Technisches Gebiet
-
Bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen werden heute zunehmend
Kraftstoffeinspritzsysteme mit Hochdrucksammelraum (Common Rail) eingesetzt. Durch eine
den Hochdrucksammelraum permanent beaufschlagende Hochdruckpumpe wird in diesem
ein nahezu konstantes, hohes Druckniveau aufrechterhalten. Der im
Hochdrucksammelraum auf hohem Druckniveau gespeicherte Kraftstoff wird an die Kraftstoffinjektoren
weitergeleitet, die jeweils den einzelnen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine
zugeordnet sind. An die Kraftstoffinjektoren, die Versorgungsleitungen vom
Hochdrucksammelraum sowie deren Anschlüsse und das Zulaufsystem innerhalb des Injektors sind
daher erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Hochdruckfestigkeit zu stellen.
-
Stand der Technik
-
DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf ein Magnetventil zur Steuerung eines
Kraftstoffeinspritzventils. Es wird ein Magnetventil vorgeschlagen, dessen Magnetanker mehrteilig
ausgebildet ist und eine Ankerscheibe sowie einen Ankerbolzen aufweist, der in einem
Gleitstück geführt ist. Um ein Nachschwingen der Ankerscheibe nach einem Schließen des
Magnetventils zu vermeiden, ist am Magnetanker eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen.
Mit einer solchen Einrichtung sind exakt die erforderlichen kurzen Schaltzeichen des
Magnetventils einhaltbar und reproduzierbar. Das Magnetventil ist bestimmt zur Anwendung
bei Einspritzanlagen mit Hochdrucksammelraum (Common Rail).
-
Gemäß dieser Lösung ist ein Anschluss für eine Versorgungsleitung vom
Hochdrucksammelraum am Ventilgehäuse schräg orientiert aufgenommen, wodurch eine Verbesserung
der Hochdruckfestigkeit eines Kraftstoffinjektors erzielt werden kann. Die mit dieser
Maßnahme erzielbare Verbesserung der Hochdruckfestigkeit ist jedoch noch unbefriedigend, da
im Hinblick auf eine weitere Steigerung des Druckniveaus im Hochdrucksammelraum
(Common Rail) der durch diese Maßnahme erzielte Hochdruckfestigkeitsgewinn im Zuge
der weiter fortschreitenden Entwicklung aufgezehrt werden dürfte.
-
Darstellung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Lösung schlägt vor, in Abkehr von der Ausbildung einer einzigen
Zulaufbohrung zur Zentralbohrung bzw. zum Ringraum eines Kraftstoffinjektors, mehrere
Zulaufbohrungen in im Vergleich zur Zulaufbohrung bzw. zum Ringraumdurchmesser
wesentlich geringeren Durchmesser auszuführen. Der die Hochdruckfestigkeit eines
Kraftstoffinjektors günstig beeinflussende Vorteil dieser Lösung ist darin zu erblicken, dass die
zwei oder mehreren Zulaufbohrungen in einem wesentlich geringeren
Bohrungsdurchmesser ausgebildet werden können. Je größer der Unterschied zwischen den Durchmessern von
Zulauf und der Zentralbohrung bzw. des Ringraums im Kraftstoffinjektor gehalten werden
kann, eine um so günstigere Hochdruckfestigkeit stellt sich am Kraftstoffinjektor ein.
-
In Bezug auf die Zentralbohrung oder einen im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors
ausgebildeten Ringraum können die Zulaufbohrungen parallel zueinander im Injektorkörper
verlaufen; daneben ist es auch möglich, die Zulaufbohrungen in einem Winkel δ schräg zur
Zentralbohrung bzw. dem Ringraum des Kraftstoffinjektors verlaufend anzuordnen. Der
Winkel δ kann zwischen 0° (parallele Lage der Zulaufbohrungen im Injektorkörper
zueinander) und einer Lage gewählt werden, in welcher die Zulaufbohrungen tangential zur
Wandung der Zentralbohrung bzw. des Ringraums im Injektorkörper verlaufen und in den
Ringraum oder die Zentralbohrung münden.
-
Neben zwei oder mehreren Zulaufbohrungen zur Zentralbohrung des Injektorkörpers bzw.
dessen Ringraum kann im Injektorkörper eine weitere den Düsenzulauf zur Einspritzdüse
direkt beaufschlagende Bohrung geringeren Durchmessers ausgebildet werden, die zu den
beiden erwähnten Zulaufbohrungen im S-Lochmuster, oberhalb oder unterhalb in einem,
beispielsweise dem halben Abstand zwischen den Zulaufbohrungen im Injektorkörper
entsprechenden Abstand ausgebildet sein kann.
-
Mit dieser Konfiguration der beiden oder mehreren Zulaufbohrungen im Inneren des
Injektorkörpers nach der Anschlussstelle des Zulaufs vom Hochdrucksammelraum (Common
Rail) kann die Hochdruckfestigkeit des Injektors erheblich gesteigert werden. Werden die
Zulaufbohrungen im Inneren des Injektorkörpers zusätzlich einer Innenverrundung
unterzogen, lässt sich eine weitere Festigkeitsreserve erzielen, die eine weitere Erhöhung des
Druckniveaus im Hochdruckeinspritzsystem mit Hochdrucksammelraum (Common Rail)
gestattet.
Zeichnung
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
-
Es zeigt:
-
Fig. 1 einen aus dem Stande der Technik bekannten Kraftstoffinjektor mit
schrägem Hochdruckanschluss.
-
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Injektor gemäß der Erfindung mit
Ringraum im Inneren des Injektorkörpers,
-
Fig. 3 einen Schnitt durch die Darstellung gemäß Fig. 2,
-
Fig. 4 die Ansicht gemäß des Schnittverlaufes "A-A",
-
Fig. 5.1 eine Ausführungsvariante mit parallelen Zulaufbohrungen im
Injektorkörper,
-
Fig. 5.2 eine weitere Ausführungsvariante mit schräg gestellten Zulaufbohrungen
im Injektorkörper,
-
Fig. 5.3 + 5.4 Zulaufbohrungen für Ringraum/Zentralbohrung und Düsenzulauf im S-
Lochmuster und
-
Fig. 6 Zentralbohrungen in eine Zentralbohrung des Injektorkörpers mündende
Zulaufbohrungen.
Ausführungsvarianten
-
Fig. 1 zeigt einen aus dem Stande der Technik bekannten Kraftstoffinjektor mit
schräggestelltem Hochdruckanschluss.
-
Der aus dem Stand der Technik bekannte Injektor 1 umfasst einen Aktor in Gestalt eines
Magnetventils 2, mit welchem ein Steuerraum 3 druckentlastbar ist. Durch die
Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung des Steuerraumes 3 wird einer Düsennadel 4, die in
Injektorkörper 13 vertikal bewegbar aufgenommen ist, eine Hubbewegung aufgeprägt. Der
Steuerraum 3 ist von einem Ringraum 5 umschlossen, der über einen in der Darstellung
gemäß Fig. 1 in Schräglage 8 orientierten Anschlussstutzen 7 mit einer hier nicht
dargestellten Hochdruckquelle, z. B. ein Hochdrucksammelraum oder eine Hochdruckpumpe, in
Verbindung steht. In das Ende des Anschlussstutzens 7 ist ein hier nur schematisch
angedeutetes Filterelement 6 eingelassen. Im unteren Bereich des Injektorkörpers 13 des
Kraftstoffinjektors 1 ist ein Düsenzulauf 9 ausgebildet, der in einen Düsenraum 10 mündet. Im
Bereich des Düsenraumes 10 ist die Düsennadel 4 mit einer Druckstufe 11 versehen. An
der Spitze der Düsennadel 4, d. h. am, dem Brennraum zugewandten Ende des
Kraftstoffinjektors, ist die Düsennadel 4 kegelförmig auslaufend ausgebildet und verschließt mit
ihrer Düsennadelspitze 12 die in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
mündende Einspritzöffnungen.
-
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Injektor gemäß der Erfindung, wobei im
Injektorkörper ein Ringraum ausgebildet ist.
-
Der Injektor 1 umfasst den bereits erwähnten Steuerraum 3, der an einer
Steuerraumwandung 24 angegrenzt ist. In den Steuerraum 3 ragt eine Stirnseite 22 der Düsennadel 4
hinein, die durch Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung des Steuerraumes in vertikale
Richtung, entsprechend des eingezeichneten Doppelpfeiles 23 betätigbar ist. Die Führung
der Düsennadel 4 erfolgt durch Führungsflächen 21; der den druckentlastbaren Steuerraum
3 umschließende Ringraum 5 wird über einen hier schematisch angedeuteten
Anschlussstutzen 7 mit Kraftstoff versorgt, der unter einem sehr hohen Druck steht. Zwischen dem
Ringraum 5 im Injektorkörper 13 und dem Steuerraum 3 ist eine Zulaufdrossel 20
angeordnet, über welche der Steuerraum 3 vom Ringraum 5 aus kontinuierlich mit einem
Steuervolumen beaufschlagt ist. Der Stirnfläche 22 der Düsennadel 4 gegenüberliegend ist eine
Ablauföffnung 25 ausgebildet, der sich eine Ablaufdrossel 26 anschließt. Die
Ablauföffnung 25 bzw. die Ablaufdrossel 26 wird über ein Ablaufventil 27 geöffnet bzw.
geschlossen, welches einen Schließkörper 28, der in der Darstellung gemäß Fig. 2 kugelförmig
ausgebildet ist, umfasst. Die Betätigung des Ablaufventils 24 erfolgt über einen hier nicht
dargestellten Aktor 29, sei es ein Magnetventil oder ein Piezoaktor.
-
Im Injektorkörper 13 sind zwischen dem Anschlussstutzen 7 für die Versorgungsleitung
vom Hochdrucksammelraum (Common Rail) und dem Ringraum 5 Zulaufbohrungen 30,
31 eingelassen. Der Durchmesser der Zulaufbohrungen 30, 31 im Injektorkörper 13 ist um
ein Vielfaches geringer als der Durchmesser 36 des Ringraumes 5 im Injektorkörper 13.
Über die Zulaufbohrungen 30, 31 wird der Ringraum 5 über den Anschlussstutzen 7, an
welchem ein Innengewinde 37 ausgebildet ist, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
versorgt. Im Injektorkörper 13 kann eine weitere in geringem Durchmesser, verglichen
zum Durchmesser des Ringraums 5, ausgebildete Bohrung 32 eingelassen sein, über
welchen ein Düsenzulauf 9, der sich zum in Fig. 2 nicht dargestellten Düsenraum im
Injektorkörper 13 erstreckt, direkt mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar
ist.
-
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung des erfindungsgemäßen Injektors gemäß
Fig. 2.
-
In der in Fig. 3 dargestellten Schnittdarstellung sind die sich von einer Stirnfläche 38 am
Anschlussstutzen 7 zu einer als Ringraum 5 ausgebildeten zentralen Öffnung im
Injektorkörper 13 erstreckenden Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 geneigt zueinander ausgebildet.
Zwischen den Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 ist eine den Düsenzulauf 9 direkt beaufschlagende
weitere Bohrung 32 ausgebildet. Den Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 sowie der weiteren
Bohrung 32 ist gemeinsam, dass sie allesamt in einem Durchmesser 33 bzw. 34 bzw. 35
ausgebildet sind, der um ein Vielfaches niedriger ist als der Durchmesser der zentralen
Öffnung - hier ausgestaltet als ein Ringraum 5 - des Injektorkörpers 13. Vom Ringraum 5
wird der Steuerraum 3, von dem hier lediglich dessen Innenwandung 24 dargestellt ist,
über die Zulaufdrossel 20 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt, der sich
im Ringraum 5 des Injektorkörpers 13 sammelt.
-
Fig. 4 zeigt die Ansicht des Schnittes A-A gemäß Fig. 3.
-
Aus dieser Darstellung geht eine Vorderansicht der Stirnfläche 38 am Anschlussstutzen 7,
der optional mit einem Anschlussgewinde 37 versehen sein kann, hervor. Gemäß dieser
Darstellung liegen die in geringen Durchmessern 33, 34 ausgeführten, die zentrale Öffnung
5 des Injektorkörpers 13 beaufschlagenden Zulaufbohrungen 30, 31 nebeneinander,
während die ebenfalls in geringem Durchmesser 35 ausgebildete, den Düsenzulauf 9
beaufschlagende weitere Bohrung 32 zwischen diesen auf etwa halben Abstand liegt und
unterhalb der beiden Zulaufbohrungen 31 bzw. 30 in der Stirnfläche 38 am Anschlussstutzen 7
ausgebildet ist.
-
Der Darstellung gemäß Fig. 5.1 ist eine Ausführungsvariante der Zulaufbohrungen im
Injektorkörper mit parallel verlaufenden Zulaufbohrungen zu entnehmen.
-
Der hier nicht maßstabgerecht wiedergegebene Ringraum 5 - der zentrale Raum im
Injektorkörper 13 - wird vom Anschlussstutzen 7 über zwei, in diesem Falle mit einem
Schrägungswinkel von δ = 0; d. h. parallel zueinander verlaufende Zulaufbohrungen 30, 31, mit
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Die in der Stirnfläche 38 ebenfalls
ausgebildete weitere Bohrung 32 beaufschlagt den senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden
Düsenzulauf 9 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff. Die Parallellage der beiden
Zulaufbohrungen 30, 31 ist jeweils mit Bezugszeichen 39 gekennzeichnet.
-
Fig. 5.2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung mit
schräg zueinander verlaufenden im Injektorkörper ausgebildeten Zulaufbohrungen.
-
Der hier ebenfalls nicht maßstabgerecht wiedergegebene Ringraum 5 wird analog zur
Darstellung gemäß Fig. 5.1 über zwei Zulaufbohrungen 30, 31, deren Durchmesser im
Vergleich zum Durchmesser 36 des Ringraums 5 einen um ein Vielfaches geringeren
Durchmesser aufweisen, mit am Anschlussstutzen 7 eintretenden, unter extrem hohem Druck
stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Gemäß dieser Ausführungsvariante liegt die weitere
Bohrung 32 symmetrisch zur Mittellinie des Anschlussstutzens 7, an dem optional ein
Innengewinde 37 ausgebildet sein kann. Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß
Fig. 5.1 können die Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 um einen Winkel δ (Bezugszeichen 40)
schräg verlaufend zur Symmetrielinie des Anschlussstutzens 7 im Ventilkörper 13
angeordnet sein. Die Schräglage ist mit Bezugszeichen 41 identifiziert. Die maximale
Schräglage der Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 zwischen Stirnfläche 38 und der die zentrale Öffnung
- hier als Ringraum 5 ausgebildet - beaufschlagenden Zulaufbohrungen 30, 31 ist durch
den Verlauf der Wandung des Ringraumes 5 begrenzt. Die maximale Schräglage 41 ist
durch die tangentiale Mündung der Zulaufbohrungen 30, 31 in die Wandung des zentralen
Raumes im Injektorkörper 13 - sei es ein Ringraum 5 oder eine Zentralbohrung 44 -
gegeben.
-
Den Fig. 5.3 bzw. 5.4 sind Zulaufbohrungen für Ringraum/Zentralbohrung und
Düsenzulauf im Injektorkörper 13 in S-Lochmuster zu entnehmen.
-
In Fig. 5.3 ist die Stirnfläche 38 am Anschlussstutzen 7 in der Draufsicht wiedergegeben,
an welcher die weitere Bohrung 32 in S-Lochdistanz zwischen den Zulaufbohrungen 30,
31 unterhalb der beiden Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 angeordnet ist. Dieses S-Lochmuster
ist mit Bezugszeichen 42 gekennzeichnet (vergleiche auch Darstellung gemäß Fig. 4).
-
Aus der Darstellung gemäß Fig. 5.4 geht ein weiteres S-Lochmuster der
Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 an der Stirnfläche 38 hervor. Gemäß dieser Ausführungsvariante liegt die
weitere Bohrung 32 auf halber Distanz oberhalb der beiden Zulaufbohrungen 30 bzw. 31,
die sich von der Stirnseite 38 senkrecht zur Zeichenebene in den Injektorkörper 13 des
Kraftstoffinjektors gemäß den Darstellungen in Fig. 5.1 bzw. 5.2 erstrecken.
-
Fig. 6 zeigt eine Zentralbohrung am Injektorkörper, die in dieser Ausführungsvariante
den zentralen Raum im Injektorkörper bildet.
-
Analog zur Darstellung gemäß Fig. 2 laufen von der Stirnfläche 38 im Anschlussstutzen 7
zwei Zulaufbohrungen 30, 31, von denen aus Gründen der Wiedergabe lediglich eine
dargestellt ist, von der Stirnfläche 38 zu einer zentralen Bohrung 44. Die zentrale Bohrung 44
im Injektorkörper 13 ist in einem Durchmesser 45 ausgebildet, der analog zur Darstellung
gemäß Fig. 2 den Durchmesser 33 bzw. 34 (vergleiche Darstellung gemäß Fig. 4) der
Zulaufbohrungen 30, 31 um ein Vielfaches übersteigt. Gleiches gilt für die weitere
Bohrung 32, die sich von der Stirnfläche am Anschlussstutzen 7 zum Düsenzulauf 9 erstreckt,
über den ein in Fig. 6 nicht dargestellter Düsenraum mit unter extrem hohem Druck
stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird.
-
Den in Fig. 2 bis 6 skizzierten Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Lösung
wohnt der Vorteil inne, dass die Zulaufbohrungen 30 bzw. 31 und eine weitere Bohrung 32
im Inneren des Injektorkörpers 13 allesamt in Durchmessern 33, 34 bzw. 35 ausgebildet
sind, die um ein Vielfaches kleiner sind als die Durchmesser 36, 45, der durch diese
Bohrungen 30, 31 bzw. 32 beaufschlagten zentralen Räume 5, 44. Je größer der Unterschied
hinsichtlich der Durchmesser der Zulaufbohrungen 30, 31 in Bezug auf die Durchmesser
der zentralen Öffnungen 5, 44 im Injektorkörper 13 gehalten werden kann, desto günstiger
ist die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffinjektors. Werden die Zulaufbohrungen 30 bzw.
31 einer fertigungstechnischen Behandlung hinsichtlich einer Innenverrundung unterzogen,
lassen sich noch gesteigerte Hochdruckfestigkeiten erzielen. Demnach bietet die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein Festigkeitspotential an Kraftstoffinjektoren,
welches durchaus mit der in Zukunft zu erwartenden Druckerhöhung an Einspritzanlagen von
direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen zu erwarten steht. Dieses feste
Hochdruckfestigkeitspotential, welches der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung inne
wohnt, ist mit einem lediglich schräggestellten Anschlussstutzen 7 gemäß der Darstellung
aus dem Stand der Technik in Fig. 1 nicht erzielbar, so dass die Hochdruckfestigkeit
dieses Injektors bereits ausgereizt ist.
Bezugszeichenliste
1 Injektor
2 Magnetventil
3 Steuerraum
4 Düsennadel
5 Ringraum
6 Filterelement
7 Anschlussstutzen
8 Schräglage
9 Düsenzulauf
10 Düsenraum
11 Druckstufe
12 Einspritzdüse
13 Injektorkörper
20 Zulaufdrossel
21 Führungsabschnitt
22 Stirnfläche Düsennadel
23 Hubbewegung Düsennadel
24 Steuerraumwandung
25 Ablauföffnung
26 Ablaufdrossel
27 Ablaufventil
28 Schließelement
29 Aktor
30 1. Zulaufbohrung
31 2. Zulaufbohrung
32 weitere Bohrung
33 Durchmesser 1. Zulaufbohrung
34 Durchmesser 2. Zulaufbohrung
35 Durchmesser weitere Bohrung
36 Durchmesser Ringraum
37 Anschlussgewinde
38 Stirnfläche
39 Parallel-Lage (δ = 0)
40 Schrägungswinkel δ
41 tangentiale Lage
42 S-Lochmuster unten
43 S-Lochmuster oben
44 Zentralbohrung
45 Durchmesser Zentralbohrung