DE10241462A1 - Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere servoventilgesteuerter Common-Rail-Injektor - Google Patents
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Abstract
Ein Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesonder servoventilgesteuerter Common-Rail-Injektor, besitzt einen Düsenkörper (10), an dessen brennraumseitigen (freien) Ende ein Düsenaustritt (12) ausgebildet ist, ferner eine Düsennadel (14), die in einer Längsausnehmung (11) des Düsenkörpers (10) axial beweglich bzw. betätigbar angeordnet ist. Des Weiteren weist der Injektor ein das rückwärtige (vom Düsenaustritt) (12) abgewandte) Ende der Längsausnehmung (11) abschließendes, (oberhalb) an den Düsenkörper (10) angrenzendes Abschlussteil (17) auf, welches einen Öffnungsanschlag (29) für die Düsennadel (14) bildet, hierbei mit der rückseitigen (vom Düsenaustritt (12) abgewandten) Stirnfläche (37) der Düsennadel (14) zusammenwirkt und damit den Öffnungshub (h¶DN¶) der Düsennadel (14) begrenzt. Schließlich besitzt der Injektor einen zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche (37) und dem Abschlussteil (17) ausgebildeten Steuerraum (28), der mit einem der Kraftstoffzuführung dienenden Druckanschluss (21) in hydraulischer Verbindung steht. DOLLAR A Eine wesentliche Besonderheit dieses Injektors besteht darin, dass die rückseitige Stirnfläche (37) der Düsennadel (14) und/oder die mit dieser zusammenwirkende Anschlagfläche (29) des Abschlussteils (17) so ausgebildet ist, dass sich in Öffnungsstellung der Düsennadel (14) eine punktförmige oder im Wesentlichen punktförmige Berührfläche (P) zwischen der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche ...
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere auf einen servoventilgesteuerten Common-Rail-Injektor, mit einem Düsenkörper, an dessen brennraumseitigen (freien) Ende ein Düsenaustritt ausgebildet ist, mit einer Düsennadel, die in einer Längsausnehmung des Düsenkörpers axial beweglich bzw. betätigbar angeordnet ist, mit einem das rückwärtige (vom Düsenaustritt abgewandte) Ende der Längsausnehmung abschließenden, (oberhalb) an den Düsenkörper angrenzenden Abschlussteil, welches einen Öffnungsanschlag für die Düsennadel bildet, hierbei mit der rückseitigen (vom Düsenaustritt abgewandten) Stirnfläche der Düsennadel zusammenwirkt und damit den Öffnungshub der Düsennadel begrenzt, und mit einem zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche und dem Abschlussteil ausgebildeten Steuerraum, der mit einem der Kraftstoffzuführung dienenden Druckanschluss in hydraulischer Verbindung steht.
- Ein CR-Injektor der vorbezeichneten Art ist durch die
DE 199 36 668 A1 bekannt geworden. Bei dem bekannten Injektor ist die mit der ebenflächigen Anschlagfläche des Abschlussteils zusammenwirkende rückseitige Stirnfläche der Düsennadel ebenfalls plan ausgebildet. Der gewünschte Nadelhub wird durch entsprechende Schleifbearbeitung der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche hergestellt. - Unter dem Aspekt, dass die Nadelhubtoleranz – wegen Mengenstreuungen der einzelnen Injektoren – möglichst klein sein muss, ergeben sich aus der bekannten Konzeption zweier ebenflächiger Anschlagflächen mehrere Nachteile. Zum einen wirkt es sich nachteilig aus, dass – infolge von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Düsennadel einerseits und der Führungsbohrung für die Düsennadel im Düsenkörper andererseits – bei der Axialbewegung der Düsennadel geringfügige Seitwärts- bzw. Kippbewegungen der Düsennadel auftreten (sog. „Stirnschlag"). Hierdurch kann sich beim Verdrehen der Düsennadel der Nadelhub verändern und damit die Nadelhubtoleranz vergrößern. Entsprechend nachteilige Auswirkungen hat auch eine toleranzbedingte Schrägstellung des Abschlussteils zur Führungsbohrung der Düsennadel.
- Wegen der erforderlichen Flächenauflage des Messtasters beim Einschleifen des Nadelhubs an der Düsennadel ergibt sich eine nachteilige große Einstelltoleranz.
- In Öffnungsstellung der Düsenadel liegt deren rückseitige Stirnfläche plan auf der ebenfalls planen Anschlagfläche des Abschlussteils auf, was eine nachteilige Minimierung des oberhalb der Düsennadel ausgebildeten Steuerraums bedeutet. Hierdurch verringert sich nämlich der stirnseitige Steuerdruck auf die Düsennadel. Die Düsennadel „klebt" und schließt dadurch langsamer mit der nachteiligen Folge, dass die an der Düse austretende Einspritzmenge zu groß ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die im Vorstehenden geschilderten Nachteile zu vermeiden, d.h. einen Injektor zu schaffen, der sich durch eine nur minimale Düsennadel-Hubtoleranz und einen konstanten Düsennadelhub, auch bei Verdrehung der Düsennadel sowie durch eine nur vergleichsweise geringe Einstelltoleranz beim Einschleifen des Düsennadelhubs auszeichnet.
- Vorteile der Erfindung
- Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Injektor der eingangs bezeichneten Gattung dadurch gelöst, dass die rückseitige Stirnfläche der Düsennadel und/oder die mit dieser zusammenwirkende Anschlagfläche des Abschlussteils so ausgebildet ist, dass sich in Öffnungsstellung der Düsennadel eine punktförmige oder im Wesentlichen punktförmige Berührfläche zwischen der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche und der Anschlagfläche des Abschlusssteils ergibt.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die mit der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche zusammenwirkende Anschlagfläche des Abschlussteils ebenflächig ausgebildet ist, soll die Düsennadel eine ballige, vorzugsweise kugelförmige, rückseitige Stirnfläche aufweisen.
- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen entsteht am oberen Anschlag der Düsennadel, d.h. in Öffnungsstellung derselben, eine (nahezu) punktförmige Berührfläche zwischen dem Abschlussteil und der rückseitigen (oberen) Stirnfläche der Düsennadel. Dadurch werden – ohne großen technischen Aufwand – die oben geschilderten Unzulänglichkeiten bekannter Injektoren der in Rede stehenden Art beseitigt. So gelingt es, die Hubtoleranz der Düsennadel von ±0,01 mm auf ± 0,003 mm zu reduzieren. Insbesondere wird das unerwünschte „Kleben" der Düsennadel am Anschlag in ihrer Öffnungsstellung verhindert, was eine größere Sparsamkeit bei den vom Injektor geförderten Einspritzmengen bedeutet.
- Um plastische Verformungen an den zusammenwirkenden Flächen der Düsennadel einerseits und des Abschlussteils andererseits zu vermeiden, sollte der Radius der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche dort, wo diese mit der Anschlagfläche des Abschlussteils in Berührung kommt, so bemessen sein, dass – unter Berücksichtigung der auf die Düsennadel wirkenden Öffnungskraft – die zulässige Hertz'sche Pressung nicht überschritten wird.
- Zur Veranschaulichung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden detailliert beschrieben ist.
- Es zeigt:
-
1 eine Ausführungsform eines CR-Injektors, im vertikalen Längsschnitt, und -
2 die Einzelheit „A" aus1 in gegenüber1 vergrößerter Darstellung. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Es bezeichnet
10 insgesamt einen mehrfach abgesetzten Düsenkörper mit einer zentrischen Längsausnehmung11 , die sich an ihrem unteren Ende zu einem Düsenaustritt12 verengt. Oberhalb des Düsenaustritts12 bildet die Längsausnehmung11 einen konischen Ventilsitz13 . In der Längsausnehmung11 ist eine insgesamt mit 14 bezifferte Düsennadel axialbeweglich angeordnet. Ein unteres, verjüngtes Ende15 der Düsennadel14 ist konisch ausgebildet und wirkt mit dem ebenfalls konischen Ventilsitz13 zusammen. - Oberhalb des Ventilkörpers
10 und dichtend auf dessen oberer Stirnfläche16 aufsitzend ist ein scheibenförmiges Abschlussteil17 angeordnet. An das Abschlussteil17 schließt sich oben – ebenfalls dichtend – ein Servoventilkörper18 an, in dem ein – z.B. piezoelektrisch betätigtes – Servoventil19 aufgenommen ist. - Ventilkörper
10 , Abschlussteil17 und Servoventilkörper18 sind von einem Injektorgehäuse20 umschlossen und in der aus1 ersichtlichen Zuordnung fixiert. - Wie des Weiteren aus
1 hervorgeht, ist in den Servoventilkörper18 ein Hochdruckkanal21 eingearbeitet, der – über einen (nicht gezeigten) Hochdruckanschluss – mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Kraftstoff-Hochdruckspeicher (sog. Common-Rail) in hydraulischer Verbindung steht. Der Hochdruckkanal21 mündet – über eine Erweiterung22 – an der unteren Stirnfläche23 des Servoventilkörpers18 aus und ist dort mit zwei in das Abschlussteil17 eingearbeiteten Bohrungen24 und25 hydraulisch verbunden. Durch die erste Bohrung24 gelangt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff – über einen Ringraum26 – in die Längsausnehmung11 des Düsenkörpers10 und damit – bei geöffnetem Ventil13 ,15 – zum Düsenaustritt12 . - Eine Besonderheit bei der zweiten Bohrung
25 besteht darin, dass diese sich stufenförmig zu einer Drosselbohrung27 (sog. Zulaufdrossel) verengt. Über diese Zulaufdrossel27 gelangt Kraftstoff in einen Steuerraum28 , der sich zwischen dem oberen Ende der Düsennadel14 und der mit 29 bezifferten unteren Stirnfläche des Abschlussteils17 erstreckt. Der Steuerraum28 erreicht sein maximales Volumen bei der aus1 und2 ersichtlichen Schließstellung der Düsennadel14 , wobei diese mit ihrem konusförmigen Ende15 dichtend mit dem Ventilsitz13 in Anlage steht. In dieser Schließstellung wird die Düsennadel14 zum einen durch den im Steuerraum28 herrschenden Flüssigkeitsdruck und zum anderen durch eine Druckfeder30 gehalten. Diese stützt sich hierbei mit ihrem oberen Ende über ein das obere Ende der Düsennadel14 dichtend umschließendes Hülsenteil31 an der unteren Stirnfläche29 des Abschlussteils17 ab. Ihre – in Pfeilrichtung32 gerichtete – Schließkraft übt die Druckfeder30 über ein weiteres Hülsenteil33 , das sich auf einem Absatz34 der Düsennadel14 abstützt, auf die Düsennadel14 aus. - In das Abschlussteil
17 ist eine weitere Bohrung35 eingearbeitet, die einerseits über Bohrung24 und Ringraum26 – mit dem Hochdruckkanal21 und andererseits – über eine Drosselbohrung36 (sog. Ablaufdrossel) – mit dem Servoventil19 in hydraulischer Wirkverbindung steht. - Eine wesentliche Besonderheit des dargestellten Ausführungsbeispiels besteht nun darin, dass die – mit
37 bezifferte – rückseitige (obere) Stirnfläche der Düsennadel14 eine kugelförmige Krümmung aufweist. Der Kugelradius ist in1 und2 mit rkugel bezeichnet. Durch den Scheitelpunkt P (s.2 ) der Kugelfläche37 wird der obere Anschlag der Düsennadel14 , welcher mit der Fläche29 des Abschlussteils17 als Gegenanschlag zusammenwirkt, bestimmt. Ausgehend von der Schließstellung der Düsennadel14 (s.1 und2 ) ergibt sich daraus der – in2 mit hDN bezeichnete – Düsennadelhub. In ihrer (oberen) Öffnungsstellung kommt die Düsennadel14 somit am Punkt P mit der Fläche29 des Abschlussteils17 zur Anlage. Durch die – infolge der kugelförmig/balligen Gestaltung der Stirnfläche37 der Düsennadel14 gelungene – Vermeidung einer (groß-)flächigen Anlage der Düsennadel14 an der Anschlagfläche29 des Abschlussteils17 wird ein – andernfalls mögliches – „Kleben" der Düsennadel14 in ihrer (oberen) Öffnungsstellung verhindert. Außerdem sorgt die kugelförmig/ballige Düsennadel-Stirnfläche37 dafür, dass auch in Öffnungsstellung der Düsennadel14 noch ein ausreichend großer Steuerraum28 verbleibt. Die kugelförmig/ballige Gestaltung der Düsennadel-Stirnfläche37 mit dem daraus resultierenden nahezu punktförmigen Düsennadelanschlag erbringt darüber hinaus den Vorteil, dass der Düsennadelhub hDN bei einem etwaigen Verdrehen der Düsennadel14 oder bei durch Fertigungstoleranzen bedingter Schrägstellung derselben stets konstant bleibt.
Claims (4)
- Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere servoventilgesteuerter Common-Rail-Injektor, mit einem Düsenkörper (
10 ), an dessen brennraumseitigen (freien) Ende ein Düsenaustritt (12 ) ausgebildet ist, mit einer Düsennadel (14 ), die in einer Längsausnehmung (11 ) des Düsenkörpers (10 ) axial beweglich bzw. betätigbar angeordnet ist, mit einem das rückwärtige (vom Düsenaustritt (12 ) abgewandte) Ende der Längsausnehmung (11 ) abschließenden, (oberhalb) an den Düsenkörper (10 ) angrenzenden Abschlussteil (17 ), welches einen Öffnungsanschlag (29 ) für die Düsennadel (14 ) bildet, hierbei mit der rückseitigen (vom Düsenaustritt (12 ) abgewandten) Stirnfläche (37 ) der Düsennadel (14 ) zusammenwirkt und damit den Öffnungshub (hDN) der Düsennadel (14 ) begrenzt, und mit einem zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche (37 ) und dem Abschlussteil (17 ) ausgebildeten Steuerraum (28 ), der mit einem der Kraftstoffzuführung dienenden Druckanschluss (21 ) in hydraulischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige Stirnfläche (37 ) der Düsennadel (14 ) und/oder die mit dieser zusammenwirkende Anschlagfläche (29 ) des Abschlussteils (17 ) so ausgebildet ist, dass sich in Öffnungsstellung der Düsennadel (14 ) eine punktförmige oder im Wesentlichen punktförmige Berührfläche (P) zwischen der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche (37 ) und der Anschlagfläche (29 ) des Abschlussteils (17 ) ergibt. - Injektor nach Anspruch 1, wobei die mit der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche (
37 ) zusammenwirkende Anschlagfläche (29 ) des Abschlussteils (17 ) ebenflächig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (14 ) eine ballig ausgebildete rückseitige Stirnfläche (37 ) aufweist. - Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige Stirnfläche (
37 ) der Düsennadel (14 ) kugelförmig ausgebildet ist (1 und2 ). - Injektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (rkugel) der rückseitigen Düsennadel-Stirnfläche (
37 ) dort, wo diese mit der Anschlagfläche (29 ) des Abschlussteils (17 ) in Berührung kommt (P), so bemessen ist, dass – unter Berücksichtigung der auf die Düsennadel (14 ) wirkenden Öffnungskraft – die zulässige Hertz' sche Pressung nicht überschritten wird.
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