DE102014222815A1 - Fuel injector and method of manufacturing a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit einem ein Ventilstück (16), in dem eine Ablaufbohrung (24) mit einer Ablaufdrossel (26) ausgebildet ist, über die ein Steuerraum (20) zu einem Niederdruckbereich druckentlastbar ist, wobei das Ventilstück (16) mittels einer Ventilspannschraube (50) axial gegen einen Haltekörper (12) verspannbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Ventilstück (16) zumindest bereichsweise von einem Spannelement (55) radial umfasst ist, das dazu ausgebildet ist, eine radial wirkende Druckkraft auf das Ventilstück (16) zu erzeugen.The invention relates to a fuel injector (10), in particular a common rail injector for self-igniting internal combustion engines, having a valve piece (16) in which a drainage bore (24) with an outlet throttle (26) is formed, via which a control chamber (20) is depressurable to a low pressure region, wherein the valve piece (16) by means of a valve clamping screw (50) axially against a holding body (12) is clamped. According to the invention, it is provided that the valve piece (16) is radially at least partially surrounded by a clamping element (55) which is designed to generate a radially acting pressure force on the valve piece (16).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors. The invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector for self-igniting internal combustion engines, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a fuel injector according to the invention.
Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
Aufgrund der stetig zunehmenden Systemdrücke bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen ist es erforderlich, zur Sicherstellung der Dichtheit des Kraftstoffinjektors das Ventilstück mit einer relativ großen axialen Spannkraft gegen die Halteschulter des Halterkörpers zu verspannen. Aufgrund der Geometrie des Ventilstücks und der Anordnung der Ventilspannschraube zum Ventilstück werden beim Verspannen in dem Ventilstück sowohl Bereiche mit Druckspannungen als auch solche mit Zugspannungen erzeugt. Bei dem aus der genannten Schrift bekannten Kraftstoffinjektor, bei dem die Ablaufdrossel bzw. der Ablaufdiffusor in etwa in Höhe einer Stirnfläche liegt, in der auch die die Ventilspannschraube gegen das Ventilstück anliegt, kommt es im Bereich der Ablaufdrossel und des Ablaufdiffusors zu relativ hohen Zugspannungen, die einen erheblichen negativen Einfluss auf die Schwingfestigkeit des Ventilstücks haben. Due to the steadily increasing system pressures in auto-ignition internal combustion engines, it is necessary to tighten the valve piece with a relatively large axial clamping force against the retaining shoulder of the holder body to ensure the tightness of the fuel injector. Due to the geometry of the valve piece and the arrangement of the valve clamping screw to the valve piece both areas with compressive stresses and those with tensile stresses are generated during clamping in the valve piece. In the case of the fuel injector known from the cited document, in which the outlet throttle or the outlet diffuser lies approximately at the level of an end face in which the valve clamping screw bears against the valve piece, relatively high tensile stresses occur in the region of the outlet throttle and the outlet diffuser. which have a significant negative impact on the fatigue strength of the valve piece.
Darüber hinaus ist es aus der nachveröffentlichten
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Schwingfestigkeit des Ventilstücks verbessert wird. Based on the illustrated prior art, the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that the fatigue strength of the valve piece is improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Ventilstück zumindest bereichsweise von einem Spannelement radial umfasst ist, das dazu ausgebildet ist, eine radial wirkende Druckkraft auf das Ventilstück zu erzeugen. This object is achieved in a fuel injector with the characterizing features of claim 1, characterized in that the valve member is at least partially radially surrounded by a clamping element which is adapted to generate a radially acting pressure force on the valve piece.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Spannelement werden in dem Ventilstück Druckspannungen erzeugt, die in Abhängigkeit von der Position des Spannelements dazu genutzt werden können, den bei der Montage des Ventilstücks in dem Haltekörper beim axialen Verspannen des Ventilstücks auftretenden Zugspannungen entgegenzuwirken bzw. diese zu reduzieren. By the inventively provided clamping element compressive stresses are generated in the valve member, which can be used in response to the position of the clamping element to counteract the tensile stresses occurring during assembly of the valve member in the holding body during axial clamping of the valve member or to reduce these.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims.
Zur Ausbildung der radialen Druckkraft auf das Ventilstück ist es vorgesehen, dass zwischen dem Ventilstück und dem Spannelement im unbelasteten Zustand der Außendurchmesser des Ventilstücks größer ist als der Innendurchmesser des Spannelements, derart, dass im gefügten Zustand zwischen dem Ventilstück und dem Spannelement eine Presspassung ausgebildet ist. To form the radial pressure force on the valve piece, it is provided that between the valve piece and the clamping element in the unloaded state, the outer diameter of the valve member is greater than the inner diameter of the clamping element, such that in the assembled state between the valve piece and the clamping element is formed a press fit ,
In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Spannelements, bei der sich dieses in herstellungstechnisch besonders einfacher Art und Weise fertigen lässt und gleichzeitig über den Umfang des Ventilstücks betrachtet gleich große Druckkräfte erzeugt, ist es vorgesehen, dass das Spannelement hülsenförmig mit vorzugsweise konstanter Wanddicke ausgebildet ist. In a preferred constructive embodiment of the clamping element, in which this can be manufactured in manufacturing technology particularly simple manner and at the same time over the circumference of the valve piece considered equal pressure forces generated, it is provided that the clamping element is sleeve-shaped with preferably constant wall thickness.
Um bei der Montage des Ventilstücks in dem Haltekörper äußere Einflüsse durch in Wirkverbindung mit dem Spannelement angeordnete Elemente zu vermeiden, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Spannelement im Einbauzustand axial beabstandet von der Ventilspannschraube und dem Haltekörper angeordnet ist. Dadurch gelangt das Spannelement beim axialen Verspannen des Ventilstücks stirnseitig nicht in Kontakt mit dem Haltekörper bzw. der Ventilspannschraube, so dass über diese Elemente keine ggf. die Druckspannungen beeinflussenden Kräfte auf das Spannelement übertragen werden. In order to avoid external influences due to elements arranged in operative connection with the clamping element during assembly of the valve piece in the holding body, it is preferably provided that the clamping element in the installed state is arranged axially spaced from the valve clamping screw and the holding body. As a result, the clamping element does not come into contact with the holding body or the valve clamping screw during the axial clamping of the valve piece, so that no forces possibly influencing the compressive stresses are transmitted to the clamping element via these elements.
Ebenso ist es zur einfachen Montage sowie zur Vermeidung äußerer Einflüsse bevorzugt vorgesehen, dass das Spannelement mit radialem Spiel innerhalb des Haltekörpers aufgenommen ist. Likewise, it is preferably provided for easy installation and to avoid external influences, that the clamping element is received with radial play within the holding body.
Während des Betriebs des Kraftstoffinjektors ist dieser unterschiedlichen Betriebstemperaturen ausgesetzt, die beispielsweise von –30°C beim Kaltstart bis 150°C beim hoher Last und Außentemperaturen beträgt. Um zu vermeiden, dass aufgrund der Erwärmung des Kraftstoffinjektors die zwischen dem Ventilstück und dem Spannelement ausgebildete Presspassung reduziert wird, und dadurch die Druckspannungen bzw. Druckkräfte das Ventilstück herabgesetzt werden, kann es vorgesehen sein, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Ventilstücks gleich groß oder größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Spannelements. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass sich bei einer Erwärmung des Ventilstücks und des Spannelements das Ventilstücks stets stärker ausdehnt als das Spannelement, so dass die radialen Druckkräfte von dem Spannelement auf das Ventilstück sogar noch erhöht und in keinem Fall reduziert werden. During operation of the fuel injector this is exposed to different operating temperatures, for example, from -30 ° C at cold start to 150 ° C at high load and outside temperatures. In order to avoid that due to the heating of the fuel injector formed between the valve piece and the clamping element press fit is reduced, and thereby the compressive stresses or compressive forces are reduced, it can be provided that the coefficient of thermal expansion of the valve piece is equal to or greater than the thermal expansion coefficient of the clamping element. In other words, this means that with a warming of the valve piece and the clamping element, the valve piece always expands more than the clamping element, so that the radial compressive forces of the clamping element on the valve piece even increased and reduced in any case.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors. Dieses Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass vor dem Fügen das Ventilstück herabgekühlt und/oder das Spannelement erwärmt werden/wird. Bei einem derartigen Verfahren lassen sich die beiden Fügepartner ohne die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Fügepartner axial ineinander schieben bzw. mit relativ geringer axialer Kraft fügen. The invention also includes a method for producing a fuel injector according to the invention. This method is inventively characterized in that cooled before joining the valve piece and / or the clamping element is heated / is. In such a method, the two joining partners can be axially without the risk of mechanical damage to the joining partners into each other or add with relatively little axial force.
In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass nach dem Fügen des Ventilstücks und des Spannelements und vorzugsweise nach einer Wartezeit zur Angleichung der Temperaturen des Ventilstücks und des Spannelements das Ventilstück axial in dem Haltekörper mittels der Ventilspannschraube verspannt wird. Dieses bevorzugte Verfahren hat den Vorteil, dass die axiale Verspannung des Ventilstücks im Haltekörper erst in einem Zustand erfolgt, bei dem über das Spannelement in dem Ventilstück die gewünschten radialen Druckspannungen erzeugt worden sind. In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that after the joining of the valve piece and the clamping element and preferably after a waiting time for equalization of the temperatures of the valve piece and the clamping element, the valve piece is clamped axially in the holding body by means of the valve clamping screw. This preferred method has the advantage that the axial clamping of the valve piece in the holding body takes place only in a state in which the desired radial compressive stresses have been generated via the clamping element in the valve piece.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in: This shows in:
Der in der
Der Steuerraum
Der Kraftstoffinjektor
Der Anker
Das Ventilstück
Der Diffusor
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Ventilstück
Entsprechend der Darstellung der
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012224226 A1 [0002] DE 102012224226 A1 [0002]
- DE 102013226569 A1 [0004] DE 102013226569 A1 [0004]
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