 2, so dass diese vom Dichtsitz 5 abhebt und die Einspritzöffnung 3 freigibt. Über einen im Körperbauteil 23 ausgebildeten seitlichen Zulaufkanal 30, eine im Kopplerkörper 21 ausgebildete seitliche Bohrung 31 und die Hochdruckbohrung 4 strömt nunmehr hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher 32 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 3. Die wenigstens eine im zweiten Federteller 8 ausgebildete Durchströmöffnung 13 dient dabei der Optimierung der Kraftstoffströmung in der Hochdruckbohrung 4.
-
Zum Verschließen der Einspritzöffnung 3 wird der Piezoaktor der Aktorbaugruppe 22 deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass sich der Piezoaktor wieder zusammenzieht. Die Federkraft der Feder 27 drückt dabei den Kolben 26 nach oben. Die Rückstellung des Kopplerkolbens 17 wird durch die Federkraft der Feder 11 bewirkt. Mit der Rückstellung des Kopplerkolbens 17 verkleinert sich das Kopplervolumen 20 wieder und der Druck im Kopplervolumen 20 sowie im Steuerraum 19 steigt an. Auf die Düsennadel 2 wirkt nunmehr – ergänzend zur Federkraft der Düsenfeder 6 – eine hydraulische Schließkraft, welche die Düsennadel 2 in den Dichtsitz 5 drückt, so dass die Einspritzung beendet wird.
-
Der in der 2 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem der 1 nur geringfügig. Er weist Durchströmöffnungen 13, 14 im ersten Federteller 7 auf, welche die Durchströmöffnung 13 im zweiten Federteller 8 ersetzen. Die Durchströmöffnung 13 ist als Längsnut in einem Innenumfangsbereich des ersten Federtellers 7 ausgebildet, in welche ein als Durchströmöffnung 14 dienender radial verlaufender Kanal mündet. Die Durchströmöffnung 14 stellt sicher, dass der einzuspritzende Kraftstoff am Ringbund 25 der Düsennadel 2 vorbei in den unteren Teil der Hochdruckbohrung 4 gelangt. Die Funktionsweise des Injektors der 2 entspricht im Übrigen der der 1.
-
Es wird angemerkt, dass die Figuren lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Abwandlungen sind möglich. Insbesondere kann anstelle eines Piezoaktors ein Magnetaktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel vorgesehen sein. Ferner kann der Koppler ein mechanischer Koppler sein. Darüber hinaus kann auf die Anordnung eines Kopplers auch in Gänze verzichtet werden. Die vorliegend gewählte Ausführungsform dient lediglich der Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006021491 A1 [0002]
