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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 10 2013 224 863 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor dient der Einspritzung von unter hohem Druck (gemeint sind hierbei Systemdrücke von typischerweise mehr als 2000 bar) stehendem Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Hierzu weist der Kraftstoffinjektor ein aus mehreren Gehäusebauteilen bestehendes Injektorgehäuse auf, in dessen Innenraum ein Hochdruckraum ausgebildet ist, in dem sich eine hubbeweglich angeordnete Düsennadel befindet. Die Düsennadel dichtet in einer abgesenkten Stellung am Injektorgehäuse ausgebildete Einspritzöffnungen ab und gibt diese zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum in einer angehobenen Stellung frei. Die Betätigung bzw. Ansteuerung der Düsennadel erfolgt üblicherweise mittels eines Steuerraums, dessen Druck über ein Ventilglied beeinflussbar ist. Das Ventilglied ist wiederum beispielsweise mit einem Magnetaktuator verbunden. Aus der genannten Schrift ist es weiterhin bekannt, einen der Aufnahme einer Magnetspule dienenden Druckring als MIM(Model Injection Molding)-Bauteil auszubilden. Der Druckring umfasst dabei einen im Bereich des Druckrings angeordneten Magnetanker radial von außen.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2012 211 169 A1 der Anmelderin bekannt, bei einem gattungsgemäßen Kraftstoffinjektor die Düsennadel aus mehreren Teilen auszubilden, die miteinander verbunden sind. Ein den oben genannten Einspritzöffnungen zugewandter unterer Bereich der Düsennadel ist dabei als MIM-Bauteil ausgebildet.
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Derartige, aus dem Stand der Technik bekannte MIM-Bauteile haben insbesondere den Vorteil, dass sie ohne spanende Bearbeitung relativ komplexe Formen aufweisen können. Jedoch sind bei deren konstruktiver Auslegung verschiedene Gesichtspunkte, beispielsweise hinsichtlich benötigter Mindestwandstärken, Materialanhäufungen usw. zu beachten, damit die MIM-Bauteile mit hoher Qualität bzw. geringen Ausschussraten hergestellt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine der Kraftstoffführung dienende Bohrung mit einer ggf. relativ komplexen Geometrie in dem Gehäuseteil besonders einfach ausgebildet werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Ausbildung des die Kraftstoffversorgungsbohrung aufweisenden Gehäusebauteils als MIM-Bauteil, die Kraftstoffversorgungsbohrung ohne einen oder mehrere spanende Fertigungsschritte erzeugen zu können. Dadurch lässt sich das Gehäusebauteil mit relativ geringen Kosten bei hinreichend guter Festigkeit, auch beim Auftreten von Systemdrücken von mehr als 2000 bar, herstellen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung des Gehäusebauteils ist dieses als eine zumindest im Wesentlichen scheibenförmige Ventilplatte oder als Drosselplatte ausgebildet, wobei die Kraftstoffbohrung im Bereich der Ventilplatte oder Drosselplatte als Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Eine derartige Ventilplatte oder Drosselplatte hat insbesondere den Vorteil, dass sie sich mit Blick auf die oben angesprochene Beachtung bestimmter konstruktiver Vorgaben relativ einfach als MIM-Bauteil ausbilden lässt. Darüber hinaus weist eine derartige Ventilplatte oder Drosselplatte üblicherweise zusätzlich eine Reihe von Ausnehmungen, Bohrungen, Ventilsitze usw. auf, die bei der Herstellung des Gehäusebauteils als MIM-Bauteil gleichzeitig zusammen mit der Kraftstoffversorgungsbohrung ohne zusätzliche Mehrkosten realisiert werden können. Im Gegensatz dazu zeichnet sich eine derartige Ventilplatte oder Drosselplatte beim Stand der Technik bisher durch eine relativ aufwändige Fertigung aus, bei der der Werkstoff zunächst in einem Hochofen geschmolzen und anschließend gezogen oder gewalzt wird. Danach erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung und eine anschließende Wärmebehandlung, um die notwendige Robustheit im Bereich der Hochdruck führenden Bereich oder etwaiger Ventilsitze zu erreichen.
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Aus strömungstechnischer Sicht sowie aus Gründen der Festigkeit ist es vorteilhaft, wenn die Kraftstoffbohrung Radien oder sich ändernde Querschnitte, beispielsweise in Form einer Zuströmdrossel oder einer Abströmdrossel aufweist. Hierbei ist es möglich, eine derartige Geometrie der Kraftstoffbohrung in dem MIM-Bauteil ohne weitere (nachträgliche) Nachbearbeitung bereits durch den Herstellprozess selbst ausbilden zu können.
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Je nach spezifischen Anforderungen kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Gehäusebauteil einen Sitzbereich aufweist, der zur Ausbildung eines Dichtsitzes bei Anlage eines Ventilelements ausgebildet ist. In Abhängigkeit von der über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors zu erwartenden Schaltanzahl, den Drücken sowie anderen Randbedingungen kann dieser Sitzbereich ebenfalls bereits bei der Herstellung des MIM-Bauteils berücksichtigt bzw. als integraler Bestandteil des MIM-Bauteils ausgebildet sein.
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Insbesondere bei relativ hohen Anforderungen hinsichtlich der Verschleißfestigkeit des Sitzbereichs kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Sitzbereich durch ein vorgefertigtes Einlegeteil ausgebildet ist, das während der Herstellung des Gehäusebauteils in ein entsprechendes Werkzeug zur Ausbildung des Gehäusebauteils eingelegt wird.
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Eine genaue Positionierung des soweit beschriebenen Einlegeteils wird in dem MIM-Bauteil erzielt, wenn das Einlegeteil ringförmig ausgebildet ist und über einen Teilbereich der Höhe des Gehäusebauteils verläuft. Durch die ringförmige Ausbildung lässt sich das Gehäusebauteil insbesondere in dem Werkzeug sehr genau positionieren, wobei der Ringbereich gleichzeitig den Sitzbereich ausbilden kann. Ebenso wird durch die Höhe des Einlegeteils, das lediglich über einen Teilbereich der Höhe des Gehäusebauteils verläuft, ermöglicht, die axiale Position des Einlegeteils in dem Gehäusebauteil sehr genau einzuhalten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich eines Kraftstoffinjektors,
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2 eine Ventilplatte eines Kraftstoffinjektors, wobei die Ventilplatte einen als Einlegeteil ausgebildeten Ventilsitz aufweist, in einer Einzeldarstellung im Längsschnitt und
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3 eine Darstellung einer weiteren Ventilplatte in einer perspektivischen Draufsicht.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der einem Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine zugewandte untere Abschnitt eines Kraftstoffinjektors 10 dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff- bzw. Systemdruck, unter dem der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, insbesondere mehr als 2000bar betragen kann.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein aus mehreren Bauteilen bestehendes Injektorgehäuse 11 auf. Das Injektorgehäuse 11 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Düsenkörper 12, in dem eine sacklochförmige Ausnehmung 13 ausgebildet ist. Der Düsenkörper 12 weist an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich mehrere Einspritzöffnungen 14 zum Einspritzen des Kraftstoffs auf. An den Düsenkörper 12 schließt sich in axialer Richtung betrachtet eine Drosselplatte 15 sowie eine Ventilplatte 16 an. Auf der der Drosselplatte 15 abgewandten Seite der Ventilplatte 16 schließt sich ein Haltekörper 17 an.
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Der Düsenkörper 12 ist zusammen mit der Drosselplatte 15 und der Ventilplatte 16 mittels einer Düsenspannmutter 20 dichtend in bekannter Art und Weise axial gegen den Haltekörper 17 gespannt.
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Die Ausnehmung 13 in dem Düsenkörper 12 bildet einen Hochdruckraum 22 aus, in dem sich eine hubbeweglich angeordnete Düsennadel 23 befindet. Der den Einspritzöffnungen 14 abgewandte Endbereich der Düsennadel 23 ist radial von einer Steuerraumhülse 24 umfasst, die gegen die ihr zugewandte Stirnseite der Drosselplatte 15 anliegt und einen Steuerraum 25 begrenzt. Weiterhin stützt sich zwischen der Steuerraumhülse 24 und einem auf dem Außenumfang der Düsennadel 23 angeordneten Stützring 27 eine Druckfeder 28 ab, die die Düsennadel 23 in ihre Schließposition kraftbeaufschlagt, in der die Einspritzöffnungen 14 zumindest mittelbar verschlossen sind.
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Die Drosselplatte 15 weist mehrere Durchgangsbohrungen 31 bis 33 auf, die mit unter Hoch- bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt sind. Die Durchgangsbohrung 31 mit integrierter Ablaufdrossel 34 verbindet den Steuerraum 25 mit einem in der Ventilplatte 16 ausgebildeten Ventilraum 35. Die aus zwei, in einem Winkel zueinander angeordneten Bohrungsabschnitten bestehende Durchgangsbohrung 32 bildet eine Verbindung zwischen dem Ventilraum 35 und dem Hochdruckraum 22 aus. Die schräg angeordnete Durchgangsbohrung 33 dient wiederum als Kraftstoffversorgungsbohrung 36, wobei sich die Kraftstoffversorgungsbohrung 36 in der Ventilplatte 16 in Form einer Durchgangsbohrung 37 fortsetzt und mit einem nicht dargestellten Kraftstoffversorgungsanschluss des Kraftstoffinjektors 10 verbunden ist. Über die Kraftstoffversorgungsbohrung 36 gelangt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über die Ventilplatte 17 und die Drosselplatte 15 in den Hochdruckraum 22.
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Die Steuerung der Bewegung der Düsennadel 23 erfolgt durch eine Beeinflussung des Drucks in dem Steuerraum 25 und in dem Ventilraum 35. Hierzu ist im Bereich des Ventilraums 35 in der Ventilplatte 16 ein von einer Schließfeder 38 belastetes Ventilglied 40 angeordnet, das beispielsweise mittels eines Übersetzerkolbens 39 eines im Einzelnen nicht näher dargestellten Piezoaktuators entgegen der Federkraft der Schließfeder 38 in eine Öffnungsstellung bewegbar ist. Mittels des Ventilglieds 40 lässt sich der Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 über die Durchgangsbohrung 31 in den Ventilraum 35 steuern, wobei bei nicht betätigtem Aktuator das federbelastete Ventilglied 40 an einen Ventilsitz 41 der Ventilplatte 16 anliegt und diesen verschließt, sodass kein Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 und den Ventilraum 35 in einen Niederdruckbereich des Injektorgehäuses 11 entweichen kann. Demgegenüber strömt Kraftstoff bei einer Betätigung des Aktuators über den Ventilsitz 41 aus dem Steuerraum 25 und den Ventilraum 35 in den Niederdruckbereich ab. Durch den sich im Steuerraum 25 reduzierenden Druck wird die Düsennadel 23 entgegen der Federkraft der Druckfeder 28 bewegt und gibt die Einspritzöffnungen 14 frei.
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Erfindungsgemäß ist die im Wesentlichen scheibenförmige Ventilplatte 16 und/oder die Drosselplatte 15 als MIM(Metal Injection Molding)-Bauteil ausgebildet. Unter einem MIM-Bauteil wird dabei ein Bauteil verstanden, welches durch Metallpulver-Spritzgießen in einem Werkzeug hergestellt wird, wobei das Werkzeug die Geometrie des Bauteils, im vorliegenden Fall somit auch die Geometrie der Durchgangsbohrungen 31 bis 33 und 37 sowie sämtlicher anderer Konturen, beispielsweise die des Ventilraums 35, an der Drosselplatte 15 bzw. der Ventilplatte 16 festlegt bzw. bestimmt.
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In der 2 ist eine gegenüber 1 modifizierte Ventilplatte 16a dargestellt. Die Ventilplatte 16a zeichnet sich durch einen Ventilsitz 41a aus, der im Bereich eines Einlegeteils 45 ausgebildet bzw. realisiert wird. Das Einlegeteil 45 ist insbesondere ringförmig ausgebildet und besteht aus einem gegenüber dem Material der Ventilplatte 16a verschleißfesterem Material. Das Einlegeteil 45 verläuft lediglich über einen Teilbereich der Höhe der Ventilplatte 16a und schließt bündig mit einer Stirnfläche der Ventilplatte 16a ab. Weiterhin ist anhand der 2 erkennbar, dass die Durchgangsbohrung 37a in Längsrichtung betrachtet aus Abschnitten 46 bis 48 mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet ist. Die unterschiedlichen Querschnitte sind mittels im konischer oder mit Radien versehener Übergangsbereiche 49 miteinander verbunden. Die Geometrie der Durchgangsbohrung 37a wird ebenfalls bereits bei der Ausbildung der Ventilplatte 16a durch das entsprechend ausgebildete Werkzeug berücksichtigt, so dass es möglich ist, die Durchgangsbohrungen 31 bis 33 und 37, 37a ohne weitere (spanende) Bearbeitung ausbilden zu können.
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Zuletzt ist in der 3 eine weitere Ventilplatte 16b in Draufsicht dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass die Ventilplatte 16b mehrere Ausnehmungen 50 bis 52 aufweist, die ebenfalls bei der Herstellung der Ventilplatte 16b durch das entsprechend ausgebildete Werkzeug erzeugt werden. Auch erkennt man, dass eine Wanddicke d im gesamten Bereich der Ventilplatte 16b nicht unterschritten wird, um eine Fertigung der Ventilplatte 16b als MIM-Bauteil zu ermöglichen bzw. zu vereinfachen.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013224863 A1 [0002]
- DE 102012211169 A1 [0003]
