EP2085606A1 - Zwischenplatte für einen Kraftstoffinjektor sowie Kraftstoffinjektor - Google Patents
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- EP2085606A1 EP2085606A1 EP09100003A EP09100003A EP2085606A1 EP 2085606 A1 EP2085606 A1 EP 2085606A1 EP 09100003 A EP09100003 A EP 09100003A EP 09100003 A EP09100003 A EP 09100003A EP 2085606 A1 EP2085606 A1 EP 2085606A1
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- F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves
Definitions
- the invention relates to an intermediate plate for a fuel injector according to the preamble of claim 1 and a fuel injector with intermediate plate according to the preamble of claim 8.
- a fuel injector which has a designed as a throttle plate intermediate plate, at the end faces in each case a high-pressure body rests directly sealingly.
- at least one high pressure element is provided with a frontal biting edge, with which it rests directly on the intermediate plate for producing a high-pressure-tight connection.
- a disadvantage of the known injector is that the intermediate plate bends due to the different diameters of the contact surfaces for the high-pressure body in the clamped state. This can lead to leaks.
- the invention has for its object to provide an injector, are minimized in the deflection effects in the clamped state.
- optimized high-pressure-tight connections to injector bodies should be able to be produced with the aid of the intermediate plate.
- the object is to propose a fuel injector with optimized sealing conditions in the region of the intermediate plate.
- the invention is based on the idea to provide a plurality of circumferentially spaced recesses in the edge region of at least one of the two end faces of the intermediate plate. Preference is given to an embodiment of the intermediate plate, in which a plurality of circumferentially spaced recesses are provided in the edge region of both end faces.
- Recesses in the sense of the invention are preferably surface exposures which are open outward in the radial direction, preferably with a depth extension of approximately 0.1 mm to 3 mm, preferably of 0.1mm to 2mm, more preferably from 0.1mm to 1mm, more preferably from 0.1mm to 0.5mm, most preferably from about 0.3mm.
- the recesses reduce the total surface area of the associated face and thereby increase the average, global surface pressure, resulting in optimized sealing conditions.
- the recesses for producing a sealed connection are advantageously arranged radially outside the first or second abutment surface for the injector body which can be applied to the intermediate plate on the end face.
- the bottom surfaces of the recesses are arranged in a common plane which runs parallel to the adjacent, preferably flat, end face.
- a deflection of the intermediate plate is minimized by distortion between two Injektor stresses even for the preferred case that the contact surfaces (preferably investment lines) for the injector different Have (inner) diameter. Due to the reduction of deflection, the material stress of the intermediate plate is minimized and optimizes the sealing conditions between the intermediate plate and the applicable injector bodies.
- the recesses (surface exposures) are arranged on the intermediate plate such that in each case a radial web (support region) is formed between each two circumferentially adjacent recesses.
- the circumferentially spaced, preferably evenly distributed, radial webs in total prevent excessive, unwanted bending, d. H. an unwanted pre-deformation of the intermediate plate in the clamped state.
- the edges are provided on both end faces recesses.
- the recesses of the two end faces are located at the same circumferential positions.
- each recess in the region of the first end face is associated with a recess in the region of the second end face.
- the recess centers of the recesses adjacent in the axial direction are preferably located directly above one another.
- Such an arrangement of the two-sided recesses ensures that the radial webs (support regions) formed between two circumferentially adjacent recesses are likewise arranged directly above one another, whereby the deflection tendency of the intermediate plate is further reduced.
- the recesses provided in the region of the second end wall facing the combustion chamber have a larger surface area than the recesses provided in the region of the first end side facing an accumulator.
- the intermediate plate preferably has at least one high-pressure bore. It is particularly advantageous that the at least one high-pressure bore obliquely, i. to be arranged at an angle to the longitudinal center axis of the intermediate plate. With regard to a symmetrical load, an embodiment in which a plurality, preferably nine, high-pressure bores distributed uniformly in the circumferential direction are provided is particularly preferred.
- the intermediate plate in which at least one throttle bore is provided in the intermediate plate.
- this at least one throttle bore connects two mutually separated by the intermediate plate pressure booster chambers together.
- Such a trained intermediate plate is particularly suitable for an injector with a directly via a piezoelectric actuator controlled, on or multi-part, nozzle needle, wherein between the piezoelectric actuator and the nozzle needle, a pressure booster is arranged.
- the throttle bore is arranged centrally, or at a radius which is smaller than the radius on which the at least one high-pressure bore is arranged.
- the invention also leads to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail fuel injector.
- a fuel injector according to the invention comprises at least one intermediate plate designed according to the concept of the invention, on whose front sides in each case an injector body, preferably in each case a high-pressure body, bears.
- the injector body against the intermediate plate in particular by means of a clamping sleeve (nozzle retaining nut), clamped to realize sufficient contact forces of the injector body on the intermediate plate and thus sufficient sealing conditions.
- the fuel injector is preferably a fuel injector with a piezoelectric actuator (piezoelectric actuator), which preferably acts directly on a nozzle needle of the fuel injector via a pressure booster.
- the intermediate plate preferably designed as a throttle plate, separates two pressure booster chambers of the pressure booster from one another and connects them via at least one throttle bore.
- the first injector body and / or the second injector body abut / bear against the associated end face or the associated contact surface of the intermediate plate, in each case with a biting edge.
- the sealing conditions can be further optimized.
- the biting edges have an inner biting edge angle of less than 90 °.
- the B sulfurkanten both injector bodies are not formed by the (flat) end face of a step, but by a frontal angular edge of preferably adjacent in the radial direction, conical grinding.
- the (inner) diameter of the two B biskanten and thus the diameter of the two contact surfaces are different in size.
- the diameter of the second biting edge, and thus of the second contact surface is smaller than the diameter of the first biting edge or first contact surface.
- the first (upper) injector body is formed as a spacer tube, radially within which a piezoelectric actuator is arranged.
- the piezoactuator preferably acts on a booster piston, which seals a pressure booster space adjoining the intermediate plate in the axial direction (upwards).
- a nozzle body is arranged on the second, remote from the spacer tube, end face of the intermediate plate, in which a nozzle needle is arranged axially adjustable.
- the nozzle needle or an operatively connected thereto, preferably integrally formed therewith, the booster piston defines a arranged on the second end face of the intermediate plate booster piston chamber in the axial direction (down).
- the nozzle needle is preferably directly controlled by the piezoelectric actuator.
- Fig. 1a is a detail of a designed as a common rail injector fuel injector 1 shown.
- the fuel injector 1 comprises a first injector body 2 designed as a spacer tube (first high-pressure body) and a second injector body 3 (second high-pressure body) designed as a nozzle body, and an intermediate plate 4 arranged axially between the injector bodies 2, 3 and designed as a throttle plate.
- the two injector bodies 2 , 3 are braced against the intermediate plate 4 by means of a nozzle lock nut 5, which is penetrated in the axial direction of the second injector body 3 and bolted to the first injector body 2.
- the first injector 2 limits a first high-pressure chamber 6 radially outward, which is connected via a high-pressure inlet, not shown, with a high-pressure fuel storage (also not shown) (rail).
- the high-pressure fuel storage is supplied via a high-pressure pump with fuel, wherein in the high-pressure fuel storage fuel at high pressure of more than 2000 bar is cached.
- the first high pressure chamber 6 is over several, uniformly distributed in the circumferential direction, provided in the intermediate plate 4, obliquely running high pressure bores 7 in hydraulic communication with a second, designed as a nozzle chamber high-pressure chamber. 8
- a piezoelectric actuator 9 Centrally within the first high pressure chamber 6 is a piezoelectric actuator 9, comprising a number of stacked piezoelectric crystals.
- the piezoelectric actuator 9 is operatively connected to a first booster piston 10, which seals a first pressure booster chamber 11 of a hydraulic pressure booster 12 in the axial direction upwards.
- Radially outside the first pressure booster chamber 11 is sealed by a first sleeve 13, which is supported on a first end face 14 of the intermediate plate 4.
- a first compression spring 15 acts on the first sleeve 13 in the axial direction on the first end face 14 with a spring force.
- a second pressure booster chamber 17 is radially disposed within the second high-pressure chamber 8, which is bounded radially outwardly by a second sleeve 18, which by means of a second compression spring 19th Federkraftbeetzschlagt against the second end face 16.
- the inner diameter of the second pressure booster chamber 17 is smaller than the inner diameter of the first pressure booster chamber 11.
- the two pressure booster chambers 11, 17 are connected via a parallel to the longitudinal center axis L of the injector 1, in Fig. 2 shown, throttle bore 20 hydraulically connected to each other.
- the second pressure booster chamber 17 is bounded in the axial direction by a second booster piston 21 which is shown in FIG Embodiment is integrally formed with a nozzle needle 22 which is arranged axially adjustable within the second high-pressure chamber 8.
- the second compression spring 19 is at the same time a closing spring, which is supported in the axial direction via a ring 23 on a shoulder of the nozzle needle 22 and this spring-loaded on a nozzle needle seat, not shown.
- the piezocrystals arranged in the form of a stack assume their output variable, ie the piezoactuator comprising a piezocrystal stack contracts when the current is removed. Since the first booster piston 10 is subjected to a force on an annular surface 24 by the compression spring 15, the first booster piston 10 moves in the vertical direction in the plane of the drawing when the energization of the piezoelectric actuator 9 is removed. Due to the associated pressure relief in the first pressure booster chamber 11 and the pressure in the second pressure booster chamber 17, which over the in Fig. 1 Not shown throttle bore 20 is hydraulically connected to the first pressure booster chamber 11.
- the acting on a front face 25 of the second booster piston 21 acting as a nozzle needle 22 decreases pressure and the nozzle needle 22 lifts from its nozzle needle seat, not shown, whereby fuel injected directly from the second high-pressure chamber 8 (nozzle chamber) via injection openings not shown in the combustion chamber of the internal combustion engine becomes.
- the piezoelectric actuator 9 is energized, causing the piezocrystal stack expands and As a result, the first booster piston 10 is adjusted in the direction of the intermediate plate 4. As a result, the pressure in the first pressure booster chamber 11 and thus in the second pressure booster chamber 17 increases, with the result that the nozzle needle 22 in the drawing plane is moved downwards onto the nozzle needle seat (not shown).
- the first injector body 2 is located with a first, end-side biting edge 26 on a first, linear, annular contoured contact surface 27 on the first end face 14 of the intermediate plate 4.
- An inner biting edge angle ⁇ 1 (angle between the two annular surfaces forming the biting edge) is less than 90 °.
- the first biting edge 26 is formed directly on the inner circumference of the first injector body 2. Radially outwardly, adjacent to the first biting edge 26, a conical, first biting surface 28 abuts.
- the inner diameter of the second biting edge 29 is less than the inner diameter of the first biting edge 26.
- the inner biting edge angle ⁇ 2 of the second biting edge 29 is less than 90 °. Radially outwardly to the second biting edge 29 bordering a concave second Anschliffs Chemistry 37.
- the inner B thoroughlykantenwinkel ⁇ 2 is clamped between the second Anschliffs Chemistry 37 and an inside bevel 33rd
- first biting edge 26 Radially outside the first biting edge 26 are located with radial distance to this more in the circumferential direction uniformly distributed first recesses 31 each having a depth extent of about 0.3mm in this embodiment.
- the first recesses 31 are open in the radial direction to the outside.
- second edge-side recesses 32 are arranged, wherein the areas of the second recesses 32 are larger than the areas of the first recesses 31.
- the second recesses 32 protrude further in the radial direction than the first recesses 31 in each case
- Recess 31 is associated with a second recess 32, wherein each first recess 31 each directly opposite a second recess 32.
- the depth extension of each second recesses 32 is about 0.3 mm in the embodiment shown.
- Fig. 2 is designed as a throttle plate intermediate plate 4 shown in two views.
- the upper half of the drawing shows a plan view of the (upper) first end face 14 and the lower half of the drawing a plan view of the (lower) second end face 16.
- the thickness extension (see. Fig. 1a ) of the intermediate plate 4 corresponds to a multiple of the depth extent of the first and second recesses 31, 32nd
- the first and second recesses 31, 32 are uniformly spaced in the circumferential direction.
- the angle ⁇ between two circumferentially adjacent recess centers 34 is 30 ° in the embodiment shown.
- the recess centers indicated by reference numeral 34 are common recess centers 34 of the first and second ones Recesses 31, 32.
- each first recess 31 directly opposite a second recess 32 axially, wherein the surface area of the second recesses 32 is greater than that of the first recesses 31.
- the second recesses 32 project in the radial direction up to a radius R. 1 , which is smaller than a radius R 3 , to which the first recesses 31 point in the radial direction.
- both the peripheral contour of the first recesses 31 and the peripheral contour of the second recesses 32 is at least approximately semicircular. Dashed lines show a possible, alternative, rectangular contouring using the example of a second cutout 32.
- a first radial web 35 (support region) is formed between two circumferentially adjacent first recesses 31, and a second radial web 36 (support region) is formed between in each case two circumferentially adjacent second recesses 32.
- the radial webs 35, 36 are arranged such that in each case a first radial web 35 and a second radial web 36 are opposite, so that between each two circumferentially adjacent recesses 31, 31 and 32, 32 a thicker, of a first and a second Radial web 35, 36 educated support area is formed.
- the support areas reduce the bending tendency of the intermediate plate. 4
- Fig. 2 corresponds to an outer radius R 2 of the second, planar end face 16 an outer radius R 4 of the first flat end side 14th
- a radius R 5 of the first, directly cooperating with the first biting edge 26, circular first contact surface 27 is greater than the radius R 0 of the second, directly cooperating with the second biting edge 29, circular second contact surface 30th
- the actual sealing area between the first injector body 2 and the intermediate plate 4 is arranged in the radial direction between the radius R 5 (first contact surface 27) and the radius R 4 (radial extent of the first recesses 31).
- the sealing area on the second end face 16 is viewed in the radial direction formed between the radius R 0 (second contact surface 30) and the radius R 1 (radial extent of the second recesses 32).
- the support region, formed in particular by the first radial webs 35 is arranged in the radial direction between the radius R 4 (outer radius of the intermediate plate 4) and the radius R 3 (radial extent of the first cutouts 31).
- the support region formed essentially by the second radial webs 36 is located between the radius R 2 (outer radius of the intermediate plate 4) and the radius R 1 (inner radial extent of the second cutouts 32).
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zwischenplatte (4) für einen Kraftstoffinjektor (1), mit einer eine erste Anlagefläche (27) für einen, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, ersten Injektorkörper (2) aufweisenden ersten Stirnseite (14) und mit einer eine zweite Anlagefläche (30) für einen, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, zweiten Injektorkörper (3) aufweisenden zweiten Stirnseite (16). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Randbereich der ersten Stirnseite (14) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete erste Aussparungen (31) und/oder im Randbereich der zweiten Stirnseite (16) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete zweite Aussparungen (32) vorgesehen sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Zwischenplatte für einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kraftstoffinjektor mit Zwischenplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
- Aus der
DE 101 15 214 A1 ist es bekannt, zum Herstellen einer hochdruckdichten Verbindung zwischen zwei Hochdruckkörpern eines Kraftstoffinjektors eine als Metallfolie ausgebildete Dichtfolie vorzusehen, die axial zwischen den Hochdruckkörpern angeordnet ist. Nachteilig bei der bekannten hochdruckdichten Verbindung ist die aufwendige Montage aufgrund des Vorsehens der zusätzlichen Dichtfolie. - Aus der
DE 20 2006 002 663 U1 ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, der eine als Drosselplatte ausgebildete Zwischenplatte aufweist, an deren Stirnseiten jeweils ein Hochdruckkörper unmittelbar dichtend anliegt. Dabei ist mindestens ein Hochdruckkörper mit einer stirnseitigen Beißkante versehen, mit der er unmittelbar an der Zwischenplatte zum Herstellen einer hochdruckdichten Verbindung anliegt. Nachteilig bei dem bekannten Injektor ist es, dass sich die Zwischenplatte aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Anlageflächen für die Hochdruckkörper im verspannten Zustand durchbiegt. Dies kann zu Undichtigkeiten führen. - Offenbarung der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Injektorplatte vorzuschlagen, bei der Durchbiegungseffekte im verspannten Zustand minimiert sind. Insbesondere sollen mit Hilfe der Zwischenplatte optimierte hochdruckdichte Verbindungen zu Injektorkörpern herstellbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Kraftstoffinjektor mit optimierten Dichtverhältnissen im Bereich der Zwischenplatte vorzuschlagen.
- Hinsichtlich der Zwischenplatte wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftstoffinjektors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder Figuren offenbarten Merkmalen.
- Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, im Randbereich zumindest einer der beiden Stirnseiten der Zwischenplatte mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Aussparungen vorzusehen. Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Zwischenplatte, bei der im Randbereich beider Stirnseiten jeweils mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Aussparungen vorgesehen sind. Bei Aussparungen im Sinne der Erfindung handelt es sich bevorzugt um in radialer Richtung nach außen offene Flächenfreilegungen, vorzugsweise mit einer Tiefenerstreckung von etwa 0,1mm bis 3mm, vorzugsweise von 0,1mm bis 2mm, besonders bevorzugt von 0,1mm bis 1mm, besonders bevorzugt von 0,1mm bis 0,5mm, ganz besonders bevorzugt von etwa 0,3mm. Die Aussparungen (Flächenfreilegungen) reduzieren die Gesamtfläche der dazugehörigen Stirnseite und erhöhen dadurch die mittlere, globale Flächenpressung, wodurch optimierte Dichtverhältnisse erhalten werden. Dabei sind die Aussparungen zum Herstellen einer dichten Verbindung mit Vorteil radial außerhalb der ersten bzw. zweiten Anlagefläche für die stirnseitig an der Zwischenplatte anlegbaren Injektorkörper angeordnet. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Bodenflächen der Aussparungen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zur benachbarten, vorzugsweise ebenen, Stirnseite verläuft. Bei einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Zwischenplatte mit zumindest auf einer Stirnseite angeordneten, randseitigen Aussparungen (Flächenfreilegungen), wird eine Durchbiegung der Zwischenplatte durch Verspannen zwischen zwei Injektorkörpern selbst für den bevorzugten Fall minimiert, dass die Anlageflächen (bevorzugt Anlagelinien) für die Injektorkörper unterschiedliche (Innen-)Durchmesser aufweisen. Aufgrund der Reduzierung der Durchbiegung wird die Materialbeanspruchung der Zwischenplatte minimiert und die Dichtverhältnisse zwischen der Zwischenplatte und den an ihr anlegbaren Injektorkörpern optimiert.
- Durch den im Betrieb des Injektors wirkenden hydraulischen Druck wirken auf die Zwischenplatte bei einem angenommenen Raildruck von 2000 bar und einem Durchmesser der Zwischenplatte von etwa 8,5mm, Axialkräfte im Bereich von etwa 11kN. Eine unvermeidbare Durchbiegung der Zwischenplatte während des Betriebs des Injektors durch den auf die Zwischenplatte wirkenden Kraftstoffdruck wirkt sich bei einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Zwischenplatte aufgrund der geringen, einspannungsbedingten Vorverformung weniger nachteilig auf die Dichtverhältnisse aus.
- Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform der Zwischenplatte, bei der die Stirnseiten, abgesehen von den randseitigen Aussparungen, eben ausgebildet sind, wobei die beiden Stirnseiten mit Vorteil parallel zueinander verlaufen.
- In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Aussparungen (Flächenfreilegungen) an der Zwischenplatte derart angeordnet sind, dass zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungen jeweils ein Radialsteg (Stützbereich) gebildet ist. Die in Umfangsrichtung beabstandeten, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordneten, Radialstege verhindern in Summe ein übermäßiges, ungewolltes Durchbiegen, d. h. eine ungewollte Vorverformung der Zwischenplatte im verspannten Zustand.
- Besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf eine Durchbiegungsminimierung werden erreicht, wenn die in radialer Richtung offenen Aussparungen teilkreisförmig, vorzugsweise halbkreisförmig oder rechteckig konturiert sind.
- Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der randseitig an beiden Stirnseiten Aussparungen vorgesehen sind. Bevorzugt befinden sich die Aussparungen der beiden Stirnseiten an denselben Umfangspositionen. Anders ausgedrückt, ist jeder Aussparung im Bereich der ersten Stirnseite eine Aussparung im Bereich der zweiten Stirnseite zugeordnet. Bevorzugt befinden sich die Aussparungsmitten der in axialer Richtung benachbarten Aussparungen unmittelbar übereinander. Durch eine derartige Anordnung der beidseitigen Aussparungen wird erreicht, dass die zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungen ausgebildeten Radialstege (Stützbereiche) ebenfalls unmittelbar übereinander angeordnet sind, wodurch die Durchbiegeneigung der Zwischenplatte weiter reduziert wird. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die im Bereich der zweiten, dem Brennraum zugewandten, Stirnseite vorgesehenen Aussparungen einen größeren Flächeninhalt aufweisen als die im Bereich der ersten einem Akkumulator zugewandten Stirnseite vorgesehenen Aussparungen.
- Um einen Kraftstoffaustausch zwischen zwei durch die Zwischenplatte voneinander getrennten Hochdruckräumen des Injektors zu ermöglichen, weist die Zwischenplatte bevorzugt mindestens eine Hochdruckbohrung auf. Besonders vorteilhaft ist es, die mindestens eine Hochdruckbohrung schräg, d.h. unter einem Winkel zur Längsmittelachse der Zwischenplatte anzuordnen. Besonders bevorzugt ist im Hinblick auf eine symmetrische Belastung eine Ausführungsform, bei der mehrere, vorzugsweise neun, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Hochdruckbohrungen vorgesehen sind.
- Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform der Zwischenplatte, bei der in der Zwischenplatte mindestens eine Drosselbohrung vorgesehen ist. Bevorzugt verbindet diese mindestens eine Drosselbohrung zwei durch die Zwischenplatte voneinander getrennte Druckübersetzerräume miteinander. Eine derartig ausgebildete Zwischenplatte eignet sich insbesondere für einen Injektor mit einer direkt über einen Piezoaktor angesteuerten, ein- oder mehrteiligen, Düsennadel, wobei zwischen dem Piezoaktor und der Düsennadel ein Druckübersetzer angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Drosselbohrung zentrisch angeordnet ist, oder aber auf einem Radius, der kleiner ist als der Radius, auf dem die mindestens eine Hochdruckbohrung angeordnet ist.
- Die Erfindung führt auch auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor. Ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor umfasst mindestens eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Zwischenplatte, an deren Stirnseiten jeweils ein Injektorkörper, vorzugsweise jeweils ein Hochdruckkörper, anliegt. Bevorzugt sind die Injektorkörper gegen die Zwischenplatte, insbesondere mittels einer Spannhülse (Düsenspannmutter), verspannt, um ausreichende Anlagekräfte der Injektorkörper an der Zwischenplatte und damit ausreichende Dichtverhältnisse zu realisieren.
- Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftstoffinjektor um einen Kraftstoffinjektor mit einem piezoelektrischen Aktuator (Piezoaktor), welcher bevorzugt über einen Druckübersetzer unmittelbar auf eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors wirkt. Besonders bevorzugt trennt dabei die, vorzugsweise als Drosselplatte ausgebildete, Zwischenplatte zwei Druckübersetzerräume des Druckübersetzers voneinander und verbindet diese über mindestens eine Drosselbohrung. Durch das Vorsehen einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Zwischenplatte werden die Dichtverhältnisse des Kraftstoffinjektors im Bereich der Anlage der Injektorkörper an der Zwischenplatte verbessert, insbesondere deshalb, weil zum einen die Durchbiegung der Zwischenplatte durch das Vorsehen der randseitigen Aussparungen minimiert und zum anderen die globale Flächenpressung aufgrund der Aussparungen (Flächenfreilegungen) erhöht wird.
- In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der erste Injektorkörper und/oder der zweite Injektorkörper mit jeweils einer Beißkante an der zugehörigen Stirnseite bzw. der zugehörigen Anlagefläche der Zwischenplatte anliegen/anliegt. Hierdurch können die Dichtverhältnisse weiter optimiert werden. Besonders bevorzugt weisen die Beißkanten einen inneren Beißkantenwinkel von weniger als 90° auf. Besonders bevorzug ist eine Ausführungsform, bei der die Beißkanten beider Injektorkörper jeweils nicht von der (ebenen) Stirnseite einer Stufe gebildet sind, sondern von einer stirnseitigen Winkelkante von bevorzugt in radialer Richtung benachbarten, konischen Anschliffen.
- In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die (Innen-)Durchmesser der beiden Beißkanten und somit die Durchmesser der beiden Anlageflächen unterschiedlich groß sind. Bevorzugt ist dabei der Durchmesser der zweiten Beißkante, und damit der zweiten Anlagefläche, kleiner als der Durchmesser der ersten Beißkante bzw. ersten Anlagefläche. Selbst bei einer derartigen, bevorzugten Ausführungsform mit unterschiedlich dimensionierten Anlageflächendurchmessern ist die Durchbiegung der Zwischenplatte aufgrund des Vorsehens der randseitigen Aussparungen minimiert.
- Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der erste (obere) Injektorkörper als Distanzrohr ausgebildet ist, radial innerhalb dessen ein Piezoaktor angeordnet ist.
- Bevorzugt wirkt der Piezoaktor dabei auf einen Übersetzerkolben, der einen an die Zwischenplatte angrenzenden Druckübersetzerraum in axialer Richtung (nach oben) abdichtet. Bevorzugt ist an der zweiten, dem Distanzrohr abgewandten, Stirnseite der Zwischenplatte ein Düsenkörper angeordnet, in dem eine Düsennadel axial verstellbar angeordnet ist. Bevorzugt begrenzt die Düsennadel oder ein mit dieser wirkverbundener, vorzugsweise einstückig mit dieser ausgebildeter, Übersetzerkolben einen auf der zweiten Stirnseite der Zwischenplatte angeordneten Übersetzerkolbenraum in axialer Richtung (nach unten). Bei dem beschriebenen Kraftstoffinjektor ist die Düsennadel vorzugsweise von dem Piezoaktor direkt gesteuert.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
- Fig. 1a:
- eine unvollständige Darstellung eines Injektors mit Zwischenplatte,
- Fig. 1b:
- eine vergrößerte Darstellung einer ersten Beißkante, mit der ein erster Injektorkörper an einer ersten Anlagefläche der Zwischenplatte anliegt,
- Fig. 1c:
- eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Beißkante, mit der ein zweiter Injektorkörper an einer zweiten Anlagefläche der Zwischenplatte anliegt und
- Fig. 2:
- eine Darstellung der Zwischenplatte, die eine hälftige Draufsicht auf die erste Stirnseite sowie eine hälftige Draufsicht auf die zweite Stirnseite zeigt.
- In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- In
Fig. 1a ist ausschnittsweise ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoffinjektor 1 gezeigt. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen als Distanzrohr ausgebildeten ersten Injektorkörper 2 (erster Hochdruckkörper) sowie einen zweiten, als Düsenkörper ausgebildeten zweiten Injektorkörper 3 (zweiter Hochdruckkörper) sowie eine axial zwischen den Injektorkörpern 2, 3 angeordnete, als Drosselplatte ausgebildete Zwischenplatte 4. Die beiden Injektorkörper 2, 3 sind mit Hilfe einer Düsenspannmutter 5, die in axialer Richtung von dem zweiten Injektorkörper 3 durchsetzt und mit dem ersten Injektorkörper 2 verschraubt ist, gegen die Zwischenplatte 4 verspannt. - Der erste Injektorkörper 2 begrenzt einen ersten Hochdruckraum 6 radial außen, der über einen nicht gezeigten Hochdruckzulauf mit einem ebenfalls nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail) verbunden ist. Der Kraftstoffhochdruckspeicher wird über eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt, wobei in dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher Kraftstoff unter hohem Druck von über 2000 bar zwischengespeichert ist. Der erste Hochdruckraum 6 steht über mehrere, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, in der Zwischenplatte 4 vorgesehene, schräg verlaufende Hochdruckbohrungen 7 in hydraulischer Verbindung mit einem zweiten, als Düsenraum ausgebildeten Hochdruckraum 8.
- Zentrisch innerhalb des ersten Hochdruckraums 6 befindet sich ein Piezoaktor 9, umfassend eine Anzahl von in Stapelform angeordneten Piezokristallen. Der Piezoaktor 9 ist mit einem ersten Übersetzerkolben 10 wirkverbunden, der einen ersten Druckübersetzerraum 11 eines hydraulischen Druckübersetzers 12 in axialer Richtung nach oben abdichtet. Radial außen wird der erste Druckübersetzerraum 11 von einer ersten Hülse 13 abgedichtet, die sich an einer ersten Stirnseite 14 der Zwischenplatte 4 abstützt. Eine erste Druckfeder 15 beaufschlagt die erste Hülse 13 dabei in axialer Richtung auf die erste Stirnseite 14 mit einer Federkraft.
- Auf einer von der ersten Stirnseite 14 abgewandten, zweiten, zu der ersten Stirnseite 14 parallelen Stirnseite 16, ist radial innerhalb des zweiten Hochdruckraums 8 ein zweiter Druckübersetzerraum 17 angeordnet, der radial außen von einer zweiten Hülse 18 begrenzt wird, welche mittels einer zweiten Druckfeder 19 gegen die zweite Stirnseite 16 federkraftbeaufschlagt ist. Der Innendurchmesser des zweiten Druckübersetzerraums 17 ist dabei kleiner als der Innendurchmesser des ersten Druckübersetzerraums 11. Die beiden Druckübersetzerräume 11, 17 sind über eine parallel zur Längsmittelachse L des Injektors 1 verlaufende, in
Fig. 2 gezeigte, Drosselbohrung 20 hydraulisch miteinander verbunden. Der zweite Druckübersetzerraum 17 wird in axialer Richtung begrenzt von einem zweiten Übersetzerkolben 21, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Düsennadel 22 ausgebildet ist, die axial verstellbar innerhalb des zweiten Hochdruckraums 8 angeordnet ist. - Die zweite Druckfeder 19 ist gleichzeitig eine Schließfeder, die sich in axialer Richtung über einen Ring 23 an einer Schulter der Düsennadel 22 abstützt und diese auf einen nicht gezeigten Düsennadelsitz federkraftbeaufschlagt.
- Sobald die Bestromung des Piezoaktors 9 unterbrochen wird, nehmen die in Stapelform angeordneten Piezokristalle ihre Ausgangsgröße an, d.h. der einen Piezokristallstapel umfassende Piezoaktor zieht sich bei Aufhebung der Bestromung zusammen. Da der erste Übersetzerkolben 10 an einer Ringfläche 24 durch die Druckfeder 15 kraftbeaufschlagt ist, fährt der erste Übersetzerkolben 10 bei Aufhebung der Bestromung des Piezoaktors 9 in vertikaler Richtung in der Zeichnungsebene nach oben. Aufgrund der damit verbundenen Druckentlastung im ersten Druckübersetzerraum 11 sinkt auch der Druck im zweiten Druckübersetzerraum 17, welcher über die in
Fig. 1 nicht gezeigte Drosselbohrung 20 mit dem ersten Druckübersetzerraum 11 hydraulisch verbunden ist. Der auf eine Stirnfläche 25 der als zweiter Übersetzerkolben 21 fungierenden Düsennadel 22 wirkende Druck nimmt ab und die Düsennadel 22 hebt von ihrem nicht gezeigten Düsennadelsitz ab, wodurch Kraftstoff unmittelbar aus dem zweiten Hochdruckraum 8 (Düsenraum) über nicht gezeigte Einspritzöffnungen in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. - Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor 9 bestromt, wodurch sich der Piezokristallstapel ausdehnt und in der Folge der erste Übersetzerkolben 10 in Richtung Zwischenplatte 4 verstellt wird. Hierdurch steigt der Druck im ersten Druckübersetzerraum 11 und damit im zweiten Druckübersetzerraum 17, mit der Folge, dass die Düsennadel 22 in der Zeichnungsebene nach unten auf den nicht gezeigten Düsennadelsitz bewegt wird.
- Wie insbesondere aus
Fig. 1b ersichtlich ist, liegt der erste Injektorkörper 2 mit einer ersten, stirnseitigen Beißkante 26 an einer ersten, linienförmigen, kreisringförmig konturierten, Anlagefläche 27 auf der ersten Stirnseite 14 der Zwischenplatte 4 an. Ein innerer Beißkantenwinkel α1 (Winkel zwischen den beiden die Beißkante bildenden Ringflächen) ist dabei kleiner als 90°. Die erste Beißkante 26 ist unmittelbar am Innenumfang des ersten Injektorkörpers 2 ausgebildet. Radial außen grenzt an die erste Beißkante 26 eine konische, erste Anschliffsfläche 28 an. - Der zweite Injektorkörper 3 mit einer zweiten Beißkante 29 an einer kreisringförmig konturierten, linienförmigen zweiten Anlagefläche 30 auf der zweiten Stirnseite 16 der Zwischenplatte 4 an. Der Innendurchmesser der zweiten Beißkante 29 ist geringer als der Innendurchmesser der ersten Beißkante 26. Der innere Beißkantenwinkel α2 der zweiten Beißkante 29 ist kleiner als 90°. Radial außen an die zweite Beißkante 29 grenzt eine konkave, zweite Anschliffsfläche 37. Der innere Beißkantenwinkel α2 ist dabei zwischen der zweiten Anschliffsfläche 37 und einem Innenanschliff 33 aufgespannt.
- Radial außerhalb der ersten Beißkante 26 befinden sich mit Radialabstand zu dieser mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete erste Aussparungen 31 mit jeweils einer Tiefenerstreckung von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3mm. Die ersten Aussparungen 31 sind in radialer Richtung nach außen offen.
- In der zweiten Stirnseite 16 sind zweite, randseitige Aussparungen 32 angeordnet, wobei die Flächeninhalte der zweiten Aussparungen 32 größer sind als die Flächeninhalte der ersten Aussparungen 31. Insbesondere ragen die zweiten Aussparungen 32 in radialer Richtung weiter nach innen als die ersten Aussparungen 31. Jeder ersten Aussparung 31 ist eine zweite Aussparung 32 zugeordnet, wobei jeder ersten Aussparung 31 jeweils unmittelbar eine zweite Aussparung 32 gegenüberliegt. Auch die Tiefenerstreckung jeder zweiten Aussparungen 32 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 0,3mm.
- In
Fig. 2 ist die als Drosselplatte ausgebildete Zwischenplatte 4 in zwei Ansichten dargestellt. Dabei zeigt die obere Zeichnungshälfte eine Draufsicht auf die (obere) erste Stirnseite 14 und die untere Zeichnungshälfte eine Draufsicht auf die (untere) zweite Stirnseite 16. Die Dickenerstreckung (vgl.Fig. 1a ) der Zwischenplatte 4 entspricht einem Vielfachen der Tiefenerstreckung der ersten und zweiten Aussparungen 31, 32. - Wie aus
Fig. 2 zu erkennen ist, sind die ersten sowie die zweiten Aussparungen 31, 32 gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandet. Der Winkel Δϕ zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungsmitten 34 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 30°. Bei den mit den Bezugszeichen 34 angezogenen Aussparungsmitten handelt es sich um gemeinsame Aussparungsmitten 34 von den ersten und den zweiten Aussparungen 31, 32. Anders ausgedrückt, liegt jeder ersten Aussparung 31 unmittelbar eine zweite Aussparung 32 axial gegenüber, wobei der Flächeninhalt der zweiten Aussparungen 32 größer ist als der der ersten Aussparungen 31. Die zweiten Aussparungen 32 ragen in radialer Richtung bis zu einem Radius R1, der kleiner ist als ein Radius R3, bis zu dem die ersten Aussparungen 31 in radialer Richtung weisen. Wie ausFig. 2 hervorgeht, ist sowohl die Umfangskontur der ersten Aussparungen 31 als auch die Umfangskontur der zweiten Aussparungen 32 zumindest näherungsweise halbkreisförmig. Strichliert ist eine mögliche, alternative, rechteckige Konturierung am Beispiel einer zweiten Aussparung 32 gezeigt. - Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten ersten Aussparungen 31 ist jeweils ein erster Radialsteg 35 (Stützbereich) und zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Aussparungen 32 jeweils ein zweiter Radialsteg 36 (Stützbereich) ausgebildet. Dabei sind die Radialstege 35, 36 derart angeordnet, dass sich jeweils ein erster Radialsteg 35 und ein zweiter Radialsteg 36 gegenüberliegen, so dass zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungen 31, 31 bzw. 32, 32 ein dicker, von einem ersten und einem zweiten Radialsteg 35, 36 gebildeter Stützbereich gebildet ist. Die Stützbereiche reduzieren dabei die Durchbiegeneigung der Zwischenplatte 4.
- Wie aus
Fig. 2 zu erkennen ist, entspricht ein äußerer Radius R2 der zweiten, ebenen Stirnseite 16 einem äußeren Radius R4 der ersten ebenen Stirnseite 14. - Wie sich weiterhin aus
Fig. 2 ergibt, ist ein Radius R5 der ersten, unmittelbar mit der ersten Beißkante 26 zusammenwirkenden, kreislinienförmigen ersten Anlagefläche 27 größer als der Radius R0 der zweiten, unmittelbar mit der zweiten Beißkante 29 zusammenwirkenden, kreislinienförmigen zweiten Anlagefläche 30. - Auf der ersten Stirnseite 14 ist der eigentliche Dichtbereich zwischen dem ersten Injektorkörper 2 und der Zwischenplatte 4 in radialer Richtung betrachtet angeordnet zwischen dem Radius R5 (erste Anlagefläche 27) und dem Radius R4 (Radialerstreckung der ersten Aussparungen 31). Analog ist der Dichtbereich auf der zweiten Stirnseite 16 in radialer Richtung betrachtet ausgebildet zwischen dem Radius R0 (zweite Anlagefläche 30) und dem Radius R1 (Radialerstreckung der zweiten Aussparungen 32). Auf der ersten Stirnseite 14 ist der, insbesondere von den ersten Radialstegen 35 gebildete, Stützbereich in radialer Richtung betrachtet zwischen dem Radius R4 (Außenradius der Zwischenplatte 4) und dem Radius R3 (Radialerstreckung der ersten Aussparungen 31) angeordnet. Analog befindet sich der im Wesentlichen von den zweiten Radialstegen 36 gebildete Stützbereich zwischen dem Radius R2 (Außenradius der Zwischenplatte 4) und dem Radius R1 (innere Radialerstreckung der zweiten Aussparungen 32).
- Wie sich weiterhin aus
Fig. 2 ergibt, sind in der Zwischenplatte 4 neun gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, winklig zur Längsmittelachse L verlaufende, auf einer gedachten Kegelmantelfläche angeordnete Hochdruckbohrungen 7 vorgesehen. Die Hochdruckbohrungen 7 münden auf der ersten Stirnseite 14 in einem Bereich radial innerhalb der ersten Anlagefläche 27 und auf der zweiten Stirnseite 16 in einem Bereich radial innerhalb der zweiten Anlagefläche 30 aus. Radial innerhalb der Hochdruckbohrungen 7 ist die parallel zur Längsmittelachse L verlaufende Drosselbohrung 20 angeordnet, die die beiden Druckübersetzerräume 11, 17 miteinander verbindet.
Claims (12)
- Zwischenplatte für einen Kraftstoffinjektor (1), mit einer, eine erste Anlagefläche (27) für einen, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, ersten Injektorkörper (2) aufweisenden, ersten Stirnseite (14) und mit einer, eine zweite Anlagefläche (30) für einen, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, zweiten Injektorkörper (3) aufweisenden, zweiten Stirnseite (16),
dadurch gekennzeichnet,
dass im Randbereich der ersten Stirnseite (14) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete erste Aussparungen (31) und/oder im Randbereich der zweiten Stirnseite (16) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete zweite Aussparungen (32) vorgesehen sind. - Zwischenplatte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Aussparungen (31) ein erster Radialsteg (35) ausgebildet ist und/oder dass zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten Aussparungen (32) ein zweiter Radialsteg (36) ausgebildet ist. - Zwischenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einige, vorzugsweise sämtliche, erste und/oder die zweite Aussparungen (31, 32) teilkreisförmig, vorzugsweise halbkreisförmig, oder rechteckig konturiert sind. - Zwischenplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Aussparungen (31) an denselben Umfangspositionen angeordnet sind, wie die zweiten Aussparungen (32). - Zwischenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser der ersten Stirnseite (14), zumindest näherungsweise, vorzugsweise exakt, dem Durchmesser der zweiten Stirnseite (16) entspricht. - Zwischenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Zwischenplatte (4) mindestens eine die beiden Stirnseiten (14, 16) miteinander verbindende Hochdruckbohrung (7), vorzugsweise mehrere, insbesondere gleichmäßig, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Hochdruckbohrungen (7), vorgesehen ist/sind. - Zwischenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Zwischenplatte (4) mindestens eine die beiden Stirnseiten (14, 16) miteinander verbindende Drosselbohrung (20) vorgesehen ist, vorzugsweise auf einem kleineren Radius als die mindestens eine Hochdruckbohrung (7). - Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, ersten Injektorkörper (2) und mit mindestens einem, insbesondere als Hochdruckkörper ausgebildeten, zweiten Injektorkörper (3), wobei der erste Injektorkörper (2) an einer, an einer ersten Stirnseite (14) einer Zwischenplatte (4) ausgebildeten, ersten Anlagefläche (27) und der zweite Injektorkörper (3) an einer, an einer zweiten Stirnseite (16) der Zwischenplatte (4) ausgebildeten, zweiten Anlagefläche (30) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenplatte (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Injektorkörper (2) mit einer ersten Beißkante (26) an der ersten Stirnseite (14) der Zwischenplatte (4) und der zweite Injektorkörper (3) mit einer zweiten Beißkante (29) an der zweiten Stirnseite (16) der Zwischenplatte (4) anliegt. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der innere Beißkantenwinkel (α1) der ersten Beißkante (26) und/oder der innere Beißkantenwinkel (α2) der zweiten Beißkante (29) kleiner als 90° sind/ist. - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser der ersten Beißkante (26) größer ist als der Durchmesser der zweiten Beißkante (29). - Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Injektorkörper (2) ein Distanzrohr mit einem darin angeordneten Piezoaktor (9) und der zweite Injektorkörper (3) ein Düsenkörper mit darin angeordneter Düsennadel (22) ist.
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