EP2156045A1 - Injektor - Google Patents

Injektor

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EP2156045A1
EP2156045A1 EP08736615A EP08736615A EP2156045A1 EP 2156045 A1 EP2156045 A1 EP 2156045A1 EP 08736615 A EP08736615 A EP 08736615A EP 08736615 A EP08736615 A EP 08736615A EP 2156045 A1 EP2156045 A1 EP 2156045A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
guide element
valve piece
injector
sleeve
Prior art date
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Granted
Application number
EP08736615A
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English (en)
French (fr)
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EP2156045B1 (de
Inventor
Bernd Streicher
Ralf Nussbaumer
Rudolf Heinz
Michael Mennicken
Holger Rapp
Wolfgang Stoecklein
Christian Faltin
Nadja Eisenmenger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2156045A1 publication Critical patent/EP2156045A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2156045B1 publication Critical patent/EP2156045B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0071—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector according to the preamble of claim 1.
  • EP 1 612 403 A1 describes a common-rail injector with a control valve (servo-valve) pressure-balanced in the axial direction for blocking and opening a fuel outflow channel from a control chamber.
  • the control valve By means of the control valve, the fuel pressure can be influenced within the control chamber, wherein the control chamber is permanently supplied via an inlet throttle with fuel under high pressure.
  • a valve element By varying the fuel pressure within the control chamber, a valve element is moved between an open position and a closed position, the valve element releasing the fuel flow into the combustion chamber of an internal combustion engine in its open position.
  • the control valve comprises an adjustable in the axial direction by means of an electromagnetic actuator valve sleeve which is guided on an integrally formed with a valve piece guide pin.
  • the valve sleeve defines a valve chamber of the control valve formed by a reduced diameter portion of the guide pin only radially outward, so that no opening or closing forces of the high pressure Fuel within the valve chamber acting on the valve sleeve. Due to this characteristic, the control valve is suitable for switching very high pressures. Since the high-pressure fuel through the vertical drain channel and lateral, the drain channel intersecting transverse bores in the valve piece must flow into the valve chamber, the miniaturization of such control valves are limited. For fuel pressures above 2000 bar only comparatively large valve seat diameter can be realized for reasons of strength, otherwise there is a risk of breakage of the valve piece in the area of the existing bore intersections.
  • valve sleeve encloses a separate from the valve piece pressure pin, which only has the task to seal the valve located within the valve sleeve valve chamber in the axial direction upwards.
  • the separation of the valve piece and pressure pin eliminates the need to produce complicated Bohrungsverschneidungen in the valve piece and it accounts thus in particular the high tensile stresses loaded areas of the previous valve piece.
  • the valve seat diameter can be made significantly smaller than is the case with the prior art known from EP 1 612 403 A1.
  • the disadvantage is that for the valve sleeve a guide must be provided on its outer circumference in the valve piece.
  • valve piece is complicated by the outer, extending in the axial direction, circumferentially closed guide.
  • valve sleeve seat is no longer free on the surface of the Valve piece, but is sunk in the axial direction in the guide of the valve sleeve, so that it must be processed with a filigree grinding pin.
  • a coating of the valve sleeve seat should be provided, this is very difficult to access for the coating process, which complicates the coating.
  • located at the bottom of the guide valve sleeve seat for manufacturing reasons, only as a flat seat or concave conical seat, but not be designed as a convex conical seat.
  • the invention is therefore based on the object to propose an injector with an axially adjustable valve sleeve having control valve, which on the one hand is easy to manufacture and on the other hand, strength problems are avoided.
  • inventions also fall all combinations of at least two of the features specified in the description, the claims and / or the figures. For specified value ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and be used as desired.
  • the invention is based on the idea to guide the valve sleeve with its outer diameter axially displaceable in a guide element, which is formed as a separate component from the valve member, but fixed to this.
  • This embodiment has the advantage that the guide element can be set only after production of the valve seat for the valve sleeve on the valve piece, whereby the valve seat in the usual way can be produced, since the valve piece, in particular the valve seat (from above) is freely accessible. It is also possible to form the valve seat in any, in particular also convex conical seat shape.
  • the guide element is easier to produce, as a grinding on the inner circumference guide bore for guiding the valve sleeve. Due to the provision of a separate, subsequently fixable on the valve member guide member for guiding the valve sleeve at its outer periphery can be dispensed with a guide of the valve sleeve by means of a guide pin on its inner circumference. This in turn means that it is possible to dispense with the necessary for a guidance of the valve sleeve on its inner circumference Bohrungsverschneidungen for discharging fuel, whereby the strength of the valve member is substantially improved.
  • the guide element is designed as, in particular cylindrical, sleeve whose inner diameter corresponds at least in sections to the outer diameter of the valve sleeve plus a (minimum) guide clearance.
  • a pressure pin is advantageously provided, which is pressurized in the axial direction upwards by the fuel flowing out of the control chamber.
  • the outer diameter of the pressure pin corresponds to the inner diameter of the valve sleeve minus a minimum clearance.
  • the pressure pin is supported in the axial direction upward on an injector component, in particular a holding body of an electromagnet arrangement. It is conceivable that the pressure pin, which preferably has no guiding function, is spring-loaded in the axial direction by means of a spring which is supported on the valve piece in the direction of the electromagnet arrangement.
  • the guide element is fixed to the valve piece by means of a press fit.
  • This embodiment is advantageously without additional fasteners.
  • This type of attachment is particularly suitable for a sleeve-shaped (tubular) formed guide element, which is pressed in the axial direction on the valve piece. It is advantageous if the guide element is elastically deformable in the radial direction, at least in the region of the press fit, in order to improve the clamping effect.
  • the guide element is fixed to a, in particular slightly conical portion of the valve piece.
  • the cone angle of a corresponding inner cone of the guide element before its attachment to the conical portion in particular slightly smaller than the cone angle of the conical portion of the valve piece.
  • the press fit as a so-called Morsekegelpassung, as it is known, for example, for the determination of tools on shafts, formed.
  • the cone angle (angle between the axis of symmetry of the conical section and the oblique lateral surface of the conical section) of the conical section of the valve piece is small, in particular very small, preferably the cone angle is less than approximately
  • the cone angle of the conical section lies in one
  • Angle angle between the axis of symmetry of the inner cone and the oblique inner surface of the inner cone
  • Inner cone of the guide element with advantage about 0.1 ° to about 1.5 °, preferably by about 0.25 ° to about 0.75 ° smaller than the cone angle of the conical portion of the
  • valve seat is arranged on the valve piece directly adjacent to the conical portion of the valve piece on which the guide element is fixed.
  • Valve seat designed as a convex conical seat, wherein the
  • Angle of the conical surface is substantially flatter than the angle of the conical section for fixing the
  • valve piece As
  • the guide element rests with a continuous contact surface on the valve piece, in particular on the conical portion of the valve piece.
  • the contact surface in particular annularly interrupted, preferably by an exemption, so a non-contacting area on the guide element and / or on the valve piece.
  • two, in particular annular, in the axial direction by the clearance spaced contact areas between the guide member and the valve piece are formed, whereby the clamping action can be improved.
  • an outflow channel has to be provided from the fuel volume within the valve sleeve.
  • the transverse bore does not necessarily extend orthogonally to the longitudinal center axis of the valve sleeve, but may also be arranged obliquely.
  • valve sleeve on its outer circumference and / or the guide element on its inner periphery with at least one mecanicnanschliff to form an axial outflow channel.
  • Fig. 1 a highly schematic partial view of a
  • Fig. 2 an alternative embodiment of an injector in a likewise highly schematic partial view.
  • a section of a trained as a common rail injector injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine is shown very schematically.
  • Fig. 1 is intended to explain only the operation of the injector, wherein the size ratios shown do not correspond to the real size ratios.
  • the injector 1 comprises a single-part or multi-part valve element 2 which is shown only in sections and which is adjustable between an open position and a closed position. In its open position (adjusted upward in the plane of the drawing), the valve element 2 releases the fuel flow from a pressure chamber 3 through a nozzle hole arrangement, not shown, into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • valve element 2 delimits a control chamber 5.
  • the latter is arranged radially inside a sleeve-shaped section of a valve piece 6 projecting into the pressure space 3.
  • control chamber 5 opens a introduced into the sleeve-shaped portion of the valve piece 6 inlet throttle 7, via which the control chamber 5 is supplied with fuel from the pressure chamber 3.
  • the pressure chamber 3 is in turn supplied by a fuel supply line 8 under high pressure fuel from a high-pressure fuel storage 9 (Rail).
  • This is powered by a, in particular designed as a radial piston pump high-pressure pump 10 with fuel from a low-pressure reservoir 11.
  • a radial piston pump high-pressure pump 10 with fuel from a low-pressure reservoir 11.
  • valve piece 6 From the control chamber 5 opens an inserted in the axial direction in the valve piece 6 drain channel 14. This is provided with an outlet throttle 15, or designed as such.
  • the drainage channel 14 spreads in his in the plane of the drawing upper portion and terminates in a valve chamber 16, which is bounded radially outwardly by the valve piece 6 and by an axially adjacent thereto valve sleeve 17 of a control valve 18 (servo valve).
  • the valve chamber 16 of the control valve 18 In the axial upward direction, the valve chamber 16 of the control valve 18 is delimited by an axially displaceably mounted pressure pin 19, which is pressed by befindlichem within the valve chamber 16 fuel in the axial direction in the plane up against a drain pipe 36.
  • the pressure pin 19 passes through a bore 37 in a holding body 20 of an electromagnet assembly 21.
  • a closing spring 23 which is formed on an integrally formed with the valve sleeve 17 anchor plate 24 is supported, is spring-loaded against the outlet nozzle 36.
  • the closing spring 23 acts simultaneously on the armature plate 24 and thus the valve sleeve with a spring force in the axial direction in the plane down to a formed on the valve piece 6, formed as a conical seat valve seat 25 of the control valve 18.
  • the closing spring is supported on an annular shoulder of the holding body 20th the solenoid assembly 21 from.
  • control valve 18 is a servo-pressure-balanced in the axial direction servo valve.
  • a hollow cylindrical, sleeve-shaped guide member 26th intended to guide the valve sleeve 17 on its outer periphery.
  • the guide member 26 is fixed by means of a press fit to a conical portion 27 of the valve piece 6, wherein an outer cone angle OC of the conical portion 27 is shown for reasons of illustration much larger than this is preferably formed in reality.
  • the cone angle CC between a conical surface 28 and an axis parallel to the longitudinal central axis L of the control valve 18 is approximately 1 ° in this exemplary embodiment.
  • the conical portion 27 facing away from end face 29 of the guide member 26 is arranged at an axial distance to the underside of the anchor plate 24.
  • the valve seat 25 is disposed radially within the conical portion 27 and the conical surface 28 (conical surface).
  • the guide element 26 is fixed by means of a press fit to the conical portion 27 of the valve piece 26.
  • a cone angle ß of an inner cone 30 is like the cone angle CC of the conical portion 27 of the valve member 6 in the assembled state also 1 °. Before assembly, however, the cone angle ⁇ of the inner cone 30 is slightly smaller than the cone angle CC.
  • the inner cone is expanded elastically outward in the radial direction in order to improve the clamping effect.
  • the illustrated non-positive connection between the guide member 26 and the conical portion 27 of the valve member 6 is a kind Morsekegelpassung.
  • the guide member 26 has two opposite arranged at the level of the valve seat 25, slightly inclined transverse bores 31, 32 introduced by the fuel from the valve chamber 16 at the valve seat 25 lifted valve sleeve 17 of the control valve 18 in the guide member 26 surrounding the low pressure region 12 of the Injector can flow. From the low-pressure region 12, the fuel can flow through the injector return 13 to the reservoir 11.
  • valve sleeve 17 is moved from the position shown in Fig. 1 by energizing the solenoid assembly 21 in the plane up, so that fuel introduced via the introduced into the conical section 27, central drain passage 14 into the valve chamber 16 and from there below the Valve sleeve in the radial direction and through the transverse bores 31, 32 can flow into the low pressure region 12 and from there to the injector return 13.
  • transverse bores 31, 32 themselves can be formed as discharge throttles.
  • FIG. 2 The embodiment of an injector 1 shown in FIG. 2 essentially corresponds to the embodiment according to FIG. 1, so that only the differences will be discussed below in order to avoid repetition. With regard to the similarities, reference is made to the preceding description of the figures.

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Description

Beschreibung
Titel Injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Common-Rail-Injektor gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die EP 1 612 403 Al beschreibt einen Common-Rail-Injektor mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil (Servoventil) zum Sperren und Öffnen eines Kraftstoff-Ablaufkanals aus einer Steuerkammer. Mittels des Steuerventils kann der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer beeinflusst werden, wobei die Steuerkammer dauerhaft über eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Durch Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb der Steuerkammer wird ein Ventilelement zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt, wobei das Ventilelement in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in den Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Das Steuerventil umfasst eine in axialer Richtung mittels eines elektromagnetischen Aktuators verstellbare Ventilhülse, die an einem einstückig mit einem Ventilstück ausgebildeten Führungsbolzen geführt ist. Die Ventilhülse begrenzt eine von einem durchmesserreduzierten Abschnitt des Führungsbolzens gebildete Ventilkammer des Steuerventils lediglich radial außen, so dass keine öffnenden oder schließenden Kräfte von dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer auf die Ventilhülse wirken. Aufgrund dieser Eigenschaft ist das Steuerventil zum Schalten sehr hoher Drücke geeignet. Da der unter Hochdruck stehende Kraftstoff durch den senkrechten Ablaufkanal und seitliche, den Ablaufkanal schneidende Querbohrungen in dem Ventilstück in die Ventilkammer fließen muss, sind der Miniaturisierung derartiger Steuerventile Grenzen gesetzt. Bei Kraftstoffdrücken über 2000 bar sind aus Festigkeitsgründen nur vergleichsweise große Ventilsitzdurchmesser realisierbar, da ansonsten die Gefahr eines Bruchs des Ventilstücks im Bereich der vorliegenden Bohrungsverschneidungen besteht.
Aus diesem Grund ist bei der Anmelderin (bisher) hausinterner Stand der Technik entwickelt worden, bei dem die Ventilhülse einen von dem Ventilstück separaten Druckstift umschließt, der lediglich die Aufgabe hat, die innerhalb der Ventilhülse befindliche Ventilkammer in axialer Richtung nach oben abzudichten. Durch die Trennung von Ventilstück und Druckstift entfällt zum einen die Notwendigkeit zur Herstellung komplizierter Bohrungsverschneidungen im Ventilstück und es entfallen damit insbesondere die mit hohen Zugspannungen belasteten Bereiche des bisherigen Ventilstücks. In der Folge kann der Ventilsitzdurchmesser deutlich kleiner ausgelegt werden als dies bei dem aus der EP 1 612 403 Al bekannten Stand der Technik der Fall ist. Nachteilig ist jedoch, dass für die Ventilhülse eine Führung an ihrem Außenumfang im Ventilstück vorgesehen werden muss. Dies hat nun zur Folge, dass die Fertigung des Ventilstücks durch die äußere, sich in axialer Richtung erstreckende, umfangsgeschlossene Führung verkompliziert ist. Insbesondere liegt der Ventilhülsensitz nun nicht mehr frei an der Oberfläche des Ventilstücks, sondern ist in axialer Richtung in der Führung der Ventilhülse versenkt, so dass er mit einem filigranen Schleifstift bearbeitet werden muss. Auch für den Fall, dass eine Beschichtung des Ventilhülsensitzes vorgesehen sein sollte, ist dieser für den Beschichtungsprozess nur sehr schwer zugänglich, was die Beschichtung erschwert. Darüber hinaus kann der am Grund der Führung befindliche Ventilhülsensitz aus fertigungstechnischen Gründen nur noch als Flachsitz oder als konkaver Kegelsitz, jedoch nicht als konvexer Kegelsitz ausgebildet werden.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Injektor mit einem eine axial verstellbare Ventilhülse aufweisenden Steuerventil vorzuschlagen, das einerseits einfach zu fertigen ist und bei dem andererseits Festigkeitsprobleme vermieden werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der
Erfindungen fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ventilhülse mit ihrem Außendurchmesser axial verschieblich in einem Führungselement zu führen, welches als von dem Ventilstück separates Bauteil ausgebildet, jedoch an diesem festgelegt ist. Diese Ausgestaltungsform hat den Vorteil, dass das Führungselement erst nach Fertigung des Ventilsitzes für die Ventilhülse am Ventilstück festgelegt werden kann, wodurch der Ventilsitz in üblicher Weise herstellbar ist, da das Ventilstück, insbesondere der Ventilsitz (von oben) frei zugänglich ist. Es ist weiterhin möglich, den Ventilsitz in einer beliebigen, insbesondere auch konvexen Kegelsitzform auszubilden. Ferner wird die Durchführbarkeit eines optionalen Beschichtungsprozesses vereinfacht. Zudem ist das Führungselement leichter herzustellen, als eine am Innenumfang zu schleifende Führungsbohrung zur Führung der Ventilhülse. Aufgrund des Vorsehens eines separaten, nachträglich am Ventilstück festlegbaren Führungselementes zur Führung der Ventilhülse an ihren Außenumfang kann auf eine Führung der Ventilhülse mittels eines Führungsbolzens an ihrem Innenumfang verzichtet werden. Dies wiederum führt dazu, dass auf die bei einer Führung der Ventilhülse an ihrem Innenumfang notwendigen Bohrungsverschneidungen zur Ausleitung von Kraftstoff verzichtet werden kann, wodurch die Festigkeit des Ventilstücks wesentlich verbessert wird.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Führungselement als, insbesondere zylindrische, Hülse ausgebildet ist, deren Innendurchmesser zumindest abschnittsweise dem Außendurchmesser der Ventilhülse zuzüglich eines (minimalen) Führungsspiels entspricht. Bevorzugt ist die Stirnseite der zylindrischen Hülse in axialer Richtung von einer mit der Ventilhülse wirkverbundenen, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildeten, sich in radialer Richtung erstreckenden Ankerplatte beabstandet. Zur Abdichtung einer radial innerhalb der Ventilhülse befindlichen Steuerkammer ist mit Vorteil ein Druckstift vorgesehen, der in axialer Richtung nach oben von dem aus der Steuerkammer strömenden Kraftstoff druckbeaufschlagt ist. Der Außendurchmesser des Druckstiftes entspricht dem Innendurchmesser der Ventilhülse abzüglich eines minimalen Spiels. Der Druckstift stützt sich in axialer Richtung nach oben an einem Injektorbauteil, insbesondere einem Haltekörper einer Elektromagnetanordnung ab. Dabei ist es denkbar, dass der Druckstift, dem bevorzugt keinerlei Führungsfunktion zukommt, in axialer Richtung mittels einer sich am Ventilstück abstützenden Feder in Richtung der Elektromagnetanordnung federkraftbeaufschlagt ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Führungselement an dem Ventilstück mittels einer Presspassung festgelegt ist. Diese Ausführungsform kommt mit Vorteil ohne zusätzliche Befestigungsmittel aus. Diese Art der Befestigung eignet sich insbesondere für ein hülsenförmig (rohrförmig) ausgebildetes Führungselement, welches in axialer Richtung auf das Ventilstück aufgepresst wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Führungselement zumindest im Bereich der Presspassung in radialer Richtung elastisch verformbar ist, um die Klemmwirkung zu verbessern .
Um einen optimalen Halt des Führungselementes an dem Ventilstück zu gewährleisten, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Führungselement an einem, insbesondere leicht konischen Abschnitt des Ventilstücks festgelegt ist. Zur Erzielung einer Presspassung ist es von Vorteil, wenn der Konuswinkel eines entsprechenden Innenkonus des Führungselementes vor dessen Befestigung an den konischen Abschnitt, insbesondere geringfügig kleiner ist als der Konuswinkel des konischen Abschnitt des Ventilstücks. Bevorzugt ist die Presspassung als sogenannte Morsekegelpassung, wie sie beispielsweise zur Festlegung von Werkzeugen an Schäften bekannt ist, ausgebildet.
Wie bereits erläutert, ist der Konuswinkel (Winkel zwischen der Symmetrieachse des konischen Abschnitts und der schrägen Mantelfläche des konischen Abschnitts) des konischen Abschnitts des Ventilstückes klein, insbesondere sehr klein, bevorzugt ist der Konuswinkel kleiner als etwa
10°, insbesondere kleiner als etwa 5°. Besonders bevorzugt liegt der Konuswinkel des konischen Abschnitts in einem
Bereich zwischen etwa 0,5° und etwa 2,5°. Dabei ist der
Winkel (Winkel zwischen der Symmetrieachse des Innenkonus und der schrägen inneren Mantelfläche des Innenkonus) des
Innenkonus des Führungselementes mit Vorteil etwa um 0,1° bis etwa 1,5°, vorzugsweise um etwa 0,25° bis etwa 0,75° kleiner als der Konuswinkel des konischen Abschnittes des
Ventilstückes .
Fertigungstechnisch ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der Ventilsitz am Ventilstück unmittelbar benachbart zu dem konischen Abschnitt des Ventilstücks angeordnet ist, an dem das Führungselement festgelegt ist. Bevorzugt ist der
Ventilsitz als konvexer Kegelsitz ausgebildet, wobei der
Winkel der Kegelfläche wesentlich flacher ist, als der Winkel des konischen Abschnitts zur Festlegung des
Ventilstücks. Daneben ist es denkbar, den Ventilsitz als
Flachsitz, oder sogar als konkaven Kegelsitz auszubilden. Zur Realisierung der Presspassung zwischen dem Führungselement und dem Ventilstück gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Variante ist vorgesehen, dass das Führungselement mit einer durchgehenden Kontaktfläche an dem Ventilstück, insbesondere an dem konischen Abschnitt des Ventilstücks anliegt.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Kontaktfläche, insbesondere ringförmig unterbrochen ist, vorzugsweise durch eine Freistellung, also einen nicht kontaktierenden Bereich am Führungselement und/oder am Ventilstück. Bei dieser Ausführungsform sind zwei, insbesondere ringförmige, in axialer Richtung durch die Freistellung beabstandete Kontaktbereiche zwischen dem Führungselement und dem Ventilstück ausgebildet, wodurch die Klemmwirkung noch verbessert werden kann.
Damit bei geöffnetem Steuerventil, also bei angehobener Ventilhülse die aus der Steuerkammer nachströmende Kraftstoffmenge (Steuermenge) frei in Richtung des Niederdruckbereichs des Injektors abströmen kann, muss ein Abströmungskanal aus dem Kraftstoffvolumen innerhalb der Ventilhülse bereitgestellt werden. Hierzu ist es von Vorteil in dem Führungselement mindestens eine Querbohrung vorzusehen. Dabei muss die Querbohrung nicht zwangsweise orthogonal zur Längsmittelachse der Ventilhülse verlaufen, sondern kann auch schräg angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, die Ventilhülse an ihrem Außenumfang und/oder das Führungselement an seinem Innenumfang mit mindestens einem Flächenanschliff zur Bildung eines axialen Abströmkanals auszustatten. Ebenso ist es möglich eine Abströmbohrung oder ein Abströmkanal am Ventilstück vorzusehen, über die bzw. den die Steuermenge, insbesondere nach unten, unterhalb des Führungselementes hindurch nach außen in den Niederdruckbereich fließen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1: eine stark schematisierte Teilansicht eines als
Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors und
Fig. 2: eine alternative Ausführungsform eines Injektors in einer ebenfalls stark schematisierten Teilansicht .
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist stark schematisiert ein Ausschnitt eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Fig. 1 soll lediglich die Funktionsweise des Injektors erläutern, wobei die gezeigten Größenverhältnisse nicht den realen Größenverhältnissen entsprechen. Der Injektor 1 umfasst ein lediglich ausschnittsweise dargestelltes, ein- oder mehrteiliges Ventilelement 2, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. In seiner Öffnungsstellung (in der Zeichnungsebene nach oben verstellt) gibt das Ventilelement 2 den Kraftstofffluss aus einem Druckraum 3 durch eine nicht gezeigte Düsenlochanordnung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.
Mit einer oberen Stirnfläche 4 begrenzt das Ventilelement 2 eine Steuerkammer 5. Diese ist radial innerhalb eines in den Druckraum 3 hineinragenden, hülsenförmigen Abschnitts eines Ventilstückes 6 angeordnet.
In die Steuerkammer 5 mündet eine in den hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstückes 6 eingebrachte Zulaufdrossel 7, über die die Steuerkammer 5 mit Kraftstoff aus dem Druckraum 3 versorgt wird. Der Druckraum 3 wird wiederum von einer Kraftstoffversorgungsleitung 8 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher 9 (Rail) versorgt. Dieser wird von einer, insbesondere als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe 10 mit Kraftstoff aus einem auf Niederdruck liegenden Vorratsbehälter 11 versorgt. In den Vorratsbehälter 11 strömt auch eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich 12 des Injektors über einen Injektorrücklauf 13.
Aus der Steuerkammer 5 mündet ein in axialer Richtung in das Ventilstück 6 eingebrachter Ablaufkanal 14 aus. Dieser ist mit einer Ablaufdrossel 15 versehen, oder als solche ausgebildet. Der Ablaufkanal 14 verbreitet sich in seinem in der Zeichnungsebene oberen Abschnitt und mündet in eine Ventilkammer 16, die radial außen von dem Ventilstück 6 sowie von einer in axialer Richtung daran angrenzenden Ventilhülse 17 eines Steuerventils 18 (Servoventil) begrenzt wird. In axialer Richtung nach oben wird die Ventilkammer 16 des Steuerventils 18 von einem axial verschieblich gelagerten Druckstift 19 begrenzt, der von innerhalb der Ventilkammer 16 befindlichem Kraftstoff in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben gegen einen Ablaufstutzen 36 gepresst wird. Hierzu durchsetzt der Druckstift 19 eine Bohrung 37 in einen Haltekörper 20 einer Elektromagnetanordnung 21. In seinem in der Zeichnungsebene oberen Bereich ist der Druckstift 19 von einer Hülse 22 geführt, die von einer Schließfeder 23, die sich an einer einstückig mit der Ventilhülse 17 ausgebildeten Ankerplatte 24 abstützt, gegen den Ablaufstutzen 36 federkraftbeaufschlagt wird. Die Schließfeder 23 beaufschlagt gleichzeitig die Ankerplatte 24 und damit die Ventilhülse mit einer Federkraft in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten auf einen am Ventilstück 6 ausgebildeten, als Kegelsitz ausgeformten Ventilsitz 25 des Steuerventils 18. Alternativ stützt sich die Schließfeder an einer Ringschulter des Haltekörpers 20 der Elektromagnetanordnung 21 ab.
Aufgrund der Tatsache, dass die Ventilhülse 17 keine in axialer Richtung wirkende Druckangriffsfläche für Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer aufweist, handelt es sich bei dem Steuerventil 18 um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Servoventil.
Zur Führung der Ventilhülse 17 an ihrem Außenumfang ist ein hohlzylindrisches, hülsenförmiges Führungselement 26 vorgesehen. Das Führungselement 26 ist mittels einer Presspassung an einem konischen Abschnitt 27 des Ventilstücks 6 festgelegt, wobei ein äußerer Konuswinkel OC des konischen Abschnittes 27 aus Veranschaulichungsgründen wesentlich größer dargestellt ist, als dieser in der Realität bevorzugt ausgebildet ist. In der Realität beträgt der Konuswinkel CC zwischen einer Konusfläche 28 und einer zur Längsmittelachse L des Steuerventils 18 parallelen Achse in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1°.
Die dem konischen Abschnitt 27 abgewandte Stirnseite 29 des Führungselementes 26 ist mit Axialabstand zur Unterseite der Ankerplatte 24 angeordnet. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Ventilsitz 25 radial innerhalb des konischen Abschnittes 27 bzw. der Konusfläche 28 (Kegelfläche) angeordnet .
Das Führungselement 26 ist mittels einer Presspassung an dem konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 26 festgelegt. Ein Konuswinkel ß eines Innenkonus 30 beträgt wie der Konuswinkel CC des konusförmigen Abschnittes 27 des Ventilstückes 6 im montierten Zustand ebenfalls 1°. Vor der Montage ist der Konuswinkel ß des Innenkonus 30 jedoch etwas kleiner als der Konuswinkel CC. Bei dem Aufpressen des Führungselementes 26 auf den konischen Abschnitt 27 wird der Innenkonus in radialer Richtung nach außen elastisch aufgeweitet, um die Klemmwirkung zu verbessern. Bei der gezeigten kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Führungselement 26 und dem konusförmigen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 handelt es sich um eine Art Morsekegelpassung. In das Führungselement 26 sind zwei gegenüberliegende auf Höhe des Ventilsitzes 25 angeordnete, leicht schräg verlaufende Querbohrungen 31, 32 eingebracht, durch die Kraftstoff aus der Ventilkammer 16 bei von dem Ventilsitz 25 abgehobener Ventilhülse 17 des Steuerventils 18 in den das Führungselement 26 umgebenden Niederdruckbereich 12 des Injektors strömen kann. Aus dem Niederdruckbereich 12 kann der Kraftstoff durch den Injektorrücklauf 13 zu dem Vorratsbehälter 11 strömen.
Zum Öffnen des Ventilelements 2 muss der Druck in der Steuerkammer 5 abgesenkt werden. Hierzu wird die Ventilhülse 17 aus der in Fig. 1 gezeigten Position durch Bestromung der Elektromagnetanordnung 21 in der Zeichnungsebene nach oben verstellt, so dass Kraftstoff über den in den konischen Abschnitt 27 eingebrachten, zentrischen Ablaufkanal 14 in die Ventilkammer 16 und von dort aus unterhalb der Ventilhülse in radialer Richtung und durch die Querbohrungen 31, 32 hindurch in den Niederdruckbereich 12 und von dort aus zum Injektorrücklauf 13 strömen kann.
Zusätzlich oder Alternativ zur Ausbildung einer Ablaufdrossel 15 im Ablaufkanal 14 können die Querbohrungen 31, 32 selbst als Ablaufdrosseln ausgebildet werden.
Da der Durchflussquerschnitt der Ablaufdrossel 15 größer ist als der Durchflussquerschnitt der Zulaufdrossel 7 resultiert bei geöffnetem Steuerventil 18 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 5, wodurch die auf das Ventilelement 2 wirkende Schließkraft reduziert wird und das Ventilelement 2 von seinem nicht gezeigten Ventilsitz abhebt und den Kraftstofffluss freigibt. Zum Schließen des Ventilelementes 2 wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 21 unterbrochen, wodurch die Ventilhülse 17 federkraftunterstützt durch die Schließfeder 23 in axialer Richtung nach unten auf ihren Ventilsitz 25 bewegt wird, so dass kein Kraftstoff mehr aus der Ventilkammer 16 in den Niederdruckbereich abströmen kann. Durch den weiterhin durch die Zulaufdrossel 7 in die Steuerkammer 5 strömenden Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 5 und somit die auf das Ventilelement 2 wirkende Schließkraft.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines Injektors 1 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorangehende Figurenbeschreibung verwiesen.
Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, dass die Presspassung zwischen dem Führungselement 26 und dem konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 unterschiedlich realisiert ist. In den Innenkonus 30 des Führungselementes 26 ist eine ringförmige Freistellung 33 eingebracht, so dass das Führungselement an zwei in axialer Richtung beabstandeten Kontaktflächen 34, 35 an den konischen Abschnitt 27 des Ventilstückes 6 anliegt. Hierdurch kann die Klemmwirkung zwischen dem Führungselement 26 und dem Ventilstück 6 weiter verbessert werden .
Anstelle von den gezeigten Querbohrungen 31, 32 im Führungselement 26 können zur Ableitung von Kraftstoff aus der Ventilkammer 16 bei geöffnetem Steuerventil 18, bevorzugt in axialer Richtung verlaufende Flächenanschliffe am Außenumfang der Ventilhülse 17 und/oder am Innenumfang des Führungselementes 26 vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche
1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Inj ektor, mit einem eine axial verstellbare, an ihrem Außenumfang geführte
Ventilhülse (17) aufweisenden Steuerventil (18), mittels dem der Kraftstofffluss durch einen in ein
Ventilstück (6) eingebrachten Ablaufkanal (14) in Richtung eines Niederdruckbereichs (12) des Injektors
(1) aus einer mit einem axial verstellbaren
Ventilelement (2) wirkverbundenen Steuerkammer (5) freigebbar und sperrbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilhülse (17) an ihrem Außenumfang von einem Führungselement (26) geführt ist, das als von dem Ventilstück (6) separates Bauteil ausgebildet und an dem Ventilstück (6) festgelegt ist.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Führungselement (26) als, insbesondere zylindrische, Hülse ausgebildet ist, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Ventilhülse (17) zuzüglich eines Führungsspiels entspricht.
3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (26) an dem Ventilstück (6) mittels einer Presspassung festgelegt ist.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (26) an einem konischen Abschnitt (27) des Ventilstücks (6) festgelegt ist.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konuswinkel (ß) eines Innenkonus (30) des Führungselementes (26), insbesondere geringfügig, kleiner ist als der Konuswinkel (OC) des konischen Abschnitts (27) des Ventilstücks.
6. Injektor nach einem der Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Abschnitt (27) des Ventilstücks (6) einen Konuswinkel (OC) aus einem Bereich zwischen etwa 0,5° und etwa 10°, vorzugsweise von kleiner als 7°, vorzugsweise von kleiner als 5°, insbesondere von kleiner als 3°, besonderes bevorzugt von kleiner als 2°, insbesondere bevorzugt von etwa 1° aufweist.
7. Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (25) der Ventilhülse (17) radial innerhalb des konischen Abschnitts (27) gebildet ist.
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (26) im Kontaktbereich zum Ventilstück (6) flächig an diesem anliegt.
9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich zwischen Führungselement (26) und Ventilstück (6) eine, insbesondere ringförmige Freistellung (33) am Führungselement (26) und/oder am Ventilstück (6) vorgesehen ist.
10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungselement (26) eine Querbohrung (31, 32) zur Ableitung von Kraftstoff aus dem Ablaufkanal (14) in den Niederdruckbereich (12) eingebracht ist.
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