DE60105383T2

DE60105383T2 - Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffinjektors, und entsprechender Treibstoffinjektor

Info

Publication number: DE60105383T2
Application number: DE60105383T
Authority: DE
Inventors: Mario Ricco; Adriano Gorgoglione
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: US20050087625A1; US6824082B2; ATE275694T1; US7458155B2; EP1219824B1; EP1219824A2; DE60105383D1; US20020125344A1; EP1219824A3; ES2223725T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Treibstoffinjektor.
Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor, worauf die folgende Beschreibung lediglich exemplarisch Bezug nimmt.
Ein bekannter Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor (siehe EP 0 890 729 ) umfaßt einen rohrförmigen Injektorkörper, der sich entlang einer gegebenen Achse erstreckt; und ein Ventil, das in einem Sitz im Injektorkörper untergebracht ist und einen rohrförmigen Ventilkörper umfaßt, der im Injektorkörpersitz koaxial zum Injektorkörper fixiert ist. Der Injektor hat eine ringförmige Kammer, die durch den Injektorkörper und den Ventilkörper definiert ist, welche jeweils ringförmige Absätze haben, die in einem gegebenen Abstand, der der Höhe der ringförmigen Kammer entspricht, auseinanderliegen.
Zur Bildung des Injektors wird der Ventilkörper entlang der Achse in einer bestimmten Position mit dem Injektorkörper durch weitere Absätze, die in die Ventil- und Injektorkörper geformt sind und aneinander anliegen, und durch eine Ringmutter, die in einen mit Gewinde versehenen Teil des Injektorkörpers eingreift und den Ventilkörper axial gegen den Injektorkörper drückt, um die weiteren Absätze in Kontakt miteinander zu halten, fixiert. Der Injektor umfaßt auch eine Dichtung, die in der ringförmigen Kammer untergebracht ist, um zu verhindern, daß der unter Hochdruck stehende Treibstoff, welcher in die ringförmigen Kammern eingebracht wird, zwischen dem Injektorkörper und dem Ventilkörper hindurchleckt.
Das Verfahren zum Herstellen des obigen Injektors umfaßt die Bildung von Absätzen am Injektorkörper und dem Ventilkörper zur Bildung der ringförmigen Kammer; das Schneiden eines Gewindes in einen Teil des Injektorkörpers; das Bilden weiterer Absätze an dem Ventilkörper und dem Injektorkörper zur Festlegung einer gegebenen axialen Position des Ventilkörpers in bezug auf den Injektorkörper; und das Zusammenbauen einer Dichtung und einer Ringmutter.
Durch das Dokument US-A-4 635 853 ist auch eine Treibstoffeinspritzdüse bekannt, bei welcher ein Ventilbauteil in einer Bohrung gehalten wird, welche in eine Buchse ausgebildet ist, die in einer Bohrung im Injektorkörper gehalten wird. Die Buchse wird durch eine Preßpassung oder mittels eines Klebstoffs in die Bohrung eingepaßt und wird bearbeitet, nachdem die Buchse in die Bohrung geschoben wurde.
Durch das Dokument US-A-4 631 973 ist auch ein Verfahren bekannt, eine Nabe eines Getriebes über einen Teil einer Welle mit verringertem Durchmesser zu fügen, indem zuvor die Welle gekühlt und die Nabe erwärmt wird. Der Teil der Welle mit verringertem Durchmesser liegt zwischen den Enden der Welle, und die Nabe ist zwischen zwei gegenüberliegenden, integralen, ringförmigen Haltewänden der Welle positioniert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein besonders schnelles Verfahren zum Herstellen eines Injektors zu schaffen.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffinjektors bereitgestellt, der einen rohrförmigen Injektorkörper umfaßt, welcher mit einem axialen Sitz ausgestattet ist, welcher durch eine zylindrische Innenfläche definiert ist, die sich entlang einer gegebenen Achse erstreckt, und einen rohrförmigen Ventilkörper, welcher innerhalb des axialen Sitzes untergebracht ist, wobei der Injektorkörper mit einem Loch versehen ist, welches sich quer zur Achse erstreckt und mit einem Hochdrucktreibstoffzuführungskanal verbunden ist, wobei der Ventilkörper eine zylindrische Seitenwand besitzt, die durch eine zylindrische Außenfläche definiert ist, welche so ausgebildet ist, daß sie die Innenfläche berührt, wobei die Seitenwand mit einem im wesentlichen zylindrischen Sitz versehen ist, wobei die Seitenwand eine ringförmige Nut hat, welche die Außenfläche in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt und mit dem im wesentlichen zylindrischen Sitz über eine Düse verbunden ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

– Schleifen der Innenfläche des axialen Sitzes auf einen ersten Durchmesser;
– Schleifen der Außenfläche des Ventilkörpers auf einen zweiten Durchmesser, welcher größer als der erste Durchmesser ist, um eine vorbestimmte Preßpassung mit der Innenfläche zu bekommen;
– Erwärmen des Injektorkörpers und gleichzeitiges Abkühlen des Ventilkörpers;
– gemeinsames Ausrichten der Seitenwand mit dem axialen Sitz, um koaxial zu werden; und
– Hineintreiben des derart gekühlten Ventilkörpers in den axialen Sitz des derart erwärmten Injektorkörpers bis zu einer vorbestimmten axialen Position, um die Nut gegenüber dem Loch zu positionieren, wobei bei Normaltemperatur eine Preßpassung zwischen dem Ventilkörper und dem Injektorkörper auftritt, so daß eine Leckage des unter hohem Druck stehenden Treibstoffs aus der ringförmigen Nut verhindert wird.

Durch die Preßpassung des Ventilkörpers im Sitz des Injektorkörpers kann der Ventilkörper in einer gegebenen axialen Position bezüglich des Injektorkörpers fixiert werden, ohne weitere Absätze oder das Gewinde herzustellen und ohne der Notwendigkeit einer Ringmutter, außerdem gewährleistet dies auch eine hermetische Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und dem Injektorkörper, so daß die Dichtung in der ringförmigen Kammer zwischen dem Ventilkörper und dem Injektorkörper, zum Abdichten der ringförmigen Kammer überflüssig wird.
Das Beseitigen einer maschinellen Bearbeitung und die Reduktion der Zahl der Komponenten des Injektors ermöglicht, daß der Injektor extrem schnell produziert werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform umfaßt die Methode das Bilden einer ringförmigen Nut am Ventilkörper, wobei die Nut die zylindrische Außenfläche des Ventilkörpers unterbricht und die ringförmige Kammer zusammen mit der Innenfläche des Sitzes definiert.
Die Größe der ringförmigen Kammer ist nur durch die Formung der Nut definiert und hängt nicht von der axialen Position des Ventilkörpers bezüglich des Injektorkörpers ab; und die Kräfte, die durch den Treibstoffdruck generiert werden, sind entlang der gegebenen Achse ausgeglichen, im Gegensatz zu üblichen Injektoren, in welchen die axialen Kräfte nicht ausgeglichen sind und wo jede Beweglichkeit der Ringmutter die Größe der ringförmigen Kammer verändert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Injektor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Treibstoffinjektor bereitgestellt, umfassend einen rohrförmigen Injektorkörper, welcher mit einem axialen Sitz ausgestattet ist, der durch eine zylindrische Innenfläche definiert ist, welche sich entlang einer gegebenen Achse erstreckt, und einen rohrförmigen Ventilkörper, welcher innerhalb des axialen Sitzes untergebracht ist, wobei in den Injektorkörper ein Loch eingearbeitet ist, welches sich quer zu der Achse erstreckt und mit einem Hochdrucktreibstoffzuführungskanal verbunden ist, wobei der Ventilkörper eine zylindrische Seitenwand hat, welche durch eine zylindrische Außenfläche definiert ist, welche so ausgebildet ist, daß sie die Innenfläche berührt und mit einem im wesentlichen zylindrischen Sitz ausgestattet ist, wobei die Seitenwand eine ringförmige Nut hat, welche die Außenfläche in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt und mit dem im wesentlichen zylindrischen Sitz durch eine Düse verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper in den axialen Sitz in einer vorbestimmten axialen Position eingebracht ist, so daß die Nut gegenüber dem Loch liegt, mit einem solchen Übermaß, daß eine Leckage des unter Hochdruck stehenden Treibstoffs aus der ringförmigen Nut verhindert wird.
Eine nicht einschränkende Ausführung der vorliegenden Erfindung wird exemplarisch beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
1 einen Schnitt eines Injektors zeigt, wobei Teile zur Klarheit entfernt sind, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;
2 eine Explosionsansicht zweier Komponententeile des Injektors nach 1 zeigt, in welcher Teile im Schnitt dargestellt sind und wobei Teile zur Klarheit entfernt sind.
Nr. 1 in 1 kennzeichnet einen Treibstoffinjektor im Ganzen für Verbrennungsmotoren.
Der Injektor 1 umfaßt einen rohrförmigen Injektorkörper 2 mit einer Achse 3; und ein Ventil 4, das wiederum einen Ventilkörper 5 umfaßt, welcher innerhalb eines Sitzes im Injektorkörper 2 fixiert ist, und einen Verschluß 6. Im weiteren Verlauf werden die Achse des Injektors 2 und die Achse des Injektors 1, welche zusammenfallen, beide als Achse 3 bezeichnet. Der Injektor 1 hat einen Anschluß 7, um Injektor 1 an einen Hochdrucktreibstoffzuführungskanal (nicht gezeigt in 1) anzuschließen; und eine Steuerstange 8, welche innerhalb des Ventilkörpers 5 gleitet. In Bezug auf 2 umfaßt der Injektorkörper 2 ein Loch 9 mit einem Durchmesser D1, welches koaxial mit der Achse 3 ist und den Sitz zur Unterbringung des Ventilkörpers 5 definiert; ein Loch 10, welches sich quer zur Achse 3 erstreckt und das Loch 9 mit dem Anschluß 7 verbindet; und ein Loch 11, welches sich in den Injektorkörper 2 hinein erstreckt, entlang des Lochs 9, über dem Loch 10 zu einer Düse (nicht dargestellt) an einem Ende des Injektorkörpers 2, um unter Hochdruck stehenden Treibstoff zur Düse zu fördern.
In Bezug auf 2 ist der Ventilkörper 5 rohrförmig und hat eine Achse 12, eine zylindrische Seitenwand 13, und eine Stirnwand 14, welche senkrecht zur Achse 12 ist. Wände 13 und 14 definieren einen im wesentlichen zylindrischen Sitz 15, um ein Ende der Stange 8 wie in 1 dargestellt unterzubringen. In 2 hat die Seitenwand 13 eine zylindrische Außenfläche 16 mit einem Durchmesser D2, und eine Stirnwand 14 hat eine ringförmige Außenfläche 17 um einen kegelstumpfförmigen Sitz 18, um den Verschluß 6 unterzubringen. Der Ventilkörper 5 umfaßt eine axiale Düse 19, die durch die Stirnwand 14 hindurch geformt ist, mit der Achse 12 koaxial ist, und den Sitz 15 mit dem Sitz 18 verbindet, welcher auch koaxial mit der Achse 12 ist. Der obere Teil des Sitzes 15 bildet eine Steuerkammer für die Steuerstange 8.
Die zylindrische Wand 13 hat eine ringförmige Nut 20, welche die Außenfläche 16 in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt und welche eine zylindrische Fläche 21 umfaßt, die parallel zur Außenfläche 16 ist, und zwei zugewandte ringförmige Flächen 22, die senkrecht zu Achse 12 sind. Der Ventilkörper 5 umfaßt eine Düse 23, welche in der zylindrischen Wand 13 in der Nut 20 ausgebildet ist, senkrecht zur Achse 12 ist, und die Nut 20 mit dem Sitz 15 verbindet.
Abhängig vom Einsatzzweck von Injektor 1 liegt der Durchmesser D2 zwischen 6 und 8 Millimetern und ist größer als der Durchmesser D1, der ein Übermaß zwischen 10 und 20 Mikrometern hat.
Der Injektorkörper 2 wird durch bekannte Bearbeitungsvorgänge gebildet, und das Loch 9 wird zu einer inneren zylindrischen Fläche 24 des Lochs 9 mit einer Toleranz von 0 bis +0,005 Millimetern geschliffen. In im wesentlichen gleicher Weise wird der Ventilkörper 5 durch bekannte Bearbeitungsvorgänge gebildet, und entlang der Außenfläche 16 geschliffen, um eine zylindrische Oberfläche mit einer Toleranz zwischen +0,015 und +0,020 Millimetern zu erhalten.
Der Injektorkörper 2 wird dann erwärmt, und ein entsprechender Ventilkörper 5 wird gleichzeitig gekühlt, zum Beispiel durch das Benutzen von flüssigem Stickstoff. Sobald erhitzt beziehungsweise gekühlt wurde, werden der Injektorkörper 2 und der entsprechende Ventilkörper 5 entlang entsprechender Achsen 3 und 12 ausgerichtet, und mittels einer bekannten Presse (nicht dargestellt) wird der Ventilkörper 5 in das Loch 9 bis zu einer bestimmten Position entlang der Achse des Injektorkörpers 2 hinein getrieben, wie in 1 dargestellt. Mit dem Ventilkörper 5 in der gegebenen Position kann der Verschluß 6 die Düse 19 schließen, und die Nut 20 ist beim Loch 10 plaziert und definiert mit der Innenfläche 24 des Lochs 9 eine ringförmige Kammer 25. In anderen Worten wird die ringförmige Kammer 25 durch eine zylindrische Fläche 21 und ringförmige Flächen 22 der Nut 20 definiert und durch einen Teil der Fläche 24 des Lochs 9. Die Presspassung zwischen dem Injektorkörper 2 und Ventilkörper 5 verhindert eine Leckage des unter Hochdruck stehenden Treibstoffs aus der Kammer 25, wobei keine Dichtungen zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Ventilkörper 5 benötigt werden.
Der beschriebene Pressitz verbessert die Dichtung und die Lebensdauer des Injektors 1 verglichen mit bekannten Dichtungen, welche dazu neigen, zwischen dem Ventilkörper und Injektorkörper von bekannten Injektoren gezogen zu werden, wenn diese einem Arbeitsdruck von über 1000 bar ausgesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffinjektors (1), der einen rohrförmigen Injektorkörper (2) umfaßt, welcher mit einem axialen Sitz (9) ausgestattet ist, welcher durch eine zylindrische Innenfläche (24) definiert ist, die sich entlang einer gegebenen Achse (3) erstreckt, und einen rohrförmigen Ventilkörper (5), welcher innerhalb des axialen Sitzes (9) untergebracht ist, wobei der Injektorkörper (2) mit einem Loch (10) versehen ist, welches sich quer zur Achse (3) erstreckt und mit einem Hochdrucktreibstoffzuführungskanal verbunden ist, wobei der Ventilkörper (5) eine zylindrische Seitenwand (13) besitzt, die durch eine zylindrische Außenfläche (16) definiert ist, welche so ausgebildet ist, daß sie die Innenfläche (24) berührt, und mit einem im wesentlichen zylindrischen Sitz (15) versehen ist, wobei die Seitenwand (13) eine ringförmige Nut (20) hat, welche die Außenfläche (16) in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt und mit dem im wesentlichen zylindrischen Sitz (15) über eine Düse (23) verbunden ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – Schleifen der Innenfläche (24) des axialen Sitzes (9) auf einen ersten Durchmesser (D1); – Schleifen der Außenfläche (16) des Ventilkörpers (5) auf einen zweiten Durchmesser (D2), welcher größer als der erste Durchmesser (D1) ist, um eine vorbestimmte Preßpassung mit der Innenfläche (24) zu bekommen; – Erwärmen des Injektorkörpers (2) und gleichzeitiges Abkühlen des Ventilkörpers (5); – gemeinsames Ausrichten der Seitenwand (13) mit dem axialen Sitz (9), um koaxial zu werden; und – Hineintreiben des derart gekühlten Ventilkörpers (5) in den axialen Sitz (9) des derart erwärmten Injektorkörpers (2), bis zu einer vorbestimmten axialen Position, um die Nut (20) gegenüber dem Loch (10) zu positionieren, wobei bei Normaltemperatur eine Preßpassung zwischen dem Ventilkörper (5) und dem Injektorkörper (2) auftritt, so daß eine Leckage des unter hohem Druck stehenden Treibstoffs aus der ringförmigen Nut (20) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Ventilkörper (5) auch mit einer Stirnwand (14) ausgestattet ist, die eine axiale Düse (19) hat, die so ausgebildet ist, daß sie durch einen Verschluß (6) gesperrt wird, wobei der im wesentlichen zylindrische Sitz (15) so ausgebildet ist, daß er eine Steuerstange (8) gleitend führt, wobei die Nut (20) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die vorbestimmte Position so definiert, daß es dem Verschluß (6) ermöglicht wird, die axiale Düse (19) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (24) und die Außenfläche (16) mit solchen Toleranzen geschliffen sind, daß man ein Übermaß zwischen dem zweiten Durchmesser (D2) und dem ersten Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 20 Mikrometern erhält.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5) durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (20) durch eine zylindrische Fläche (21) definiert ist, welche parallel zu der Außenfläche (16) liegt, und durch zwei ringförmige Flächen (22), die senkrecht zur Achse (3) liegen.
Treibstoffinjektor (1), umfassend einen rohrförmigen Injektorkörper (2), welcher mit einem zylindrischen Sitz (9) ausgestattet ist, der durch eine zylindrische Innenfläche (24) definiert ist, welche sich entlang einer gegebenen Achse (3) erstreckt, und einen rohrförmigen Ventilkörper (5), welcher innerhalb des Sitzes (9) untergebracht ist, wobei in den Injektorkörper (2) ein Loch (10) eingearbeitet ist, welches sich quer zu der Achse (3) erstreckt und mit einem Hochdrucktreibstoffzuführungskanal verbunden ist, wobei der Ventilkörper (5) eine zylindrische Seitenwand (13) hat, welche durch eine zylindrische Außenfläche (16) definiert ist, welche so ausgebildet ist, daß sie die Innenfläche (24) berührt, und mit einem im wesentlichen zylindrischen Sitz (15) ausgestattet ist, wobei die Seitenwand (13) eine ringförmige Nut (20) hat, welche die Außenfläche (16) in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt und mit dem im wesentlichen zylindrischen Sitz (15) durch eine Düse (23) verbunden ist; der Ventilkörper (5) ist in das axiale Loch (9) in einer vorbestimmten axialen Position eingebracht, so daß die Nut (20) gegenüber dem Loch (10) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5) im Injektorkörper (2) durch Hineintreiben fixiert wird, um eine Preßpassung des Ventilkörpers (5) innerhalb des Sitzes (9) im Injektorkörper (2) zu ermöglichen und eine Leckage des unter Hochdruck stehenden Treibstoffs aus der ringförmigen Nut (20) zu verhindern.
Injektor nach Anspruch 6, bei welchem der Ventilkörper (5) auch mit einer Stirnwand (14) ausgestattet ist, welche mit einer axialen Düse (19) ausgestattet ist, die so ausgebildet ist, daß sie durch einen Verschluß (6) gesperrt wird, wobei die Seitenwand (13) so ausgebildet ist, daß sie eine Steuerstange (8) gleitend führt, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Position so definiert ist, daß es dem Verschluß (6) ermöglicht wird, die axiale Düse (19) zu schließen.
Injektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (24) einen ersten Durchmesser (D1) besitzt und die Außenfläche einen zweiten Durchmesser (D2), wobei die Durchmesser (D1, D2) mit solchen Toleranzen geschliffen werden, daß man ein Übermaß zwischen dem zweiten Durchmesser (D2) und dem ersten Durchmesser (D1) im Bereich von 10 bis 20 Mikrometern erhält.
Injektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (20) durch eine zylindrische Fläche (21) definiert ist, die parallel zu der Außenfläche (16) liegt, sowie durch zwei ringförmige Flächen (22), die sich senkrecht zur Achse (3) erstrecken.