DE10240880A1

DE10240880A1 - Aktorverbindung an Kraftstoffinjektoren von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE10240880A1
Application number: DE10240880A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke; Daniel Koehler; Jochen Winkler; Wolfgang Ballerstedt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: DE10240880B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor für Einspritzanlagen an Verbrennungskraftmaschinen. Der Kraftstoffinjektor umfaßt einen Injektorkörper (2), in welchem ein Einspritzventilglied (4) durch Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung eines Steuerraumes (6) betätigt, Einspritzöffnungen freigibt oder diese verschließt. Die Druckentlastung oder Druckbeaufschlagung des Steuerraumes (6) erfolgt durch Ansteuerung einer Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22), die in einem oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) unterhalb eines Ablaufstutzens (19) aufgenommen ist. Die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) ist durch eine formschlüssige Verbindung (31, 32; 48) zwischen einem die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umschließenden Bauteil (14) und dem Ablaufstutzen (19) oder zwischen einem die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umschließenden Gehäuseteil (42) und dem Injektorkörper (2) ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Betätigung von Kraftstoffinjektoren erfolgt über Magnetventile oder über Piezo-Aktoren, die in der Regel am oberen Ende des Kraftstoffinjektors oder auch seitlich am Injektorkörper angebracht werden. Beim Einsatz von Magnetventilbaugruppen werden diese über Spannmuttern, die als Überwurfmuttern ausgeführt sind, am Injektorkörper verschraubt. Zuvor wird eine Magnethülse, die den zylindrischen Magnetkern umgibt, mit diesem gefügt. Danach erfolgt das Einmessen des Hubweges eines Magnetankers und die Einmessung eines Restluftspaltes zwischen Magnetkern und einem Ankerplattenteil des Magnetankers.

DE 196 19 523 A1 bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzventil für Hochdruckeinspritzung. Gemäß dieser Lösung wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, welches zur Hochdruckeinspritzung bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt wird und zur Steuerung der Einspritzung ein Magnetventil umfaßt. Zur Ansteuerung dieses Magnetventils ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die in ein erstes Schaltungsteil und ein zweites Schaltungsteil aufgeteilt ist. Der zweite Schaltungsteil ist vom ersten Schaltungsteil, der gemeinsam zur Steuerung von mehreren Einspritzventilen dient, getrennt auf jedem einzelnen Einspritzventil angeordnet. Das Gehäuse ist auf das Kraftstoffeinspritzventil aufgeklipst und im Inneren vom Kraftstoff zur Kühlung durchflossen. Gemäß dieser Lösung sind zwischen dem Gehäuse und einem in diesem eingelassenen Einsatzteil unterhalb des Steuerraumes ein Dichtring aus bronzeverstärktem Teflon und ein metallischer Stützring eingelassen. Der Stützring aus metallischem Werkstoff ist zur Verbesserung der Dichtwirkung des bronzeverstärkten Teflonringes und zur Verhinderung der Extrusion des bronzeverstärkten Teflonringes erforderlich. Um ein Wandern des Dichtringes am Einsatzteil in Richtung der den Steuerraum druckentlastenden Ablaufdrossel zu verhindern, sind geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Außerdem ist es bei dieser Lösung bei Einsatz des bronzeverstärkten Teflonringes und des metallischen Stützringes erforderlich, diese prozeßsicher lagerichtig zueinander zu montieren, was einen nicht unerheblichen fertigungstechnischen Aufwand nach sich zieht.

Eine weitere bekannte Ausführungsform zur Befestigung einer Magnetventilbaugruppe an einem Injektorkörper eines Kraftstoffinjektors ist aus DE 196 50 865 A1 bekannt. Gemäß dieser Lösung umfaßt der Kraftstoffinjektor einen seitlich in den Injektorkörper einmündenden Hochdruckanschluß, über welchen eine im Injektorkörper in Längsrichtung verlaufende Druckbohrung vom Hochdruckspeicherraum aus mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Über die im Injektorkörper verlaufende Druckbohrung wird den Einspritzöffnungen die einzuspritzende Kraftstoffmenge zugeführt, die in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Vom seitlich an dem Injektorkörper ausgebildeten Anschlußbereich erstreckt sich eine Zulaufbohrung, die neben der bereits erwähnten, in Längsrichtung durch den Injektorkörper verlaufenden Druckbohrung einen Ringraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Der Ringraum umschließt ein Ventilstück innerhalb des Injektorkörpers. In der Wandung des Ventilstückes ist eine Zulaufdrossel ausgebildet, über welche einem vom Ventilstück und dem Einspritzventilglied begrenzten Steuerraum unter hohem Druck stehender Kraftstoff als Steuervolumen zugeführt wird. Die schräg durch den Injektorkörper verlaufende Zulaufbohrung für den Ringraum mündet unter einem Eintrittswinkel in den Ringraum und bildet mit der Wandfläche des Ringraumes einen Verschneidungsbereich, der eine potentielle Schwachstelle hinsichtlich der Druckfestigkeit des Injektorkörpers des aus DE 196 50 865 A1 bekannten Kraftstoffinjektors darstellt. Die Magnetventilbaugruppe gemäß dieser Lösung umfaßt eine Magnetspannhülse sowie eine als Überwurfmutter ausgebildete Magnetspannmutter. Die Überwurfmutter wird mit ihrem Innengewinde im Kopfbereich des Injektorkörpers an einem an diesem vorgesehenen Außengewinde verschraubt. Die Abdichtung der den Magnetkern der Magnetspule umgebenden Magnethülse erfolgt über O-Ringe, die jeweils an der Unterseite bzw. der Oberseite der zylindrisch ausgebildeten Magnethülse angebracht sind.

Vor der Montage der Magnetventilbaugruppe am Kopf eines Kraftstoffinjektors wird die den Magnetkern umschließende Magnethülse mit dem Ablaufstutzen des Injektorkörpers verbördel. Das Verbördeln erfolgt über eine Bördelmatrize, die sich in vertikaler Richtung zur Magnetventilbaugruppe bewegt. Nach dem Verbördeln erfolgt eine Verschraubung der vormontierten Magnetventilbaugruppe am Injektorkörper mittels einer Magnetspannmutter. Über einen Meßtaster wird zunächst der Hubweg des Magnetankers eingemessen und an schließend eingestellt; danach erfolgt das Einmessen des Restluftspaltes zwischen Magnetanker und Magnetkern. Eine Kontrolle des Hubweges des Magnetankers und des Restluftspaltes erfolgt nach Abschluß der Montage der Magnetventilbaugruppe am Injektorkörper des Kraftstoffinjektors. Eine Veränderung der Einstellung von Restluftspalt und Magnetankerweg nach deren Montage und nach der Kontrolle ist nicht möglich. Bei der aufgezeigten Vorgehensweise wird die Magnetkraft, die vom Magnetkern auf den Magnetanker ausgeübt wird, nicht berücksichtigt.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt in vorteilhafter Weise die Einsparung von Bauteilen bei der Montage einer Magnetventilbaugruppe an einem Kraftstoffinjektor. Dichtringe und eine Magnetspannmutter können eingespart werden, wenn eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Ablaufstutzen des Injektors und einer den Magnetkern umgebenden Hülse erzeugt wird.

Die formschlüssige Verbindung, die das Entfallen der bisher erforderlichen Magnetspannmutter ermöglicht, kann durch das Aufgingen einer elektromagnetisch erzeugten Kraft erreicht werden. Die miteinander zu fügenden Teile werden in den Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes eines Spulenkörpers gebracht. Im Spulenkörper wird über eine Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, wodurch in den zu fügenden Materialien ein elektromagnetisches Gegenfeld aufgrund der sekundären Induktionswirkung erzeugt wird. Die daraus resultierende Magnetkraft verpreßt Ablaufstutzen und Magnethülse – um Beispiele zu nennen – in radialer Richtung, so daß eine formschlüssige Verbindung entsteht.

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß die bisher erforderliche Magnetspannmutter entfallen kann sowie die an der Magnethülse bisher eingesetzten O-Ringe. Die durch eine magnetische Kraft erzeugte formschlüssige Verbindung kann an nahezu allen elektrisch leitenden Hülsenmaterialien erzeugt werden. Eine unzulässige Überbeanspruchung des Materials der zu fügenden Bauteile durch Überschreitung der Streckgrenze bzw. durch Stauchung beim Umformen läßt sich vermeiden.

In einer weiteren Ausführungsvariante läßt sich eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Magnetventilbaugruppe und einem Kraftstoffinjektor durch in radiale Richtung erfolgendes Bördeln herstellen. Dadurch können neben den bisher zur Abdichtung erforderlichen O-Ringen und der bisher eingesetzten Magnetspannmutter auch die den Magnetkern umgebende Magnethülse entfallen. Das Radialbördeln erfolgt an einem den Magnetkern im Injektorgehäuse umschließenden glockenförmigen Körper, der durch das Aufbringen einer umlaufenden Bördelkante mit dem Injektorkörper des Kraftstoffinjektors formschlüssig verbunden wird.

Gemäß dieser Variante kann ein einfaches Fügen der Magnetventilbaugruppe im Injektorkörper erreicht werden. Die Betriebsparameter Hubweg des Magnetankers und der Abfallstrom werden kontrolliert und falls erforderlich, im Rahmen einer Rekursionsschleife erneut eingemessen. Vor dem endgültigen Radialverbördeln des den Magnetkern umschließenden Gehäuses am Injektorkörper werden der Ankerhub und der Restluftspalt über klassierte Einstellscheiben gegebenenfalls verändert. Die Kontrolle der Betriebsparameter Abfallstrom und Ankerhubweg erfolgt während der Beaufschlagung der Magnetbaugruppe am Injektorkörper mit einer Niederhaltekraft. Die Betriebsparameter lassen sich in einer Rekursionsschleife gegebenenfalls neu einmessen und über klassierte Einstellscheiben anpassen. Erst bei Einhaltung vorgegebener Toleranzen wird die Magnetbaugruppe durch radiales Verbördeln formschlüssig mit dem Injektorkörper gefügt.

Mit dieser Variante der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich neben der zusätzlichen Einsparung einer Magnethülse eine Reduzierung der Streuung des Abfallstromes erreichen. Durch die Reduktion der Abfallstromstreuungen und durch die Reduktion der Streuung des Ankerhubes kann die Einspritzmengenstreuung ebenfalls erheblich reduziert werden, was die Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffinjektors verbessert. Durch die formschlüssige Verbindung wird die Einsparung einer Magnetspannmutter erreicht, was die Verschraubungsprobleme hinsichtlich loser Magnetspannmuttern und Einhaltung korrekter Anzugsdrehmomente beseitigt. Ein Entfall der Magnethülse reduziert die Masse der Magnetventilbaugruppe sowie den Platzbedarf. Die Betriebsparameter Restluftspalt und Hubweg des Magnetankers werden über die Funktion Abfallstrom und nicht aufgrund von Bauteilmaßen, die erheblichen Toleranzen unterliegen können, eingestellt. Durch diese Variante kann eine Setzfuge eingespart werden, was den Entfall einer Störgröße darstellt und eine geringere Drift aufgrund von Setzerscheinungen über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors zur Folge hat. Die Anbindung der Magnetbaugruppe durch Radialverbördeln im oberen Bereich des Injektorkörpers erfolgt erst dann, wenn deren einwandfreie Funktion hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen von Restluftspalt und Ankerhubweg gewährleistet ist. Aufgrund des Entfalles von Magnetspannmutter, Dichtringen und gegebenenfalls der Magnethülse kann eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht werden. Die Einstellung des Hubweges des Magnetankers ist ohne Demontage des gesamten Injektors möglich.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine Magnetventilbaugruppe, die über eine Magnetspannmutter mit einem Injektorkörper verbunden ist,
2 einen Längsschnitt durch den oberen Bereich eines Injektorkörpers mit Magnetventilbaugruppe und zweiteilig ausgeführtem Magnetanker,
3 eine formschlüssige Verbindung zwischen Ablaufstutzen und einer die Magnetventilbaugruppe umgebenden Magnethülse,
4 eine formschlüssige Verbindung durch Radialverbördeln eines die Magnetventilbaugruppe umschließenden Gehäuseteils am Injektorkörper und
5 Rekursionsschleifen zur Ausmessung der Betriebsparameter Abfallstrom und Magnetankerhubweg vor der Radialverbördelung.
Ausführungsvarianten
1 ist eine Magnetventilbaugruppe entnehmbar, die über eine Magnetspannmutter mit einem Injektorkörper verbunden ist.
Ein in 1 dargestellter Kraftstoffinjektor 1 gemäß einer Ausführung aus dem Stand der Technik umfaßt einen Injektorkörper 2, welcher von einer Zentralbohrung 3 durchzogen ist. Innerhalb der Zentralbohrung 3 ist ein Einspritzventilglied 4 aufgenommen, welches beispielsweise als eine Düsennadel ausgestaltet sein kann. Der obere Bereich des Einspritzventilgliedes 4 ist von einem Ventilstück 5 umschlossen, welches in den Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 eingelassen ist. Das Ventilstück 5 und eine Stirnseite des Einspritzventilgliedes 4 begrenzen einen Steuerraum 6. Der Steuerraum 6 ist über einen Ablaufkanal 7, in welchem eine Ablaufdrossel 8 eingelassen ist, druckentlastbar. Der Steuerraum 6 ist andererseits über ein in 1 nicht dargestelltes Zulaufdrosselelement mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgbar, so daß sichergestellt ist, daß stets ein ausreichendes Steuervolumen in diesem vorhanden ist.
Die im oberen Bereich des Ventilstückes 5 ausgebildete, den Ablaufkanal 7 begrenzende Ablaufdrossel 8 ist über ein Schließelement freigeb- bzw. verschließbar. Das Schließelement kann beispielsweise als ein kugel- oder auch als ein kegelförmiger Körper ausgebildet sein, der in einer Schließelementaufnahme 9 am unteren Ende eines Ankerbolzens 11 eines Magnetankers 10 aufgenommen ist. Der Magnetanker 10, der ein- oder zweiteilig ausgebildet sein kann, umfaßt einen Ankerbolzen 11, an welchem eine Ankerplatte 12 aufgenommen ist. Der Magnetanker 10 ist von einer in einer Bohrung innerhalb eines Magnetkerns 17 geführten Schließfeder 13 in Schließrichtung beaufschlagt.
Oberhalb der Ankerplatte 12 des Magnetankers 10 ist der Magnetkern 17 angeordnet, der eine Magnetspule 18 umgibt. Die Magnetspule 18 kann über Spulenanschlüsse 22 bestromt werden. Der Magnetkern 17 umgibt die den Magnetanker 10 beaufschlagende Schließfeder 13, wobei der Magnetkern 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 seinerseits von einem hülsenförmigen Körper 14 umgeben ist. In den hülsenförmigen Körper 14 aus elektrisch leitendem Material ist im oberen Bereich auf der Innenseite liegend, ein erster Dichtring 15 eingelassen sowie im unteren Bereich der Magnethülse 14 auf der Außenseite liegend, ein zweiter Dichtring 16 vorgesehen. Oberhalb der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 befindet sich ein Ablaufstutzen 19, über welchen Steuervolumen in ein in 1 nicht näher dargestelltes Kraftstoffrückleitungssystem abgeleitet werden kann.
Bei Bestromung der Magnetspule 18 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 wird eine Vertikalbewegung des Magnetankers 10 ausgelöst, wodurch die den Steuerraum 6 druckentlastende Ablaufdrossel 8 geöffnet bzw. verschlossen wird. Entsprechend der Schließ- bzw. der Freigabebewegung des der Ablaufdrossel 8 zugeordneten Schließelementes erfolgt eine Druckbeaufschlagung bzw. eine Druckentlastung des Steuerraums 6, die eine Hubbewegung des als Düsennadel beispielsweise ausgebildeten Einspritzventilgliedes 4 zur Folge haben.
2 zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Bereich eines Injektorkörpers mit darin eingelassener Magnetventilbaugruppe und zweiteilig ausgeführtem Magnetanker.
Im Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 ist das Ventilstück 5 eingelassen, welches den Steuerraum 6 begrenzt. Ferner wird der Steuerraum 6 durch die Stirnseite des als Düsennadel beispielsweise ausführbaren Einspritzventilgliedes 4 begrenzt. Im Ventilstück 5 sind darüber hinaus der Ablaufkanal 7 sowie die Ablaufdrossel 8 ausgebildet. Die Ablaufdrossel 8 gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsvariante ist durch einen kugelförmigen Schließkörper verschließ- bzw. freigebbar, der seinerseits von einer Schließelementaufnahme 9 teilweise umfangen ist. Die Schließelementaufnahme 9 ist am unteren Ende eines Ankerbolzens 11 eines hier zweiteilig ausgebildeten Magnetankers 10 angeordnet. Am Ankerbolzen 11 des Magnetankers 10 ist eine bewegbar aufgenommene Ankerplatte 12 vorgesehen, deren obere Stirnseite unterhalb des Magnetkerns 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 liegt. Der Magnetkern 17 umschließt die Magnetspule 18, die über die Spulenanschlüsse 22 bestrombar ist. Oberhalb der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 ist ein Ablaufstutzen 19 dargestellt, der seinerseits von einem Steckergehäuse 24 mit seitlich angebrachtem Steckeranschluß 23 umgeben ist. Das Gehäuse 24 mit Steckeranschluß 23 ist über eine Klipsverbindung an der die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 umgebenden Magnethülse 14 verrastet.
In der in 2 dargestellten Ausführungsvariante ist seitlich am Injektorkörper 2 ein Hochdruckanschluß 25 eingeschraubt, in welchen ein Stabfilterelement 26 eingelassen ist.
Die die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 umgebende Magnethülse 14 weist einen umlaufenden Ansatz 21 auf, über welchen die Hülse mittels einer Magnetspannmutter 20, die als Überwurfmutter ausgebildet ist, im oberen Bereich des Injektorkörpers 2 verschraubt ist. Bei der Verschraubung der die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 am Injektorkörper 2 fixierenden Magnetspannmutter 20 ist ein korrektes Anzugsdrehmoment zu beachten; ferner treten an der in 2 dargestellten Verbindung der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 über eine Magnetspannmutter 20 am Injektorkörper 2 des öfteren Verschraubungsprobleme auf, wenn sich die Magnetspannmutter 20 aufgrund im Betrieb auftretender Erschütterungen löst. Ferner stellt die Magnetspannmutter 20 ein zusätzliches Bauteil dar und erhöht darüber hinaus die Masse des Kraftstoffinjektors 1.
Von Nachteil bei der in 2 dargestellten Ausführungsvariante ist ferner der Umstand, daß der Magnetkern 17 mit seiner unteren Stirnseite auf einem Absatz der Magnethülse 14 ruht. Dadurch ergibt sich eine erste Setzfuge 27. Eine weitere, zweite Setzfuge 28 ergibt sich an der Stoßstelle der unteren ringförmigen Fläche der Magnethülse 14 mit einem Einstellring, der auf einem ringförmigen Absatz am Injektorkörper 2 aufliegt. Eine dritte Setzfuge 29 besteht zwischen der unteren Ringfläche des Einstellringes und dessen Anlagefläche am Injektorkörper 2, welche den Magnetanker 10 ihrerseits umschließt. Aufgrund sich im Betrieb einstellender Setzerscheinungen kann sich ein zuvor hochgenau eingestellter Restluftspalt zwischen der oberen Stirnseite der Ankerplatte 12 und der unteren Stirnfläche des Magnetkerns 17, der die Magnetspule 18 aufnimmt, ändern. Dies hat Nachteile hin sichtlich Präzision des Hubweges des Ankerbolzens 11 zur Folge und wirkt sich damit auf die Genauigkeit hinsichtlich der Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffinjektors 1 aus.
3 zeigt eine formschlüssige Verbindung zwischen einem Ablaufstutzen im oberen Bereich des Injektorkörpers und einer einen Magnetkern der Magnetventilbaugruppe umschließenden Magnethülse.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, daß eine formschlüssige Verbindung 31, 32 zwischen dem Ablaufstutzen 19 und dem oberen Bereich der Magnethülse 14 besteht. Dazu ist an der Mantelfläche des unteren Bereiches des Ablaufstutzens 19 eine ringförmig umlaufende Ringnut 31 ausgebildet. Dieser gegenüberliegend ist an einer Innenseite 33 der den Magnetkern 17 und den Ablaufstutzen 19 umschließenden Magnethülse 14 mindestens ein Vorsprung 32 ausgebildet. Der Vorsprung 32 an der Innenseite 33 der den Magnetkern 17 und den Ablaufstutzen 19 umgebenden Magnethülse 14 kann als ein kontinuierlich ununterbrochen ausgebildeter umlaufender Vorsprung ausgebildet sein. Alternativ können an der Innenseite 33 der Magnethülse 14 mehrere einander gegenüberliegend ausgebildete Vorsprünge 32 ausgebildet sein, die in Bezug auf die Umfangsfläche der Magnethülse 14 in einem Winkel 90° zueinander orientiert angeordnet sein können.
Die miteinander zu fügenden Teile, d.h. der Ablaufstutzen 19 und die Magnethülse 14 werden in den Wirkungsbereich eines elektromagnetischen Feldes gebracht, welches von einem extern angeordneten Spulenkörper 30 erzeugt wird. Der extern angeordnete Spulenkörper 30 wird bestromt, wodurch sich im Spulenkörper 30 ein Magnetfeld ausbildet. Der extern angeordnete Spulenkörper 30 ist durch einen Ringspalt 36 von der Außenseite 34 der Magnethülse 14 beabstandet. Durch die sekundäre Induktionswirkung bei der Bestromung des extern angeordneten Spulenkörpers 30 wird im zu fügenden Material der Magnethülse 14 ein elektromagnetisches Gegenfeld erzeugt, was eine mit Bezugszeichen 35 bezeichnete, nach innen wirkende Magnetkraft 35 erzeugt. Aufgrund der in radiale Richtung nach innen wirkenden Magnetkraft 35 werden die aneinanderliegenden Bauteile 19 und 14 aneinander gepreßt. Dadurch entsteht zwischen dem Vorsprung 32 oder den Vorsprüngen 32, die an der Innenwandung 33 der Magnethülse 14 ausgebildet sind, und der an der Mantelfläche des unteren Bereiches des Ablaufstutzens 19 ausgebildeten, ringförmig verlaufenden Ausnehmung 31, eine formschlüssige Verbindung. Oberhalb der formschlüssigen Verbindung zwischen der Ringnut 31 am Ablaufstutzen 19 und den Vorsprüngen 32 an der Innenwand 33 der Magnethülse 14 bildet sich ein erster, ringförmig verlaufender Kontaktbereich 40, während sich unterhalb der formschlüssigen Verbindung 31, 32 ein zweiter ringförmiger Kontaktbereich 41 ergibt. Aufgrund der sich beidseits der formschlüssigen Verbindung 31, 32 zwischen Ablaufstutzen 19 und Magnethülse 14 erstreckenden Kontaktbereiche 40 bzw. 41 können Dichtringe (vgl. Position 15, 16 gemäß 1 und 2) entfallen. Zwischen einer unteren Stirnseite 39 des Anschlußstutzens 19 und einer oberen Stirnseite 38 des Magnetkerns 17 verbleibt ein Axialspalt 37. Der Magnetkern 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 ist von der Innenwand 33 der Magnethülse 14 umgeben, ohne diese jedoch zu berühren.
Die in der Darstellung gemäß 3 gezeigte formschlüssige Verbindung 31, 32 zwischen der Magnethülse 14 und dem unteren Bereich eines Ablaufstutzens 19 am Kraftstoffinjektor 1 kann auch zwischen der Magnethülse 14 und einem in 3 nicht dargestellten Injektorkörper 2 (vgl. Darstellung gemäß der 1 und 2) erzeugt werden. Neben dem Entfallen der Dichtringe des ersten und des zweiten Dichtringes 15 bzw. 16 (vgl. 1 und 2) kann bei Herstellen einer formschlüssigen Verbindung 31, 32 zwischen der Magnethülse 14 und dem Injektorkörper 2 die bisher erforderliche Magnetspannmutter 20 entfallen. Die formschlüssige Verbindung 31, 32 zwischen der Magnethülse 14 und dem Injektorkörper 2 erfolgt analog zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung 31, 32 zwischen der Magnethülse 14 und dem Ablaufstutzen 19 durch Erzeugung einer radial nach innen wirkenden Magnetkraft 35. Dadurch wird einerseits die bisher erforderliche Magnetspannmutter 20 eingespart, andererseits ist sichergestellt, daß keine unzulässige Materialbeanspruchung durch Überschreiten der Streckgrenze bzw. beim Stauchen des Werkstoffes des Injektorkörpers auftreten kann, was beim Einsatz von Magnetspannmuttern 20 zur Verbindung einer Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 mit dem Injektorkörper 2 bei unzulässig hohen Anzugsdrehmomenten aufgetreten ist. Darüber hinaus kann an der Magnethülse 14 bisher zum Ansatz der Magnetspannmutter 20 erforderliche, ringförmig verlaufende Absatz 21 vermieden werden, so daß die Geometrie der Magnethülse 14 vereinfacht wird. Durch die elektromagnetisch erzeugte, nach innen wirkende Radialkraft 35 kann die formschlüssige Verbindung 31, 32 zwischen den Bauteilen 19 und 14 bzw. zwischen den Bauteilen 14 und 2 bei allen elektrisch leitenden Materialien, die als Material der Magnethülse 14 in Frage kommen, eingesetzt werden.
4 ist eine formschlüssige Verbindung durch Radialverbördeln der Magnetbaugruppe am Injektorkörper zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, daß die in den Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 eingelassene Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 von einem Gehäuseteil 42 überdeckt ist. Das Gehäuseteil 42, welches in einem oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 befestigt wird, ist etwa glockenförmig ausgebildet. Im Deckel des Gehäuseteils 42 sind Durchbrüche zur Durchleitung der Spulenanschlüsse 22 ausgebildet. Das Gehäuse 24 mit Steckeranschluß 23 (vgl. 2) ist aus Gründen der Klarheit nicht wiedergegeben. Im Deckelbereich des Gehäuseteils 42 ist eine ringförmig verlaufende Anlagefläche 44 für den Magnetkern 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 ausgebildet. Eine erste Stirnfläche 45 des Magnetkerns 17 liegt an der Anlagefläche 44 im Deckelbereich des Gehäuseteils 42 an. Eine zweite Stirnseite 46 des Magnetkerns 17 liegt auf einer klassierten Einstellscheibe 47 auf. Mittels der klassierten Einstellscheibe 47 wird – nach Einstellung des Ankerhubweges eine in 4 nicht dargestellten Magnetankers 10 – der Restluftspalt des Magnetankers in Bezug auf die untere Stirnseite des Magnetkerns 17 eingestellt. Der in 4 nicht dargestellte ein- oder zweiteilig ausführbare Magnetanker 10 ist in einer Magnetkernbohrung 51 aufgenommen, die im Magnetkern 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 ausgebildet ist.
Das glockenförmig ausgebildete Gehäuseteil 42 wird durch eine Radialverbördelung 48 im oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 befestigt. Über die Radialverbördelung 48 kann ein einfaches Fügen der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 mit dem oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 des Kraftstoffinjektors 1 erreicht werden. Durch den sich bei der Radialverbördelung des glockenförmig ausgebildeten Gehäuseteils 42 ergebenden ersten ringförmigen Kontaktbereich 40 bzw. den zweiten ringförmigen Kontaktbereich 41 wird eine Abdichtung zwischen dem oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 und der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 erreicht, ohne daß Dichtringe 15, 16 (vgl. 1 und 2) erforderlich sind. Der erste ringförmig ausgebildete Kontaktbereich 40 erstreckt sich in Längsrichtung des Injektorkörpers 2 gesehen oberhalb der Radialverbördelung 48, während sich der zweite ringförmig konfigurierte Kontaktbereich 41 zwischen dem glockenförmig ausgebildeten Gehäuseteil 42 und dem Injektorkörper 2 unterhalb der Radialverbördelung 48 erstreckt. Die ringförmigen Kontaktbereiche 40, 41 sind am Gehäuseteil 42 durch eine Umfangsnut 49 voneinander getrennt, die nach dem Radialverbördeln 48 in einer Ausnehmung 50 im oberen Bereich 43 des Injektorkörpers eingreift.
Vor Ausbildung der Radialverbördelung 48 zwischen dem glockenförmig ausgebildeten Gehäuseteil 42 und dem oberen Bereich 43 am Injektorkörper 2 wird die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 sowie das diese umgebende glockenförmig ausgebildete Gehäuseteil 42 mit einer Niederhaltekraft beaufschlagt. Während der Beaufschlagung der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 mit der Niederhaltekraft, d.h. einer Kraft, die in Axialrichtung des Injektorkörpers 2 wirkt, werden die Betriebsparameter Ankerhub und Abfallstrom I_ab kontrolliert. Überschreiten die ermittelten Werte für den Ankerhub bzw. für den Abfallstrom I_ab vorgegebene Toleranzen, kann eine Korrektur von Ankerhub und Abfallstrom I_ab vorgenommen werden und eine erneute Einmessung dieser Betriebsparameter erfolgen. Die Betriebsparameter Ankerhub und Restluftspalt werden über die klassierte Einstellscheibe 47 beeinflußt. Die Ermittlung der ein korrektes Funktionieren der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 definierenden Parameter Ankerhub und Abfallstrom werden so lange kontrolliert, bis diese Parameter innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen. Erst wenn dies feststeht, wird die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 durch Erzeugung einer Radialverbördelung 48 an der Außenseite des die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 umschließenden, glockenförmig ausgebildeten Gehäuseteils 42 hergestellt. Dadurch wird die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 in genau definierter, ein Einhalten der Funktionsparameter sicherstellenden Position im oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 des Kraftstoffinjektors 1 gefügt.
Mit der in 4 dargestellten Ausführungsvariante einer Radialverbördelung 48 kann zusätzlich zur in 3 dargestellten Ausbildungsvariante einer formschlüssigen Verbindung eine die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 umgebende Magnethülse 14 entfallen. Damit wird die Masse der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 im Gegensatz zur in 3 dargestellten Aktorverbindung an einem Kraftstoffinjektor 1 reduziert, ferner wird durch den Entfall der Magnethülse 14 der Platzbedarf für einen solcherart ausgebildeten Aktor eines Kraftstoffinjektors 1 nochmals reduziert. Darüber hinaus entfällt durch die Radialverbördelung 48 des glockenförmig ausgebildeten Gehäuseteils 42 im oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 die erste Setzfuge 27 zwischen der unteren Stirnseite des Magnetkerns 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 in der Magnethülse 14 (vgl. 2). Der Entfall einer Setzfuge bedeutet den Entfall einer potentiellen Störgröße sowie eine geringere Trift der Betriebsparameter des Kraftstoffinjektors 1 über dessen Lebensdauer gesehen.
5 sind in schematischer Weise Rekursionsschleifen zur Ausmessung der Betriebsparameter Abtaststrom I_ab und Magnetankerhubweg vor der Radialverbördelung der Magnetventilbaugruppe zu entnehmen.
Zunächst wird die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 in den oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 des Kraftstoffinjektors 1 eingelassen. Es wird eine klassierte Einstellscheibe 47 eingesetzt und anschließend die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 mit einer in axiale Richtung wirkenden Niederhaltekraft beaufschlagt. In diesem Zustand ist die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 noch nicht endgültig im Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 gemäß 4 montiert. Während der Beaufschlagung der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 mit einer Niederhaltekraft, erfolgt eine Messung des Hubweges des Magnetankers 10 in einer Meßstufe 60. Abhängig vom erzielten Meßergebnis und einem Vergleich mit vorgegebenen Toleranzen erfolgt eine Rekursion 61 und eine nochmalige Ankerhubmessung so lange, bis der Ankerhub innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt. An die Messung des Ankerhubweges, welche beispielsweise über einen Laser oder ein anderes optisches System erfolgen kann, schließt sich eine Messung 62 des Abfallstromes I_ab an. Dieser wird in einer Rekursionsschleife 63 so lange variiert, bis sich Meßergebnisse einstellen, die innerhalb vorgebbarer Toleranzbereiche liegen. Während der noch nicht endgültigen Montage der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 im Injektorkörper 2 und während der Durchführung der Messungen 60 bzw. 62 ist die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 noch nicht endgültig im Injektorkörper 2 fixiert. Treten bei den Messungen 60 bzw. 62 entsprechend des Meßschemas nach 5 unzulässig hohe Abweichungen auf, wird eine andere klassierte Einstellscheibe 47 eingesetzt. Anschließend erfolgt eine erneute Bestimmung des Hubweges des Magnetankers 10 innerhalb der Meßstufe 60. Die Toleranzen hinsichtlich des sich einstellenden Restluftspaltes zwischen der unteren Stirnseite des Magnetkerns 17 der Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 und der Ankerplatte 12 des Magnetankers 10 werden über die klassierte Einstellscheibe 47 verändert.
Erst bei Einhaltung aller vorgegebenen Toleranzen wird die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 endgültig durch Herstellen einer Radialverbördelung 48 in einem Verbördelungsschritt 64 gemäß 5 zwischen dem Gehäuseteil 42 und dem oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 mit diesem gefügt. Durch die Radialverbördelung 48 wird im Gehäuseteil 42 ein nach innen auf den oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 zuweisender Vorsprung gebildet, der innerhalb des oberen Bereiches 43 in den Werkstoff des Injektorkörpers 2 eingreift (vgl. Position 50) und somit eine formschlüssige Verbindung mit hoher Abdichtwirkung gewährleistet.
Mit Bezugszeichen 65 ist in 5 der Verlauf des Abfallstromes I_ab bezeichnet, der von einem konstanten Niveau ausgehend, gegen Ende einer Einspritzphase in einen starken Anstieg 66 übergeht, wodurch der Magnetanker 10 in Schließrichtung beaufschlagt wird. In 5 ist mit Bezugszeichen 67 der Verlauf des Ankerhubes über die Zeit aufgetragen, während das Bezugszeichen 68 den Bestromungsverlauf des Magnetventiles bezeichnet, durch den der Anker angehoben wird. Der Bestromungsverlauf 68 kann in eine Anzugsstromphase unterteilt werden, in dem das Bestromungsniveau des Magneten des Magnetventiles wesentlich höher liegt als während der Haltestromphase, die sich an die Anzugsstromphase anschließt.
Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen zur Ausbildungen von formschlüssigen Verbindungen 31, 32 bzw. 48 zwischen einer Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 und einer Magnethülse 14 einerseits und einem die Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 umschließenden Gehäuseteil 42 und dem oberen Bereich 43 des Injektorkörpers 2 andererseits kann eine erhebliche Kostenreduzierung durch den Entfall von Bauteilen erreicht werden. Die Dichtringe 15 bzw. 16 sowie die Magnetspannmutter 20 können entfallen, gemäß der Ausführungsvariante in 4 kann darüber hinaus die Magnethülse 14 entfallen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann darüber hinaus, insbesondere gemäß der Vorgehensweise nach 5, eine Reduzierung der Abfallstromstreuung erreicht werden sowie eine Reduzierung der Streuung des Ankerhubes des Magnetankers 10. Die Streuungsreduktion dieser Betriebsparameter einer Magnetventilbaugruppe 17, 18, 22 führen zu einer Reduzierung der Einspritzmengenstreuung, was die Kleinstmengenfähigkeit eines erfindungsgemäß konfigurierten Kraftstoffinjektors 1 erheblich verbessert. Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung der Demontageaufwand bei erneutem Einmessen der Betriebsparameter erheblich reduziert werden. Der Restluftspalt kann über die Messung des Abfallstromes I_ab und nicht über eine Nachprüfung von Maßhaltigkeiten eingestellt werden, was eine erhebliche Vereinfachung in der Qualitätskontrolle darstellt.

1: Kraftstoffinjektor
2: Injektorkörper
3: Zentralbohrung
4: Einspritzventilglied
5: Ventilstück
6: Steuerraum
7: Ablaufkanal
8: Ablaufdrossel
9: Schließelementaufnahme
10: Magnetanker
11: Ankerbolzen
12: Ankerplatte
13: Schließfeder
14: Magnethülse
15: erster Dichtring
16: zweiter Dichtring
17: Magnetkern
18: Magnetspule
19: Ablaufstutzen
20: Magnetspannmutter
21: Absatz Magnethülse 14
22: Spulenanschluß
23: Steckeranschluß
24: Steckergehäuse
25: Hochdruckanschluß
26: Stabfilter
27: erste Setzfuge
28: zweite Setzfuge
29: dritte Setzfuge
30: externer Spulenkörper
31: Ringnut
32: Vorsprung/Vorsprünge
33: Innenwand Magnethülse
34: Außenwand Magnethülse
35: Radialkraft
36: Ringspalt
37: Axialspalt
38: Stirnseite Magnetkern
39: Stirnseite Anschlußstutzen
40: erster Kontaktbereich
41: zweiter Kontaktbereich
42: Gehäuseteil
43: oberer Bereich Injektorkörper
44: Anlagefläche Magnetkern
45: erste Stirnseite Magnetkern
46: zweite Stirnseite Magnetkern
47: klassierte Einstellscheibe
48: Radialverbördelung
49: Umfangsnut Gehäuseteil
50: Ausnehmung Injektorkörper
51: Magnetkernbohrung
60: Meßstufe Ankerhub
61: Rekursion Ankerhubmessung
62: Messung Abfallstrom I_ab
63: Rekursion Abfallstrommessung
64: Verbördelungsschritt
65: Verlauf Abfallstrom
66: Abfallstromanstieg
67: Ankerhubverlauf
68: Bestromungsverlauf (Anzugsphase/Haltephase)

Claims

Kraftstoffinjektor für Einspritzanlagen an Verbrennungskraftmaschinen mit einem Injektorkörper (2), in welchem ein Einspritzventilglied (4) durch Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung eines Steuerraumes (6) Einspritzöffnungen freigibt oder verschließt und die Druckentlastung oder Druckbeaufschlagung des Steuerraumes (6) über die Ansteuerung einer Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) erfolgt, die in einem oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) unterhalb eines Ablaufstutzens (19) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) durch eine formschlüssige Verbindung (31, 32; 48) zwischen einer die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umgebenden Komponente (14) und dem Ablaufstutzen (19) oder zwischen einem die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umschließenden Gehäuseteil (42) und dem Injektorkörper (2, 42) mit diesem verbunden ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufstutzen (19) eine umlaufende Ausnehmung (31) aufweist, welcher an einem den Ablaufstutzen (19) und einen Magnetkern (17) umgebenden hülsenförmigen Körper (14) mindestens ein Vorsprung (32) gegenüberliegt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (32) an der Innenwand (33) des hülsenförmigen Körpers (14) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Vorsprung (32) als ununterbrochene, ringförmige Erhebung ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innwand (33) des hülsenförmigen Körpers (14) einander gegenüberliegend drei oder mehr Vorsprünge (32) ausgebildet sind.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung (31, 32) zwischen dem die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umgebenden Komponente (14) und dem Injektorkörper (2) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung (31, 32) zwischen einem ersten ringförmigen Kontaktbereich (40) und einem zweiten ringförmigen Kontaktbereich (41) der zu fügenden Komponenten (14, 19) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) von einem Gehäuseteil (42) umgeben ist, welches den oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) übergreift.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) mit einer ersten Stirnseite (45) am Gehäuseteil (42) anliegt und mit einer zweiten Stirnseite (46) auf einer in den Injektorkörper (2) eingelassenen klassierten Einstellscheibe (47) aufliegt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (42) glockenförmig ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (42) eine ringförmige Anlagefläche (44) für die Magnetventilbaugruppe (17, 18, 22) umfaßt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (42) eine umlaufende, an der Innenseite einen Vorsprung bildende Ausnehmung (49) aufweist, die in einem Fügebereich (50) im oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) in diesen eingreift und eine formschlüssige Verbindung (48) bildet.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Vorsprung an der Innenseite des Gehäuseteiles (42) bildende Ausnehmung (49) und deren Kontaktbereich (50) im oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) als Radialverbördelung (48) beschaffen sind.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuseteil (42) und dem oberen Bereich (43) des Injektorkörpers (2) beidseits der Ausnehmung (49) und des Kontaktbereiches (50) mit dem Injektorkörper (2) ein erster Kontaktbereich (40) und ein zweiter Kontaktbereich (41) ausgebildet sind.