EP1527272B1

EP1527272B1 - Kraftstoffinjektor mit hochdruckfestem anschlussbereich

Info

Publication number: EP1527272B1
Application number: EP03724837A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Ruthardt; Juergen Hanneke; Eike Kobes; Kasim-Melih Hamutcu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP4340231B2; KR100970298B1; JP2005534861A; KR20050026036A; DE10234909A1; WO2004016937A1; DE50313269D1; EP1527272A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit einem Injektorkörper (2), der einen seitlich angeordneten Stutzen (6) umfaßt. Der Stutzen (6) umfaßt einen Anschlußbereich (5) mit einer Stirnfläche (7). Von der Stirnfläche (7) aus verläuft eine Zulaufbohrung (22) zu einem Ventilraum (14) innerhalb des Injektorkörpers (2) und ein, eine Düsenversorgungsbohrung (9) im Injektorkörper (2) beaufschlagender Zulaufbohrungsabschnitt (9.1). Der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) und die Düsenversorgungsbohrung (9) bilden einen Übergangsbereich (20). Der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) verläuft durch den Anschlußbereich (5) und ist in Bezug auf die Achse (19) des Injektorkörpers (2) um einen, einen nahezu verschneidungsfreien Übergangsbereich (29) ermöglichenden Neigungswinkel (30) orientiert.

Description

Technisches Gebiet

An selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen werden heute Kraftstoffinjektoren eingesetzt, die über einen Hochdruckspeicherraum (Common Rail) versorgt werden. Kraftstoffeinspritzsysteme mit Hochdruckspeicherraum ermöglichen in vorteilhafter Weise, die Einspritzung sowie deren Verlauf an Last und Drehzahl der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Bei Kraftstoffinjektoren, die hohen Drücken ausgesetzt sind, bestehen besondere Anforderungen an die Hochdruckfestigkeit der Injektorkörper der eingesetzten Kraftstoffinjektoren, um die auftretenden hohen Betriebsdrücke sicher zu beherrschen. Bei Folgegenerationen von Kraftstoffinjektoren steht zu erwarten, daß deren Injektorkörper einem weiter steigenden Betriebsdruck ausgesetzt sein werden.

Stand der Technik

DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor, der mittels eines Magnetentils betätigbar ist. Der Kraftstoffinjektor gemäß dieser Lösung umfaßt 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 den Injektorkörper angeordneten 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 ein Ventilstück umschließt. In der Wandung des Ventilstückes ist eine Zulaufdrossel ausgebildet, für welches einem vom Ventilstück und dem Einspritzventilglied begrenzten Steuerraum unter hohem Druck stehender Kraftstoff als Steuervolumen zugeführt wird. Die schräg durch den Injektorkörper verlautende 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.
EP 0 916 842 A1 bezieht sich ebenfalls auf einen Kraftstoffinjektor zur Zufuhr von Kraftstoff in die Brennräume einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine. Seitlich am Injektorkörper ist ein Hochdruckanschluß aufgenommen, über den eine einen Düsenraum versorgende Druckbohrung mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff sowie ein Ringraum, der ein Ventilstück umgibt, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Gemäß dieser Lösung zweigt an der Stirnfläche der Bohrung, welche den Hochdruckanschluß aufnimmt, eine erste Bohrung zum Ringraum unter einem ersten Winkel in Bezug auf die Symmetrieachse des Kraftstoffinjektors sowie eine zweite Bohrung unter einem zweiten Winkel, bezogen auf die Symmetrieachse des Kraftstoffmjektors ab. Aufgrund der gewählten Bohrungsgeometrie kann der Injektorlcörper des Kraftstoffinjektors gemäß EP 0 916 842 A1 relativ schlank gehalten werden, jedoch ergibt sich an der Stirnseite des Hochdruckanschlusses ein Verschneidungsbereich, da dort zwei Bohrungen unmittelbar nebeneinanderliegend münden, was hinsichtlich der zu erreichenden Festigkeit eine Schwachstelle darstellt; ferner ergibt sich ein Verschneidungsbereich im Bereich der Mündung, der den Ringraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zur Versorgung des Steuerraums über ein Zulaufdrosselelement beaufschlagt, was eine Schwachstelle dieses Injelctors hinsichtlich der Höhe der Druckbeaufschlagung darstellt.
DE 196 40 480 A1 bezieht sich auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher. Gemäß dieser Lösung wird ein Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen von einer Kraftstofthochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher umfaßt einen langgestreckten rohrartigen Körper aus Strahl, der mit Anschlüssen für die Kraftstoffzufuhr und die Kraftstoffabfuhr versehen ist. Die Anschlüsse für die Kraftstoffzufulir und die Kraftstoffabfuhr sind als Anschlußstutzen ausgebildet, von denen aus je eine Verbindungsbohrung exzentrisch zur Achse des rohrartigen Körpers in diesen einmündet.
DE 199 37 946 C1 bezieht sich ebenfalls auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen. Gemäß dieser Lösung sind am Kraftstoffhochdruckspeicher mehrere Anschlußstutzen vorgesehen, wobei mehrere Verbindungsbohrungen zwischen dem Hohlraum des Kraftstoffhochdruckspeichers und jeweils einem Anschlußstutzen verlaufen. Die Verbindungsbohrungen münden tangential in den Hohlraum des Kraftstoffhochdruckspeichers, wobei die tangential in den Hohlraum des Kraftstoffhochdruckspeichers mündenden Verbindungsbohrungen einen größeren Durchmesser als nicht tangential in den Speicherraum mündende Verbindungsbohrungen aufweisen.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Druckfestigkeit des Injektorkörpers eines Kraftstoffinjektors erheblich gesteigert werden, ohne daß zusätzliche Dichtelemente erforderlich sind. Dies wird durch eine Verkleinerung des Winkels zwischen der im Injektorkörper verlaufenden Düsenversorgungsbohrung und deren Zulaufabschnitt erreicht. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein Spannungsabbau im Übergangsbereich (Kniebereich) vom Zulaufbohrungsabschnitt in die Düsenversorgungsbohrung innerhalb des Injektorkörpers. Der Zulaufbohrungsabschnitt, der in einem optimierten Kniewinkel in den seitlichen Druckrohrstutzen ausgeführt wird, kann durch den in den Druckrohrstutzen eingeschraubten Hochdruckanschluß abgedichtet werden.
Aufgrund der Verkleinerung des Kniewinkels zwischen dem Zulaufbohrungsabschnitt und der Düsenversorgungsbohrung im Injektorkörper nähert sich der Kniewinkel im Übergangsbereich einer senkrechten Orientierung an, d.h. dem Idealfall eines verschneidungsfreien Kniebereiches. Aufgrund der Verkleinerung des Kniewinkels zwischen Zulaufbohrungsabschnitt und der Düsenversorgungsbohrung ergibt sich eine steilere Lage zwischen dem durch den Druckrohrstutzen verlaufenden Zulaufbohrungsabschnitt und der Düsenversorgungsbohrung. Dies führt zu einer Verringerung der Vergleichsspannung im Übergangsbereich (Kniebereich) zwischen diesen Bohrungen.
Die Druckfestigkeit des Injektorkörpers läßt sich weiterhin dadurch steigern, daß der Übergangsbereich zwischen Zulaufbohrungsabschnitt und der Düsenversorgungsbohrung möglichst weit entfernt - jedoch unter Einhaltung eines Mindestabstandes zur Umfangsfläche des Injektorkörpers - vom Ventilraum ausgebildet wird. Die Bruchgefahr des Injektorkörpers bei Applikation eines gesteigerten Betriebsdruckniveaus läßt sich darüber hinaus dadurch herabsetzen, daß der Injektorkörper in Höhe seines Hochdruckanschlusses möglichst keinen Materialabtrag erfährt.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

Figur 1: den Hochdruckanschlußbereich an einem Injektorkörper mit einem Bohrungs- bild gemäß des Standes der Technik,
Figur 2: die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten, leicht gedrehten In- jektorkörper,
II-II: den Schnittverlauf durch den Injektorkörper gemäß Figur 2, wobei der Schnitt durch eine Zulaufbohrung zum Ventilraum verläuft,
Figur 3: die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Injektorkörper und
III-III: den Schnittverlauf durch die Düsenversorgungsbohrung gemäß Figur 3.

Ausführungsvarianten

Figur 1 ist der Hochdruckanschlußbereich an einem Injektorkörper mit einem Bohrungsbild gemäß des Standes der Technik zu entnehmen.
Ein Kraftstoffinjektor 1 umfaßt einen Injektorkörper 2, der in seinem unteren Bereich eine Zentralbohrung 3 aufweist. Im oberen Bereich des Injektorkörpers 2 ist ein Montageraum 4 ausgebildet, in welchem eine in Figur 1 nicht dargestellte Magnetventilbaugruppe eingelassen wird, welche ein Ventilglied betätigt, das in Figur 1 ebenfalls aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt ist. Am Injektorkörper 2 ist seitlich ein Stutzen 6 ausgebildet, der einen Anschlußbereich 5 aufweist, in dem eine Anschlußleitung von einem im Zusammenhang mit Figur 1 nicht dargestellten Hochdruckspeicher (Common-Rail) aufgenommen werden kann. Der Anschlußbereich 5 wird bevorzugt als ein Anschlußgewinde ausgebildet. Im Stutzen 6, der seitlich am Injektorkörper 2 ausgebildet ist, ist eine Stirnfläche 7 vorgesehen. Die Stirnfläche 7 läuft mit einer Anfasung 8 aus und ist vom über den Hochdruckanschluß in den Injektorkörper 2 geförderten, unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Von der Stirnfläche 7 im Stutzen 6 zweigt ein Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 ab. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 geht in einen Bohrungsabschnitt 13 über, der verglichen mit dem. Durchmesser des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet ist. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 sowie der Bohrungsabschnitt 13 sind koaxial zueinander aufgenommen und in einem ersten Neigungswinkel 11 in Bezug auf die Achse 19 des Injektorkörpers 2 ausgeführt. Durch die Ausführung des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 und den sich daran anschließenden Bohrungsabschnitt 13 mit geringerem Durchmesser ergibt sich innerhalb eines Übergangsbereiches 20 (Kniebereich) ein erster Kniewinkel 10, so daß sich der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 und der sich daran anschließende Bohrungsabschnitt 13 sowie die im Injektorkörper 2 ausgebildete Düsenversorgungsbohrung 9 an einer Verschneidungsstelle 12 innerhalb des Übergangsbereiches 20 (Kniebereich) aufeinandertreffen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, die dem Stand der Technik entspricht, beträgt der mit Bezugszeichen 11 bezeichnete Neigungswinkel 36,5°, woraus sich in Bezug auf die Achse 19 des Injektorkörpers 2 ein erster Kniewinkel von 143,5° ergibt.
Die Ausbildung des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 als von der Stirnfläche 7 des Stutzens 6 abzweigende Bohrung sowie der sich einstellende erste Kniewinkel 10 von etwa 143,5° beschränken das Druckniveau, welchem der in Figur 1 dargestellte Injektorkörper 2 eines Kraftstoffinjektors 1 ausgesetzt werden kann, auf Drücke im Bereich von etwa 1350 bar. Dies rührt daher, daß Dichtungsprobleme im Bereich des Stutzens 6 auftreten und es insbesondere aufgrund eines hohen Spannungsniveaus im Übergangsbereich 20 bei höheren Drücken zu Brüchen im Material des Injektorkörpers 2 kommen kann, was einen vollständigen Ausfall des Kraftstoffinjektors 1 zur Folge hätte. Damit ist das Betriebsdruckniveau, welchem der Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjelctors 1 gemäß der Darstellung in Figur 1 ausgesetzt werden kann, auf ein Druckniveau von etwa 1350 bar begrenzt.
Im Injektorkörper 2 ist darüber hinaus seitlich vom Übergangsbereich 20 zwischen Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, dem Bohrungsabschnitt 13 in verringertem Durchmesser und der senkrecht den Injektorkörper 2 durchziehenden Düsenversorgungsbohrung 9 ein Ventilraum 14 ausgebildet. Innerhalb des Ventilraums 14 ist ein Ventilglied bewegbar (hier nicht dargestellt) angeordnet, welches durch einen ebenfalls nicht dargestellten, innerhalb des Montageraumes 4 anzuordnenden Aktor wie beispielsweise eine Magnetventilbaugruppe, betätigt werden kann. Die Innenwandung 17 des Ventilraumes 14 innerhalb des Injektorkörpers 2 umfaßt eine symmetrisch ausgebildete Ringnut 18. Die Ringnut 18 liegt etwa mittig innerhalb des durch die Innenwandung 17 begrenzten Ventilraumes 14. Zur Befestigung des in den Montageraum 4 einzulassenden Aktors, wie beispielsweise einer Magnetventilbaugruppe, ist am oberen Bereich des Injektorkörpers 2 ein Außengewinde 16 vorgesehen, mit welchem der Aktor innerhalb des Montageraumes 4 fixiert wird. Darüber hinaus ist der Injektorkörper 2 von einer fast senkrecht verlaufenden Bohrung 15 durchzogen, die der Absteuerung von Lecköl dient.
Der Figur II-II ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäß konfigurierten Injektorkörper zu entnehmen, wobei der Schnittverlauf II-II aus Figur 2 hervorgeht.
Aus der Darstellung gemäß des Schnittverlaufes II-II geht hervor, daß bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante des Injektorkörpers 2 des Kraftstoffinjektors 1 der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, hier gestrichelt dargestellt, den Anschlußbereich 5 des Stutzens 6 durchsetzt. Von der Stirnfläche 7 des Stutzens 6 zweigt eine Zulaufbohrung 22 zum Ventilraum 14 ab, die in Bezug auf die Achse 19 des Injektorkörpers 2 um einen Winkel 23 geneigt angeordnet ist, der bevorzugt größer als 70° gewählt wird. Die sich von der Stirnfläche 7 aus erstreckende Zulaufbohrung 22 mündet in der in der Wandung 17 des Ventilraumes 14 ausgebildeten Ringnut 18. Die Mündungsstelle der Zulaufbohrung 22 zum.Ventilraum 14 ist mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.
Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, der in der Schnittdarstellung II-II gestrichelt dargestellt ist, nimmt einen mit Bezugszeichen 25 gelcennzeichneten Verlauf im Injektorkörper 2. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 durchsetzt einerseits die Wandung des Stutzens 6 an einer ersten Stelle 26, erstreckt sich durch den Anschlußbereich 5, der bevorzugt als Gewinde ausgebildet wird, sowie durch die Stirnfläche 7 des Stutzens 6. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 geht in einen Bohrungsabschnitt 13 über, der analog zur in Figur 1 dargestellten und aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsvariante, einen verringerten Durchmesser aufweist. Innerhalb des Übergangsbereiches 20 geht der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 bzw. der sich anschließende Bohrungsabschnitt 13 in die senkrecht - hier gestrichelt dargestellt - im Injektorkörper 2 ausgebildete Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 über. Aus Gründen einer einfacheren Fertigung erstreckt sich als Innengewinde beschaffene Anschlußbereich 5 an der Innenseite des Stutzens 6 nicht vollständig bis zur Stirnfläche 7; zwischen der Stirnfäche 7 und dem als Innengewinde bevorzugt ausbildbaren Anschlußbereich 5 ist eine ringförmig verlaufende Anfasung 8 angebracht Der im Schnittverlauf II-II dargestellte Übergangsbereich 20 zwischen dem Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, dem Bohrungsabschnitt 13 sowie der Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 umfaßt ebenfalls eine Verschneidungsstelle 12, die jedoch aufgrund ihrer Geometrie einen wesentlich günstigeren Spannungsverlauf, wie nachfolgend weiter beschrieben wird, aufweist. In der Darstellung gemäß des Schnittverlaufes II-II ist die Bohrung 15, die dem Rücklauf von Leckageöl dient, durch das Material des Injektorkörpers 2 verdeckt. Die Bohrung 15 verläuft entlang des Montageraumes 4, der innerhalb des Injektorkörpers 2 ausgebildet ist, unterhalb eines Außengewindes 16 im oberen Bereich des Injektorkörpers 2 aus.
Figur 2 ist die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten, leicht gedrehten Injektorkörper zu entnehmen.
Aus der Draufsicht gemäß Figur 2 geht hervor, daß der Stutzen 6 seitlich am Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors 1 angeordnet ist. Im Inneren des Stutzens 6 ist ein Anschlußbereich 5 ausgebildet, der bevorzugt als Innengewinde ausgeführt ist. Auf der Oberseite des Stutzens 6 befindet sich die erste Stelle 26 des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 (vgl. Schnittverlauf II-II), der sich durch den Anschlußbereich 5 sowie die Stirnfläche 7 im Stutzen 6 erstreckt. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 geht in einen Bohrungsabschnitt 13 über, der im Vergleich zum Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 in einem verringerten Durchmesser ausgebildet ist. In der Draufsicht gemäß Figur 2 ist die Verschneidungsstelle im hier nicht dargestellten Übergangsbereich 20 mit Bezugszeichen 12 identifiziert. Aus der Draufsicht gemäß Figur 2 geht darüber hinaus hervor, daß die von der Stirnfläche 7 im Stutzen 6 abzweigende Zulaufbohrung 22 zur Beaufschlagung des Ventilraumes 24 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in einem Winkelversatz 28 zur Achse 19 des Injektorkörpers 2 verläuft. Dadurch ist gewährleistet, daß die Mündungsstelle 24 der Zulaufbohrung 22 exzentrisch in den Ventilraum 14 mündet, was einen günstigen Spannungsverlauf an der Innenwandung 17 (vgl. Darstellung gemäß Schnittverlauf II-II) des Ventilraumes 14 im Inneren des Injektorkörpers 2 zur Folge hat. Der in der Draufsicht gemäß Figur 2 mit Bezugszeichen 28 bezeichnete horizontale Winkelversatz der Zulaufbohrung 22 liegt in der Größenordnung von etwa 10°, abhängig vom gewählten Durchmesser des Ventilraumes 14 bzw. der in diesem ausgebildeten symmetrisch verlaufenden Ringnut 18.
Der Schnittverlauf III-III zeigt den Übergangsbereich des Zulaufbohrungsabschnittes bzw. des Bohrungsabschnittes in die senkrecht im Injektorkörper verlaufende Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung.
Gemäß des mit Bezugszeichen 25 bezeichneten Verlaufes des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 im oberen Bereich des Injektorkörpers 2 ist der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, der in einen Bohrungsabschnitt 13 verringerten Durchmessers übergeht, in einem optimierten Neigungswinkel 30, bezogen auf die Achse 19 des Injektorkörpers 2 ausgeführt. Der erfindungsgemäß optimierte Neigungswinkel 30 gewährleistet einen möglichst steilen Verlauf des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 bzw. des sich an diesen anschließenden Bohrungsabschnittes 13 verringerten Durchmessers in Bezug auf die den Injektorkörper 2 parallel zur Zentralbohrung 3 durchziehende Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9. Der optimierte Neigungswinkel 30 liegt in einem Bereich zwischen 15° und 25°. Besonders gute Spannungsergebnisse werden erhalten, wenn der optimierte Neigungswinkel 30 im Bereich zwischen 24° und 23° liegt. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 läuft an einer ersten Stelle 26 an der Außenseite des Stutzens 6 aus; ferner durchsetzt der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 den Stutzen 6 an der Innenseite im Bereich des Anschlußbereiches 5, ferner an der Stirnfläche 7. Der um den optimierten Neigungswinkel 30 steil im Injektorkörper 2 verlaufende Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 geht in einen Bohrungsabschnitt 13 verringerten Durchmessers über, der seinerseits im Übergangsbereich 20 (Kniebereich) in die Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 mündet. Aufgrund des gewählten optimierten Neigungswinkels 30 von etwa 23° wird ein optimierter Kniewinkel 29 erhalten, woraus ein fast verschneidungsfreier Übergangsbereich 20 resultiert, verglichen mit der Verschneidungsstelle 12 innerhalb des in Figur 1 dargestellten Übergangsbereiches 20 (Kniebereich).
Ein Vergleich des Übergangsbereiches 20 gemäß Figur 1 mit dem Übergangsbereich 20 gemäß der im Schnittverlauf III-III dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante des Injektorkörpers 2 zeigt, daß der Kniewinkel 10 gemäß Figur 1 durch die erfindungsgemäße Ausführungsvariante in einen optimierten Kniewinkel 29 vergrößert wurde. Eine Erhöhung des Kniewinkels von beispielsweise 143,5° auf 157° (vgl. Schnittverlauf III-III) führt zur Verringerung der Vergleichsspannung innerhalb des Übergangsbereiches 20 (Kniebereich). Ein weiterer Spannungsabbau innerhalb des Übergangsbereiches 20 des Bohrungsabschnittes geringeren Durchmessers 13 in die Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 läßt sich durch eine Rundung der Mündungskante des Bohrungsabschnittes 13 in die Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 erzielen. Durch Vermeidung eines scharfkantigen Bohrungsübergangs im Übergangsbereich 20 (Verschneidungsbereich) kann das dort auftretende Spannungsniveau weiter herabgesetzt werden. Die Verrundung innerhalb des Übergangsbereiches 20 kann durch verschiedene Fertigungsverfahren erfolgen und bei der Konstruktion bzw. Auslegung des Injektorkörpers 2 unter Beibehaltung von dessen Außenwandstärke 32 vorgenommen werden.
Eine weitere, hinsichtlich einer Verringerung der Vergleichsspannung günstige Maßnahme liegt darin, den Übergangsbereich 20 (Kniebereich) so weit wie möglich von der Wandung 17 des Ventilraumes 14 innerhalb des Injektorkörpers 2 auszubilden. Unter Beibehaltung einer erforderlichen Mindestwandstärke 32 des Materials des Injektorkörpers 2 ist eine vergrößerte Entfernung zwischen dem Übergangsbereich 20 (Kniebereich) und der Wandung 17 des Ventilraumes 14 im Schnittverlauf III-III durch Bezugszeichen 31 gekennzeichnet. Der mit Bezugszeichen 31 gekennzeichnete Abstand, der die Entfernung des Ventilraumes 14 vom Übergangsbereich 20 der Bohrungen 9 bzw. 13 kennzeichnet, ist größer als die erste Entfernung 21 des Ventilraumes 14 zum Kniebereich 20, da der Winkel des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 gemäß des Schnittverlaufes III-III erheblich steiler ist als derjenige des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1, der in der Darstellung gemäß Figur 1 wiedergegeben ist. Damit kann die Außenwandstärke 32 am Injektorkörper 2 größer gehalten werden. Verglichen zum in Figur 1 dargestellten Abstand 21 zwischen dem Ventilraum 14 und dem Kniebereich 20 ergibt sich gemäß des Schnittverlaufes gemäß III-III eine Entfernung 31 zwischen dem Ventilraum 14 und dem Übergangsbereich 20 (Kniebereich) von etwa 1,5 bis 1,8 mm, während dieser in Figur 1 mit Bezugszeichen 21 bezeichnete Abstand lediglich 1,2 bis 1,3 mm beträgt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann, wie dem Schnittverlauf III-III ohne weiteres zu entnehmen ist, eine Abdichtung der Hochdruckseite, d.h. des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1, des sich an diesen anschließenden Bohrungsabschnittes 13 verringerten Durchmessers und der Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 erfolgen, indem im Anschlußbereich 5 der Hochdruckanschluß vom Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) eingeschraubt und mit dem entsprechenden zulässigen Anzugsdrehmoment befestigt wird. Der obere, vom Anschlußbereich 5 sich zur ersten Stelle 26 erstreckende Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 wird durch die Gewindeüberdeckung gegen die Stirnfläche 7 abgedichtet, ohne daß es eines weiteren, einzufügenden Dichtungselementes bedarf. Damit läßt sich ein und derselbe Injektorkörper 2 durch eine Modifikation der Bohrungslagen von Zulaufbohrungsabschnitt 9.1, Bohrungsabschnitt 13 und eine entsprechende Ausbildung des Übergangsbereiches 20 auch bei höheren Drücken einsetzen, die etwa im Bereich 1600 bar und höher liegen können.
Wie bereits aus dem Schnittverlauf II-II zu entnehmen ist, ist die Innenwandung 17 des Ventilraumes 14 mit einer symmetrischen Ringnut 18 versehen, in welche die Zulaufbohrung 22 (hier nicht dargestellt) an einer Mündungsstelle 24 (hier ebenfalls nicht dargestellt) mündet.
Der Ventilraum 14 geht an einem Übergang 35 in die im Injektorkörper 2 senkrecht verlaufende Zentralbohrung 3 über, welche beispielsweise ein als Düsennadel ausgeführtes, sich zum Düsenraum erstreckendes Einspritzventilglied aufnimmt. Die Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 beaufschlagt den das Einspritzventilglied umgebenden, jedoch hier nicht dargestellten Düsenraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff.
Der Montageraum 4 im oberen Bereich des Injektorkörpers 2 zur Aufnahme eines Aktors in Gestalt einer Magnetventilbaugruppe umfaßt ein Innengewinde 33, in welchem die Magnetventilbaugruppe befestigt werden kann sowie eine ringförmig verlaufende Bundfläche 34, welche den Übergangsbereich des Montageraumes 4 in den Ventilraum 14 darstellt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die größtmögliche Entfernung 31 zwischen dem Übergangsbereich 20 (Kniebereich) und der Innenwandung 17 des Ventilraumes 14 ihre Begrenzung in der minimalen Materialstärke 32 findet, welche die Außenwandung des Injektorkörpers 2 des Kraftstoffinjektors 1 annehmen darf, um den Festigkeitsanforderungen zu genügen und Sicherheitsreserven zu bilden.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Injektorkörper.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist entnehmbar, daß die Bohrung 15, welche gemäß des Schnittverlaufes III-III im Injektorkörper 2 schräg verlaufend ausgebildet ist, unterhalb eines Außengewindes 16 mündet. Der Mündungsstelle der Bohrung 15 gegenüberliegend ist auf der Oberseite des Stutzens 6 die erste Stelle 26 zu erkennen, von der aus sich der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 durch den Anschlußbereich 5 auf der Innenseite des Stutzens 6 erstreckt und die Stirnfläche 7 an der zweiten Stelle 27 (vgl. Schnittverlauf III-III) durchstößt. Von der Stirnfläche 7 aus zweigt die den Ventilraum 14 im Injektorkörper 2 beaufschlagende Zulaufbohrung 22 unter einem Winkelversatz ab, welcher Figur 2 entnehmbar ist. Die Zulaufbohrung 22 mündet an einer Mündungsstelle 24 innerhalb einer symmetrisch im Ventilraum 14 ausgebildeten Ringnut 18, was zu einer Reduzierung der Vergleichsspannung innerhalb des Ventilraumes 14 von ca. 20% führt. Der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 geht unterhalb der zweiten Stelle 27 in den Bohrungsabschnitt 13 in verringertem Durchmesser über, welcher an einer fast senkrecht orientierten Verschneidungsstelle 12 innerhalb des Übergangsbereiches 20 in die Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9, die im Injektorkörper 2 senkrecht ausgebildet ist, übergeht.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gestattet, unter Beibehaltung der wesentlichen Merkmale des Injektorkörpers 12 das Druckniveau, mit welchem der Injektorkörper 2 beaufschlagt werden kann, von etwa 1350 bar auf über 1600 bar anzuheben, ohne daß zusätzliche Dichtelemente erforderlich sind. Die Abdichtung kann durch die Veränderung der Lage 25 des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 erreicht werden, welcher den Stutzen 6, der seitlich am Injektorkörper 2 angebracht ist, durchzieht, so daß eine Abdichtung des Zulaufbohrungsabschnittes 9.1 durch den im Anschlußbereich 5 am Stutzen 6 aufgenommenen Hochdruckanschluß erfolgen kann. Das Druckniveau, mit welchem der erfindungsgemäß ausgestaltete Injektorkörper 2 nunmehr beaufschlagt werden kann, wird insbesondere dadurch gesteigert, daß der Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 in einem optimierten Neigungswinkel 30 in Bezug auf die Achse 19 des Injektorkörpers 2 verläuft, so daß sich ein optimierter Kniewinkel 29 im Übergangsbereich 20 im Zulaufbohrungsabschnitt 9.1 bzw. Bohrungsabschnitt 13 und der senkrecht im Injektorkörper 2 verlaufenden Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 einstellt. Eine Verringerung des Neigungswinkels 30 gemäß der erfmdungsgemäßen Lösung führt zu einer Vergrößerung des Kniewinkels 10 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) auf einen optimierten Kniewinkel 29, so zum Beispiel 157° anstelle von 143,5° gemäß der Ausführungen des Standes der Technik in Figur 1. Wird darüber hinaus innerhalb des Übergangsbereiches 20 (Kniebereich) ein Verrundungsbereich ausgebildet, läßt sich die Vergleichsspannung im Übergangsbereich 20 (Kniebereich) nochmals herabsetzen, da durch diese Maßnahme ein scharfkantiger Übergang zwischen der Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung 9 und dem Bohrungsabschnitt 13 geringeren Durchmessers vermieden werden kann.
Weiterhin kann das Druckniveau, mit welchem der erfindungsgemäß ausgebildete Injektorkörper 2 beaufschlagt werden kann, dadurch erhöht werden, daß zwischen der Innenwandung 17 des Ventilraumes 14 und dem Übergangsbereich 20 ein möglichst großer Abstand 31 hergestellt wird, wobei jedoch die zulässige Außenwandstärke 32 des Injektorkörpers 2 zu beachten ist. Ein günstiger Verlauf der Vergleichsspannung innerhalb des Ventilraumes 14 des Injektorkörpers 2 läßt sich durch das Einbringen einer symmetrischen Ringnut 18 in die den Ventilraum 14 begrenzende Innenwandung 17 erreichen. Durch die in einem Winkelversatz 28 angeordnete Zulaufbohrung 22 in den Ventilraum 14 und der Anordnung der Mündungsstelle innerhalb der symmetrischen Ringnut 18 ist darüber hinaus eine günstige Beeinflussung des Spannungsverlaufes erreichbar. Ist die Zulaufbohrung 22 darüber hinaus in einem möglichst flachen Winkel 23 (vgl. Schnittverlauf II-II) ausgebildet, die mehr als 70° beträgt, läßt sich im Injektorkörper 2 eine günstige Vergleichsspannung erreichen.

Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffinjektor
2: Injektorkörper
3: Zentralbohrung
4: Montageraum Magnetventil
5: Anschlußbereich
6: Stutzen
7: Stirnfläche
8: Anfasung
9: Düsenversorgungsbohrung/Drosselbohrung
9.1: Zulaufbohrungsabschnitt
10: erster Kniewinkel (143,5°)
11: Neigungswinkel (36,5°)
12: Verschneidungsstelle
13: Bohrungsabschnitt geringeren Durchmessers
14: Ventilraum
15: Bohrung
16: Außengewinde
17: Innenwandung Ventilraum
18: symmetrische Ringnut
19: Achse
20: Übergangsbereich (Kniebereich)
21: erste Entfernung Ventilraum 14 - Kniebereich 20
22: exzentrische Zulaufbohrung Ventilraum
23: Winkel Zulaufbohrung (> 70°)
24: Mündungsstelle Zulaufbohrung in Ringnut 18
25: Verlauf Zulaufbohrungsabschnitt 9.1
26: erste Durchtrittsstelle
27: zweite Durchtrittsstelle
28: horizontaler Winkelversatz Zulaufbohrung 22
29: optimierter Kniewinkel (157°)
30: optimierter Neigungswinkel (23°)
31: Entfernung Ventilraum 14 - Übergangsbereich 20
32: Außenwandstärke Injektorkörper
33: Innengewinde Injektorkörper
34: Ringfläche
35: Übergangsbereich Ventilraum Zentralbohrung 3

Claims

Kraftstoffinjektor mit einem Injektorkörper (2), der einen seitlich angeordneten Stutzen (6) umfaßt, mit einem Anschlußbereich (5) und einer Stirnfläche (7), von der eine Zulaufbohrung (22) zu einem Ventilraum (14) innerhalb des Injektorkörpers (2) und ein, eine Düsenversorgungsbohrung (9) im Injektorkörper (2) beaufschlagender Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) verläuft und die Düsenversorgungsbohrung (9) mit dem Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) einen Übergangsbereich (20) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) durch den Anschlußbereich (5) des Stutzens (6) verläuft und in Bezug auf die Achse (19) des Injektorkörpers (2) um einen, einen nahezu verschneidungsfreien Übergangsbereich (20) ermöglichenden Neigungswinkel (30) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußbereich (5) als Anschlußgewinde ausgeführt ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) durch die Stirnfläche (7) und den Anschlußbereich (5) des Stutzens (6) verläuft.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (30) zwischen dem Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) und der Achse (19) des Injektorkörpers (2) kleiner als 35° ist.
Kraftstoffinektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (30) kleiner als 30° ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (30) bevorzugt kleiner als 25° ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand (17) des Ventilraumes (14) eine Ringnut (18) ausgebildet ist, in der eine sich von der Stirnfläche (7) des Stutzens (6) erstreckende Zulaufbohrung (22) unter einem Winkel (23) mündet, welcher ≥ 70° ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufbohrung (22) in einem Winkelversatz (28) in die Ringnut (18) des Ventilraumes (14) mündet, bezogen auf die senkrecht zur Achse (19) des Injektorkörpers (2) errichtete Normale.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich (20) zwischen dem Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) und der Düsenversorgungsbohrung (9) eine einen Spannungsabbau bewirkende Verrundung ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (20) in einem vergrößerten Abstand (31) zum Ventilraum (14) innerhalb des Injektorkörpers (2) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) den Stutzen (6) im Anschlußbereich (5) an einer ersten Stelle (26) und die Stirnfläche (7) des Stutzens (6) an einer zweiten Stelle (27) durchsetzt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufbohrungsabschnitt (9.1) vor dem Übergangsbereich (20) in einen Bohrungsabschnitt (13) reduzierten Durchmessers übergeht.