DE102013212330A1

DE102013212330A1 - Verfahren zum Herstellen von Injektoren, insbesondere Kraftstoffinjektoren, sowie Injektor

Info

Publication number: DE102013212330A1
Application number: DE102013212330.2A
Authority: DE
Inventors: Willibald Schuerz; Roman Etlender; Werner Reim
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-31
Also published as: EP3014096B1; CN108518293A; CN105308302A; EP3014096A1; CN105308302B; WO2014206924A1; US10180123B2; US20160146169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren (1), insbesondere zweier Kraftstoffinjektoren (1) für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, wobei ein Kriterium für das Paaren der wenigstens zwei Injektoren (1) eine Gesamtleckage (L212) und/oder eine Druckdifferenz (∆p = p12 – p∞, ∆p = p22 – p∞) an einem Übertragungspin (212) des jeweiligen Injektors (1) ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors (1), insbesondere eines Kraftstoffinjektors (1) für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, wobei wenigstens zwei für Einspritzmengen, Leckagemengen (L112, L212, L222) und/oder Druckdifferenzen (∆p = pR – p12 ≈/= ∆p = pR – p22) des Injektors (1) relevante mechanische Spiele (110/120, 210/212, 220/222), insbesondere Paarungsspiele (110/120, 210/212, 220/222), einander zugepaart werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Injektoren, insbesondere einer Vielzahl von Kraftstoffinjektoren für Direkteinspritzsysteme von Kraftfahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors.
Immer strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, mittels Kraftstoffinjektoren eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern der Verbrennungsmotoren zu erzielen. – Bei derzeitigen Kraftstoffinjektoren erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff mittels einer Düsennadel, die im Kraftstoffinjektor verschieblich gelagert ist und einen Öffnungsquerschnitt oder ein bzw. eine Mehrzahl von Spritzlöchern einer Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit von ihrem Hub freigibt bzw. verschließt. Eine Ansteuerung der Düsennadel erfolgt beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Aktors, welcher die Düsennadel hydraulisch oder mechanisch betätigt.
Um die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors zu senken und dessen Verbrauch dabei so gering wie möglich zu halten, ist es wünschenswert, eine möglichst optimale Verbrennung innerhalb der Zylinder des Verbrennungsmotors zu erzielen. Für eine gute Prozessführung bzw. eine Steuerung/Regelung einer Verbrennung in den Zylindern ist es notwendig, den einzuspritzenden Kraftstoff volumetrisch und zeitlich möglichst genau dosieren zu können, um zu einem jedem Zeitpunkt eine möglichst optimale Verbrennung und/oder eine möglichst vollständige Regenerierung eines Partikelfilters des Kraftfahrzeugs zu erreichen, da Drehmomentanforderungen des Verbrennungsmotors in Einspritzmengen umgerechnet werden, welche wiederum mit einer Einspritzdauer in Abhängigkeit eines Einspritzdrucks, eines Hubs der Düsennadel und einer Geometrie des Kraftstoffinjektors korrelieren.
Eine Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors hat immer negative Auswirkungen auf eine Verbrennung, also die dadurch entstehenden Schadstoffemissionen, und meist auch einen Verbrauch des Verbrennungsmotors. Insbesondere für direkt einspritzende Kraftstoffinjektoren gelten hohe Anforderungen an eine Genauigkeit der Einspritzmengen und eine Stabilität eines Stahlbilds unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffinjektors hinweg. Dies gilt viel mehr noch im Hinblick auf kleine Einspritzmengen, bei einem Mehrfach-Einspritz-Modus mit den dort verbundenen kurzen Einspritzabständen und/oder in einem Teilhubmodus einer Düsennadel.
Eine Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors wird durch die Düsennadel angesteuert, welche beispielsweise mittels eines durch einen Piezoaktor betätigbaren Servoventil antreibbar ist. Eine solchermaßen hydraulisch indirekt angetriebene Düsennadel ist Stand der Technik. – Die Düsennadel kann jedoch auch direkt ohne einen Umweg über ein Servoventil angesteuert werden. Bei einem solchen Kraftstoffinjektor kann eine Kopplung einer Bewegung des Piezoaktors und darauf folgend einer Bewegung der Düsennadel hydraulisch direkt erfolgen, was signifikante Vorteile mit sich bringt. Für solche hydraulisch direkt angetriebenen Kraftstoffinjektoren gelten dieselben Anforderungen wie für mittels Servoventil ansteuerbare Einspritzdüsen. Durch einen hydraulischen Direktantrieb ergeben sich jedoch weitere vorteilhafte Eigenschaften der Kraftstoffinjektoren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, insbesondere für hydraulisch direkt angetriebene Injektoren, ein verbessertes Herstellungsverfahren mit einem Kriterium für eine überwiegende Vielzahl der Injektoren anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren anzugeben. Des Weiteren ist eines eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Injektors sowie einen entsprechend verbesserten Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor anzugeben. Herbei sollen möglichst geringe Streuungen bei den Einspritzmengen der Injektoren untereinander wenigstens in deren Neuzuständen gewährleistet sein.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch ein Verfahren zum Herstellen von Injektoren, insbesondere von Kraftstoffinjektoren für Direkteinspritzsysteme von Kraftfahrzeugen, gemäß Anspruch 1; durch ein Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren, insbesondere zweier Kraftstoffinjektoren für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, gemäß Anspruch 3; durch ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, gemäß Anspruch 5; und mittels eines Injektors gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung der Erfindung.
Um bei einem Injektorkonzept mit hydraulisch direkt betätigbarer Düsennadel möglichst geringe Streuungen bei den Einspritzmengen in Betriebs- bzw. Testpunkten und/oder -bereichen bei den Injektoren untereinander wenigstens in deren Neuzuständen zu gewährleisten, hat es sich herausgestellt, eine Bilanz der Leckageströme bzw. -mengen und/oder bestimmte Druckdifferenzen innerhalb einer Düsen- und/oder Steuerbaugruppe eines einzelnen Injektors möglichst exakt einzustellen und/oder über eine Mehrzahl von Injektoren, z. B. die Injektoren eines einzelnen Einspritzsystems, oder über eine Vielzahl von Injektoren, z. B. die Injektoren eines Fertigungsloses, hinweg möglichst genau einzuhalten, also einzustellen, wobei die Fertigungstoleranzen nicht zu gering werden dürfen, um die Kosten nicht zu hoch werden zu lassen.
Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren, einem Verfahren zum Herstellen von Injektoren, also z. B. einem Fertigungslos von Injektoren, werden die Injektoren derart eingestellt bzw. hergestellt, dass eine Gesamtleckage und/oder eine Druckdifferenz an einem Übertragungspin des jeweiligen Injektors über eine ggf. überwiegende Mehrzahl oder eine überwiegende Vielzahl der Injektoren hinweg näherungsweise, hauptsächlich oder im Wesentlichen konstant ist. Hierbei können die Injektoren derart ausgebildet sein, dass die Gesamtleckagen und/oder die Druckdifferenzen an den Übertragungspins der Injektoren ein Maß für die Einspritzmengen und/oder -genauigkeiten der Injektoren ist.
D. h. ein Kriterium für ein Herstellen einer Vielzahl von Injektoren ist, z. B. neben reproduzierbaren Einspritzmengen, deren näherungsweise, hauptsächlich oder im Wesentlichen untereinander konstanten Gesamtleckagen, z. B. Gesamtleckageströme und/oder -mengen, und/oder deren näherungsweise, hauptsächlich oder im Wesentlichen untereinander konstanten Druckdifferenzen an deren Übertragungspins. Dieses Kriterium kann z. B. eine Nebenbedingung zu den Einspritzmengen sein. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die untereinander möglichst konstanten Gesamtleckagen und/oder untereinander möglichst konstanten Druckdifferenzen für eine Vielzahl von Betriebs- bzw. Testpunkten und/oder -bereichen der Injektoren gilt.
Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren, einem Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren, ist ein Kriterium für das Paaren der Injektoren eine Gesamtleckage und/oder eine Druckdifferenz an einem Übertragungspin des jeweiligen Injektors. Hierbei können die Injektoren derart gepaart werden, dass die Gesamtleckagen und/oder die Druckdifferenzen an den Übertragungspins der Injektoren hauptsächlich, im Wesentlichen oder nahezu gleich sind. D. h. eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, z. B. eine Einspritzanlage für einen Verbrennungsmotor, weist wenigstens zwei Injektoren auf. Die Injektoren sind gemäß der Erfindung derart ausgewählt, dass diese in wenigstens einem Betriebs- bzw. Testpunkt und/oder -bereich untereinander eine hauptsächlich, im Wesentlichen oder nahezu gleiche Gesamtleckage und/oder Druckdifferenz an ihren Übertragungspins aufweisen.
Die die entsprechenden Messwerte und/oder berechneten Werte für die Gesamtleckagen und/oder Druckdifferenzen in Relation setzenden Begriffe „näherungsweise“, „hauptsächlich“, „im Wesentlichen“ oder „nahezu“ sollen sich in folgende absteigende Reihenfolge einordnen lassen: (deutlich) verschieden (z. B. wenigstens das Zehnfache oder ein Zehntel), ungefähr, näherungsweise, hauptsächlich (nicht mehr als das Doppelte bzw. weniger als die Hälfte), im Wesentlichen, nahezu, identisch (bis auf eine oder zwei übliche Nachkommastellen). Der jeweils vorhergehende Begriff, also z. B. der Begriff „nahezu“, soll dabei den nachfolgenden Begriff, also in diesem Beispiel den Begriff „identisch“, mitumfassen.
Bei dem dritten erfindungsgemäßen Verfahren, einem Verfahren zum Herstellen eines Injektors, werden wenigstens zwei, bevorzugt drei, für Einspritzmengen, Leckagemengen und/oder Druckdifferenzen des Injektors relevante mechanische Spiele, insbesondere Paarungsspiele, aufeinander abgestimmt, insbesondere einander zugepaart. Das aufeinander Einstellen oder das einander Zupaaren der mechanischen Spiele des Injektors kann derart erfolgen, dass ein Leckagezufluss zu einem Steuerraum des Injektors im Wesentlichen oder wenigstens einem Leckageabfluss stromabwärts dieses Steuerraums entspricht. Ferner ist es möglich, dass eine Druckdifferenz zwischen einem Düsenraum und einem Steuerraum des Injektors im Wesentlichen gleich bleibt oder sich verringert. Dies kann alternativ oder zusätzlich auch auf eine Druckdifferenz zwischen dem oder einem Steuerraum und einem Leckageraum des Injektors angewendet werden.
In Ausführungsformen der Erfindung kann ein Sollpaarungsspiel einer Baugruppe des Injektors einem Istpaarungsspiel einer anderen Baugruppe des Injektors zugepaart werden, wobei ggf. ein Nominalpaarungsspiel der zugepaarten Baugruppe berücksichtigt wird. Dabei können einem mechanischen Spiel zwei oder mehr andere mechanische Spiele zugepaart werden, wobei die zwei oder mehr anderen mechanischen Spiele bevorzugt ebenfalls aufeinander abgestimmt bzw. einander zugepaart werden können. Dies kann z. B. gemäß der Erfindung erfolgen. D. h. es können z. B. drei mechanische Spiele aufeinander abgestimmt bzw. einander zugepaart werden, was bevorzugt sukzessive oder parallel erfolgt.
Erfolgt dies sukzessive, so wird einem ersten mechanischen Spiel ein bevorzugt möglichst optimales zweites Spiel zugepaart, welchem dann ein bevorzugt möglichst optimales drittes Spiel zugepaart wird. Es ist auch möglich, das zweite und dritte Spiel gemeinsam dem ersten Spiel zuzupaaren. Bei letzterer Ausführungsform der Erfindung lässt sich ein z. B. zu kleines, d. h. eventuell schädliches, Spiel vermeiden. Dies ist natürlich auch bei ersterer Ausführungsform möglich, solange das dritte Spiel beim Einrichten des zweiten Spiels bzw. umgekehrt als Nebenbedingung berücksichtigt wird. Diese Vorgehensweise ist natürlich auch auf zwei, vier oder mehr einander in einem kausalen Zusammenhang stehenden mechanischen Spielen des Injektors anwendbar.
In Ausführungsformen der Erfindung kann zu einer bereits an/in einem entstehenden Injektor verbauten Baugruppe mit einem Istpaarungsspiel, am/im entstehenden Injektor wenigstens eine Baugruppe mit einem dazu zugepaarten Sollpaarungsspiel verbaut werden. D. h. ein Zuordnen eines Sollpaarungsspiels einer zweiten Baugruppe zum Istpaarungsspiel einer ersten Baugruppe bzw. des bereits teilweise bestehenden Injektors folgt bevorzugt einer sukzessiv aufeinander aufbauenden Montage des Injektors. D. h. es ist bevorzugt den Injektor nach wie vor derart aufbauen zu können, dass nicht ein bereits montiertes Bauteil wieder demontiert werden muss, um ein betreffendes Spiel einstellen bzw. zupaaren zu können.
Gemäß der Erfindung können beispielsweise die mechanischen Spiele einer Düsennadel in einer Führung der Düsennadel, z. B. einer Düsennadelhülse, einem Übertragungspin in einer Zwischenplatte und/oder einem Steuerkolben in einer Steuerplatte aufeinander eingestellt oder einander zugepaart werden. Andere Bauteile bzw. Baugruppen sind natürlich anwendbar. Das aufeinander Einstellen oder Zupaaren der mechanischen Spiele für einen Injektor, kann aufgrund von wenigstens einem Testpunkt und/oder wenigstens einer Testreihe für einzelne Baugruppen oder aneinander montierten Baugruppen oder Bauteilen erfolgen. D. h. Messwerte für Drücke, Leckagen, Abmessungen und/oder andere Parameter können bei einem oder einer Mehrzahl von Testpunkten und/oder Testreihen für eine einzelne betreffende Baugruppe oder für aneinander montierte Baugruppen oder Bauteile für einen hypothetischen Injektor ermittelt werden.
In Ausführungsformen der Erfindung kann ein betreffendes mechanisches Spiel, also ein Istpaarungsspiel, durch eine Gasleckagemessung, durch eine Durchflussmessung, durch Durchmesserbestimmungen und/oder durch Formbestimmungen ermittelt werden. Das Verfahren kann zeitlich nach einer getrennten Vormontage von wenigstens zwei einzelnen Baugruppen durchgeführt werden. Gemäß der Erfindung wird das aufeinander Einstellen oder einander Zupaaren der wenigstens zwei einzelnen Baugruppen für eine Endmontage eines Injektors berücksichtigt. Ferner kann das Verfahren bei einer Endmontage des Injektors durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Injektor als ein erfindungsgemäßer Injektor ausgebildet sein (siehe unten).
Bei dem erfindungsgemäßen Injektor, insbesondere dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, sind wenigstens zwei für Einspritzmengen, Leckagemengen und/oder Druckdifferenzen des Injektors relevante mechanische Spiele, insbesondere Paarungsspiele, aufeinander abgestimmt, insbesondere einander zugepaart. Die aufeinander eingestellten oder einander zugepaarten mechanischen Spiele können beispielsweise die einer Düsennadel in einer Führung der Düsennadel, z. B. einer Düsennadelhülse, einem Übertragungspin in einer Zwischenplatte und/oder einem Steuerkolben in einer Steuerplatte sein. Bevorzugt ist der Injektor frei von einem die Einspritzmengen des Injektors ansteuernden Steuerventil oder Servoventil. Ein Aktor des Injektors ist bevorzugt ein Piezoaktor. Ferner kann der Injektor mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, bei einer Injektormontage mit einem vergleichsweise geringen Aufwand eine gute bis sehr gute, d. h. möglichst optimale, Kombination von Paarungsspielen für die Bauteilpaarungen einzurichten bzw. herzustellen. Gemäß der Erfindung wird eine Injektor/Injektor-Streuung bei einer Montage der Injektoren dadurch verringert, dass funktionsrelevante Paarungsspiele für eine abfließende Leckage einerseits und eine zufließende Leckage andererseits, in geeigneter Weise innerhalb eines Montageprozesses der Injektoren aufeinander abgestimmt werden. Damit wird die Streuung in einer Serienfertigung bezogen auf eine Injektorfunktion verkleinert, und ein Anteil derjenigen Injektoren, welche geforderte Toleranzen ihrer Einspritzmengen nicht einhalten, kann reduziert werden. Somit kann auch ein Aufwand an notwendiger Nacharbeit verringert werden. Dies wirkt sich einzeln und in Summe in einer Verringerung der Herstellkosten aus.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Elemente oder Bauteile, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/oder Funktion besitzen, sind in verschiedenen Figuren (Fig.) der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In den Fig. der Zeichnung zeigen:
1 eine Längsseitenansicht eines erfindungsgemäßen Injektors für ein Common-Rail-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, welche mittig und unten zentral geschnitten dargestellt ist;
2 eine zentral geschnittene, oben und unten weggebrochen dargestellte, detaillierte Längsseitenansicht einer Steuerbaugruppe des Injektors aus 1, mit einem hydraulischen Direktantrieb einer Düsennadel;
3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum aufeinander Abstimmen oder einander Zupaaren dreier mechanischer Spiele innerhalb einer Düsenbaugruppe des Injektors;
4 ein zur 3 analoges Ablaufdiagramm, welches eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim aufeinander Abstimmen oder einander Zupaaren der drei mechanischen Spiele repräsentiert;
5 ein schematisches Diagramm gemäß den 3 bzw. 4 zum Auswählen eines zweiten und dritten mechanischen Spiels aufgrund eines Istwerts eines ersten mechanischen Spiels; und
6 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäß vereinfachten Verfahrens, wobei dem Istwert des ersten mechanischen Spiels eine Summe des zweiten und dritten mechanischen Spiels zugepaart wird.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines piezoelektrisch betriebenen Common-Rail-Dieselinjektors 1 für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs näher erläutert (siehe 1). Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Dieselinjektoren 1 beschränkt, sondern kann z. B. auch auf Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektoren oder Benzininjektoren mit einer ein- oder mehrteiligen Düsennadel angewendet werden, und für Benzininjektoren typische Bezeichnungen können der Bezugszeichenliste entnommen werden. Daher ist nachfolgend nur die Rede von einem Injektor 1. Ein einspritzbares Fluid kann ein Kraftstoff sein, es ist jedoch natürlich möglich, mittels eines erfindungsgemäßen Injektors ein anderes Fluid, wie z. B. Wasser, ein Öl oder ein beliebiges anderes Prozessfluid einzuspritzen. D. h. der erfindungsgemäße Injektor ist nicht auf die Automobilindustrie beschränkt.
Die 1 zeigt den Injektor 1 im Wesentlichen in einem Schnittbild, wobei der Injektor 1 eine Düsenbaugruppe 10 und eine Injektorbaugruppe 40 umfasst. Die Düsenbaugruppe 10 und die Injektorbaugruppe 40 sind mittels einer Düsenspannmutter 60 fluiddicht aneinander festgelegt. Die Injektorbaugruppe 40 weist einen Injektorkörper 400 auf, in welchem ein Aktor 410 vorgesehen ist, der bevorzugt als Piezoaktor 410 ausgebildet ist. Es ist jedoch auch ein elektromagnetischer Aktor anwendbar. Im vorliegenden Beispiel treibt der Piezoaktor 410 eine einteilige, bevorzugt integrale, Düsennadel 110 hydraulisch direkt an (siehe auch 2). Die einteilige nach innen öffnende Düsennadel 110 kann ggf. zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein und/oder nach außen öffnend im Injektor 1 eingerichtet sein.
Der Injektorkörper 400 weist einen hochdruckseitigen Fluidanschluss (nicht zu sehen) für den einzuspritzenden Kraftstoff auf, wobei der Fluidanschluss mit einer im Injektorkörper 400 ausgebildeten Hochdruckbohrung 402 in Fluidkommunikation steht. Über den hochdruckseitigen Fluidanschluss ist der Injektor 1 mit einem Hochdruckfluidkreis (nicht dargestellt) hydraulisch verbindbar. Die Hochdruckbohrung 402 versorgt die Düsenbaugruppe 10 und somit einen Düsenraum 102 des Injektors 1 mit Kraftstoff unter Hochdruck p_R, z. B. einem sogenannten Raildruck p_R (Common-Rail-System). Im Düsenraum 102 herrscht während eines Betriebs des Injektors 1 im Wesentlichen immer ein aktualer Hoch- bzw. Höchstdruck p₁₀₂ = p_R.
Die Düsenbaugruppe 10 weist einen Düsenkörper 100 mit wenigstens einem Spritzloch (nicht dargestellt) in seiner Düse 104 und den Düsenraum 102 auf, wobei die Düsennadel 110 im Düsenraum 102 verschieblich angeordnet und abschnittsweise gelagert ist. Die Düsennadel 110 wird über einen Energiespeicher 114, bevorzugt eine Düsennadelfeder 114, in Richtung ihres Düsennadelsitzes innen in der Düse 104 gedrückt, um auch in einem elektrisch nicht bestromten Zustand des Piezoaktors 410 sicher geschlossen zu sein. Je nach einer Ansteuerung des Piezoaktors 410 wird die Düsennadel 110 entweder in ihren Düsennadelsitz gedrückt oder bewegt sich vom Düsennadelsitz weg, wodurch Kraftstoff einspritzbar ist.
Die Düsenbaugruppe 10 beherbergt ferner eine sich zwischen dem Düsenkörper 100 und der Injektorbaugruppe 40 befindliche Steuerbaugruppe 20 zum Ansteuern der Düsennadel 110 ausgehend von einer Längung des Piezoaktors 410 in Abhängigkeit von dessen Energie E bzw. Ladung E, also einer daran angelegten elektrischen Spannung. Die 2 zeigt die Komponenten der Steuerbaugruppe 20 für eine direkte hydraulische Kopplung einer Längungsbewegung des Piezoaktors 410 und einer dadurch hervorgerufenen Bewegung der Düsennadel 110. Der Piezoaktor 410 weist hierfür eine Bodenplatte 412 mit einem bevorzugt integralen Betätigungsfortsatz auf, der in einem direkten mechanischen Kontakt mit einem Übertragungspin 212 steht, der mit einem sehr kleinen Spiel in eine Pinbohrung 211 einer Zwischenplatte 210 der Steuerbaugruppe 20 eingepasst und/oder eingepaart ist.
Ein Paarungsspiel des Übertragungspins 212 in der Pinbohrung 211 ist derart klein gewählt, z. B. ca. 1µm, dass auch bei einem hohem Raildruck p_R von bis über 2.500bar lediglich eine kleine Kraftstoffleckage L am Übertragungspin 212 auftritt (tropfen). Die Pinbohrung 211 verbindet dabei einen ersten Steuerraum 22, der auch als Kolbensteuerraum 22 bezeichnet wird und in dem ein etwas geringerer Kraftstoffdruck als der aktuale Raildruck p_R > p₂₂ herrscht, mit einem Leckageraum 42 des Injektors 1, der bevorzugt mit einem Umgebungsdruck p_∞ in permanenter Fluidkommunikation steht. Der Leckageraum 42 ist bevorzugt in Fluidkommunikation mit einem Leckageanschluss 404 des Injektors 1. Am Übertragungspin 212 herrscht eine große Druckdifferenz ∆p = p₂₂ – p_∞ die z. B. bei den oben angenommen 2.500bar Höchstdruck und einem geschlossenen Injektor 1 durchaus einen Wert von 2.450 bar überschreiten kann.
Der erste Steuerraum 22 steht durch eine Verbindungsbohrung 17 durch einen Abschnitt der Steuerbaugruppe 20 hindurch mit einem zweiten Steuerraum 12, dem sogenannten Nadelsteuerraum 12 bevorzugt in permanenter Fluidkommunikation. Im zweiten Steuerraum 12 herrscht ebenso wie im ersten Steuerraum 22 ein etwas geringerer Kraftstoffdruck als Raildruck p_R > p₁₂, wobei die Drücke p₁₂ ≈/= p₂₂ in den Steuerräumen 12, 22 zumindest bei geschlossenem Injektor 1 im Wesentlichen gleich sind. Insgesamt gilt: p_∞ = p₄₂ << p₁₂ ≈/= p₂₂ ≤ p_R = p₁₀₂. In der Verbindungsbohrung 17 kann eine als Fluiddrossel 232 ausgebildete Dämpfungsdrossel 232 vorgesehen sein, welche bevorzugt in einer separaten Platte 230 der Steuerbaugruppe 20 ausgebildet ist.
Ein Hub (Längung) des Piezoaktors 410 wird mittels des Übertragungspins 212, der auch als Leckagepin 212 bezeichnet wird, auf einen Steuerkolben 222 übertragen, der in eine Kolbenbohrung 221 einer Steuerplatte 220 der Steuerbaugruppe 20 eingepasst und/oder eingepaart ist. Der Übertragungspin 212 greift am/im ersten Steuerraum 22 an einer oberen Stirnfläche 223 des Steuerkolbens 222 an, wobei der Steuerkolben 222 an seiner unteren Stirnfläche 224 durch einen bevorzugt als eine Spiralfeder 225 ausgebildeten Energiespeicher 225 abgestützt ist. An der unteren Stirnfläche 224 des Steuerkolbens 222 herrscht bevorzugt im Wesentlichen Raildruck p_R, wobei diese Stirnfläche 224 bevorzugt in permanenter Fluidkommunikation mit dem Düsenraum 102 steht.
Der zweite Steuerraum 12 wird von einer Stirnfläche eines oberen Längsendabschnitts 112 der Düsennadel 110, dem sogenannten Nadelkolben 112, einer Wandung einer Nadelbohrung 121 in einer oberen Führung 120 der Düsennadel 110, bevorzugt einer Düsennadelhülse 120, und einer unteren Stirnfläche der Platte 230 gebildet. Der Nadelkolben 112 der Düsennadel 110 ist dabei einer Düsennadelspitze der Düsennadel 110 bzw. der Düse 104 des Düsenkörpers 100 abgewandt. – Diese kurz dargelegte Ausführungsform des Injektors 1 ist natürlich nicht restriktiv zu verstehen. Die Erfindung ist auf eine Vielzahl anderer Ausführungsformen von Injektoren, solange sich eine Leckage L und/oder ein Druckabfall ∆p innerhalb des Injektors als ein Gütemaß für den Injektor verwenden lässt, anwendbar.
Durch die Bewegung des Steuerkolbens 222 aufgrund eines Hubs des Piezoaktors 410 wird im ersten Steuerraum 22 ein Druckabfall ∆p₂₂ erzeugt, welcher über die Verbindungsbohrung 17 und ggf. zeitverzögert durch die optionale Fluiddrossel 232 auf die obere Stirnfläche der Düsennadel 110 im zweiten Steuerraum 12 übertragen wird. Wenn dieser Druckabfall ∆p₁₂ ≈/= ∆p₂₂ einen bestimmten Wert überschreitet, öffnet die Düsennadel 110 und eine Einspritzung von Kraftstoff kann erfolgen. Ein Hub der Düsennadel 110 kann ab einem Öffnen der Düsennadel 110 über eine Variation des Hubs des Piezoaktors 410 gesteuert bzw. geregelt werden. Der Hub des Piezoaktors 410 kann über eine Variation von dessen intrinsischer elektrischer Energie E, also der an ihm anliegenden Spannung, verändert werden.
Beim Entladen des Piezoaktors 410 verkürzt sich dieser und der auf/an der unteren Stirnfläche 224 des Steuerkolbens 222 wirkende Raildruck p_R aus dem Düsenraum 102 des Düsenkörpers 100 zusammen mit der ebenfalls in diese Richtung wirkenden Federkraft des Federelements 225 wird der Steuerkolben 222 in seine Ausgangsposition zurück geschoben, welche von einer Position des Übertragungspins 212 determiniert ist. Dadurch wird die Düsennadel 110 korrespondierend zur Bewegung des Piezoaktors 410 wieder in ihre Schließposition verschoben und das Einspritzen von Kraftstoff wird beendet. Die Düsennadelfeder 114 hält die Düsennadel 110 sicher geschlossen an/auf ihrem Sitz in der Düse 104 des Düsenkörpers 100.
Vorliegend weist der Injektor 1 drei innere Leckagen L bzw. Leckageströme L bzw. -mengen L auf. Zunächst eine Leckage L₁₁₂ an der Düsennadel 110 bzw. deren Nadelkolben 112, also zwischen der Düsennadelhülse 120 und dem Nadelkolben 112 durch die Nadelbohrung 121 hindurch. Dies ist ein Leckagezufluss L₁₁₂ in den zweiten Steuerraum 12 direkt stromabwärts der Düsennadel 110. Und als einen zweiten Leckagezufluss L₂₂₂ eine Leckage L₂₂₂ am Steuerkolben 222, also zwischen der Steuerplatte 220 und dem Steuerkolben 222 durch die Kolbenbohrung 211 hindurch. Dies ist ein Leckagezufluss L₂₂₂ in den ersten Steuerraum 22 direkt stromabwärts des Steuerkolbens 222. Als ein Leckageabfluss L₂₁₂ bzw. eine Gesamtleckage L₂₁₂ des Injektors 1 ergibt sich eine Leckage L₂₁₂ am Übertragungspin 212, also zwischen der Zwischenplatte 210 und dem Übertragungspin 212 durch die Pinbohrung 211 hindurch in den Leckageraum 42.
Eine Leckagebilanz der inneren Leckagen L₁₂₂, L₂₁₂, L₂₂₂ des Injektors 1 bezüglich des Übertragungspins 212 ergibt sich zu L₂₁₂ = L₁₂₂ + L₂₂₂ über einen längeren Zeitraum hinweg. Eine Leckage L ist hier immer die Folge einer Druckdifferenz ∆p des Kraftstoffs an/in einem Bauteil bzw. an/in einer Baugruppe. – Gemäß der Erfindung werden Leckagen L und/oder Druckdifferenzen ∆p innerhalb der Düsenbaugruppe 10 und/oder der Steuerbaugruppe 20 gepaart bzw. eingestellt; d. h. entsprechende Bauteile und/oder Baugruppen werden im Sinn einer Auslesepaarung gepaart, was im Folgenden näher erläutert ist. Insbesondere bilden die bevorzugt selbst untereinander gepassten und/oder gepaarten Bauteile: Übertragungspin 212 und Zwischenplatte 210, Steuerkolben 222 und Steuerplatte 220, sowie Düsennadel 110 bzw. Nadelkolben 112 und Düsennadelhülse 120 drei solche Baugruppen im Sinne der Erfindung.
Wenn die Düsennadel 110 geschlossen ist, kommt es durch die Leckage L₂₁₂ am Übertragungspin 212 – der Kraftstoffdruck in einem stromabwärtigen Leckagepfad hin zum Leckageanschuss 404 entspricht etwa dem Umgebungsdruck p_∞ (siehe oben) – auch zu einem Abfluss von Kraftstoff aus dem ersten Steuerraum 22, welcher zu einem Druckabfall ∆p im ersten Steuerraum 22 auf den Druck p₂₂ führt. Dieser Leckageabfluss L₂₁₂ wird durch einen Leckagezufluss L₁₁₂ + L₂₂₂ in der Düsennadelhülse 120 und am Steuerkolben 222 kompensiert. Für diesen Leckagezufluss L₁₁₂ L₂₂₂ wirkt eine Druckdifferenz ∆p = p_R – p₁₂ bzw. ∆p = p_R – p₂₂ zwischen dem Druck p₁₂, p₂₂ im Steuerraum 12, 22 und dem Raildruck p_R als treibende Kraft. Daher wird gemäß der Erfindung der Steuerkolben 222 in die Kolbenbohrung 221 sowie ein oberer Durchmesser der Düsennadel 110 in die Düsennadelhülse 120 mit einem zu definierendem Paarungsspiel eingepasst.
Aufgrund der oben beschriebenen Leckagebilanz L₂₁₂ = L₁₂₂ + L₂₂₂ ergibt sich eine Druckdifferenz ∆p zwischen dem Raildruck p_R und einem Druck p₁₂, p₂₂ im betreffenden Steuerraum 12, 22 direkt aus den am Übertragungspin 212, am Steuerkolben 222 und in der Düsennadelhülse 120 eingestellten Spielen, insbesondere Paarungsspielen von Auslesepaarungen. Eine solche ‚initiale Druckdifferenz’ ∆p hat als Folge eine Reduktion einer schießenden Kraft auf die Düsennadel 110 und beeinflusst daher einen Öffnungs- und auch Schließzeitpunkt des Injektors 1. Es ergibt sich durch die drei Spiele ein Einfluss auf eine Dosiergenauigkeit des Injektors 1. Um diesen Einfluss auf die Einspritzmengen des Injektors 1 zu reduzieren und um geringe Injektor/Injektor-Streuungen zu erreichen, wird gemäß der Erfindung eine Kombination der Paarungsspiele vor oder während einer Montage der Injektoren 1 optimiert, d. h. verbessert. Dies ist beispielhaft im Folgenden erläutert.
Die abströmende Leckage L₂₁₂ wird im Wesentlichen über das Paarungsspiel zwischen dem Übertragungspin 212 und der Zwischenplatte 210 festgelegt. Da es derzeit noch sehr aufwändig ist, Formtoleranzen der Pinbohrung 211 in der Zwischenplatte 210 und dem Übertragungspin 212 geometrisch hinreichend genau zu erfassen, kann auch z. B. mittels einer Gasleckagemessung während der Montage, einer Vormontage und/oder einer Testmontage ein Integralwert bezüglich eines zu erwartenden Leckageabflusses L₂₁₂ ermittelt werden. Dieser erwartete Wert des Leckageabflusses L₂₁₂ legt Sollwerte ∆d_soll der Paarungsspiele für den Steuerkolben 222 in der Steuerplatte 220 und den Nadelkolben 112 in der Düsennadelhülse 120 fest.
In einem folgenden Montageschritt wird der Steuerkolben 222 der Steuerplatte 220 bzw. deren Kolbenbohrung 211 zugepaart. Ein sich ergebendes Istpaarungsspiel ∆d_ist kann vom Sollpaarungsspiel ∆d_soll im Rahmen einer erlaubten Toleranz abweichen. Um einen Ziel-Steuerraumdruck ∆p₁₂ ≈/= ∆p₂₂ zur Erreichung eines Leckage-Gleichgewichts (abfließende Leckage L₂₁₂ = Summe der zufließenden Leckagen L₁₂₂, L₂₂₂) möglichst exakt zu treffen, ist ein Sollwert ∆d_soll des Paarungsspiels für die Düsennadel 110 in der Düsennadelhülse 120 in einer Abhängigkeit des Istpaarungsspiels ∆d_ist des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220 zu wählen.
Ein Durchfluss von Kraftstoff durch einen idealen Ringspalt ist bei vorgegebener Druckdifferenz ∆p und Viskosität des Kraftstoffs proportional zum Durchmesser eines Ringspalts multipliziert mit der dritten Potenz des Spaltmaßes geteilt durch eine Spaltlänge. Eine Exzentrizität von Spielpassungen kann einen resultierenden Durchfluss von Kraftstoff im Bereich von einem Faktor 0,5 bis 2,5 beeinflussen. Dieser Parameter kann bei Bedarf z. B. auf statistischer Basis berücksichtigt werden. Basierend auf diesem Zusammenhang lässt sich in Abhängigkeit einer Abweichung des Spiels des Steuerkolbens 222 vom Sollwert ∆d_soll der Sollwert ∆d_soll des Paarungsspiels der Düsennadelhülse 120 ggü. der Düsennadel 110 ermittelt, d. h. berechnet werden.
Es ergibt sich folgende Formel für das Sollpaarungsspiel ∆d_{120_soll} der Düsennadelhülse 120, also der Düsennadel 110 bzw. deren Nadelkolbens 112 in der Düsennadelhülse 120 bzw. der Nadelbohrung 121:
mit den Variablen:

l₁₂₀: einer Länge der Düsennadelhülse 120;
d₂₂₂: einem Durchmesser des Steuerkolbens 222;
l₂₂₂: einer Länge des Steuerkolbens 222;
d₁₂₀: einem Innendurchmesser der Düsennadelhülse 120;
∆d_{222_nom}: einem Nominalpaarungsspiel des Steuerkolbens 222, also des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220 bzw. deren Kolbenbohrung 221;
∆d_{222_ist}: einem Istpaarungsspiel des Steuerkolbens 222, also des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220 bzw. deren Kolbenbohrung 221; und
∆d_{120_nom}: einem Nominalpaarungsspiel der Düsennadelhülse 120, also der Düsennadel 110 bzw. deren Nadelkolbens 112 in der Düsennadelhülse 120 bzw. deren Nadelbohrung 121.

In 3 ist dieses erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Das angewendete erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch in einer umgekehrten Reihenfolge anwenden, sodass das Spiel an der Düsennadelhülse 120 (anderes bzw. zweites mechanisches Spiel) als Ausgangsparameter verwendet wird und ein einzustellendes Spiel am Steuerkolben 222 (anderes bzw. drittes mechanisches Spiel) daraus berechnet wird, was im Ablaufdiagramm in der 4 verdeutlicht ist. Die 5 zeigt ein den 3 bzw. 4 analoges Diagramm zum Auswählen des zweiten bzw. dritten mechanischen Spiels aufgrund des Istwerts eines ersten mechanischen Spiels am Übertragungspin 212 (mechanisches Ausgangsspiel). – Prinzipiell ist es möglich, ein jegliches der drei Spiele als Ausgangsspiel anzuwenden und die beiden anderen Spiele, wiederum egal in welcher Reihenfolge, gemäß der Erfindung einzustellen, also die betreffenden Baugruppen zu paaren.
Ferner kann eine Vereinfachung der erfindungsgemäßen Berechnung beispielsweise dahingehend erfolgen, dass in Abhängigkeit des Istpaarungsspiels ∆d_ist des Übertragungspins 212 in der Zwischenplatte 210 bzw. des Messwerts aus der Gasleckagemessung ein Sollwert ∆d_soll für eine Summe (der Paarungsspiele) aus dem Paarungsspiel am Steuerkolben 222 und dem Paarungsspiel in der Düsennadelhülse 120 ermittelt wird. Das Sollpaarungsspiel ∆d_soll für die Düsennadel 110 in der Düsennadelhülse 120 ergibt sich aus einer Differenz zwischen der festgelegten Summe der Paarungsspiele und einem ermittelten Istpaarungsspiel ∆d_ist des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220. Damit kann auch verhindert werden, dass beide Paarungsspiele an einer Toleranzober- bzw. -untergrenze zu liegen kommen, was unerwünschte Effekte zeitigt.
In 6 ist dieses Verfahren schematisch dargestellt. Auch hier kann eine Reihenfolge zwischen dem Paarungsspiel des Steuerkolbens 222 in der Kolbenbohrung 221 und dem Paarungsspiel des Nadelkolbens 112 in der Düsennadelhülse 120 umgekehrt werden. – Da sich insbesondere zu geringe Paarungsspiele für die zufließende Leckage L₁₂₂ + L₂₂₂ auf Abweichungen in den Einspritzmengen des Injektors 1 auswirken, kann noch ein weiter vereinfachtes erfindungsgemäßes Kriterium in der Form angewendet werden, dass die Summe der Paarungsspiele am Steuerkolben 222 und in der Düsennadelhülse 120 größer als ein Sollwert (z. B. abhängig von einem Ergebnis der oben beschriebenen Gasleckagemessung am Übertragungspin 212) sein muss. D. h. es erfolgt nur dann eine Korrektur, wenn dieser Sollwert unterschritten wird; z. B. durch ein Vorsehen einer Düsenbaugruppe 10 mit einem vergleichsweise großen Paarungsspiel zwischen der Düsennadel 110 bzw. deren Nadelkolben 112 und der Düsennadelhülse 120.
Gemäß der Erfindung erfolgt eine Paarung von wenigstens zwei Baugruppen des Injektors 1 zueinander, wobei wenigstens eine dieser Baugruppen selbst eine Folge einer Paarung zweier Bauteile dieser Baugruppe ist. Es werden also Paarungen gepaart, d. h. gepaarte Bauteile, nämlich die der ersten Baugruppe, werden zu gepaarten Bauteilen, nämlich die der zweiten Baugruppe, in der Form zugepaart, dass die Paarung der zweiten Baugruppe in Bezug auf die Paarung der ersten Baugruppe eingerichtet, d. h. gepaart wird. Sämtliche Paarungen können als Auslesepaarung betrachtet werden. Diese Paarungen wirken dabei im Injektor 1 fluidmechanisch wenigstens zeitweise derart zusammen, dass ein Durchfluss von Kraftstoff durch die erste „Paarung“ hindurch einen Einfluss auf einen Durchfluss des Kraftstoffs durch die zweite „Paarung“ hindurch hat.
Das Paaren von Paarungen lässt sich natürlich auch auf drei (siehe oben) oder mehr Baugruppen, die aus gepaarten Bauteilen bestehen können, angewendet werden. Ferner ist es gemäß der Erfindung auch möglich, statt einer Baugruppe ein einzelnes Bauteil, das in einem solchen Fall als eine Baugruppe bezeichnet werden kann, einer Baugruppe aus bereits gepaarten Bauteilen zuzupaaren. Eine Reihenfolge des Zupaarens von Baugruppen, also des Paarens von Paarungen kann prinzipiell beliebig erfolgen, wobei eine Ausgangsbaugruppe bevorzugt möglichst nominal in Bezug auf ihren Durchfluss von Kraftstoff gepaart ist. Die Ausgangsbaugruppe ist bevorzugt diejenige Baugruppe, welche als erstes von den einander zuzupaarenden Baugruppen am Injektor 1 montiert wird.
Eine bevorzugte Ausgangsbaugruppe ist daher der Übertragungspin 212 in der Pinbohrung 211 der Zwischenplatte 210. Das weitere Zupaaren erfolgt dann bevorzugt einem fortschreitenden Aufbau des Injektors 1 in der Form, dass bereits montierte Baugruppen bevorzugt nicht mehr demontiert werden müssen. Ein jeweiliger Teil-Injektor (1) determiniert aufgrund seines gemessenen, berechneten und/oder abgeschätzten Leckageverhaltens ein Zupaaren der noch zu montierenden Baugruppe(n) bzw. Bauteile(n). Andere Reihenfolgen des Zupaarens bzw. der Montage des Injektors 1 sind natürlich anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Injektor, Kraftstoffinjektor, Common-Rail-/Piezo-Kraftstoffinjektor, Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektor, Dieselinjektor, Benzininjektor
10: Düsenbaugruppe, Einspritzmodul
12: zweiter Steuerraum, Nadelsteuerraum, p₁₂
17: Verbindungsbohrung/-leitung zwischen erstem 22 und zweitem Steuerraum 12
20: Steuerbaugruppe der Düsenbaugruppe 10 zum Ansteuern der Düsennadel 110
22: erster Steuerraum, Kolbensteuerraum, p₂₂
40: Injektorbaugruppe, Antriebsmodul
42: Leckageraum (Gesamtleckage L₂₁₂ bevorzugt lediglich am Übertragungspin 212), p₄₂
60: Düsenspannmutter, Ventilspannmutter
100: Düsenkörper
102: Düsenraum, Düsenbohrung, p₁₀₂
104: Düse, Einspritzdüse, Ventil
110: Düsennadel, Einspritznadel, ggf. zwei-/mehrteilig, nach innen oder außen öffnend
112: oberer Längsendabschnitt der Düsennadel 110, Nadelkolben, der Düse 104 bzw. einem Ventil des Injektors 1 abgewandt
114: Energiespeicher, Federelement, Spiralfeder, Druckfeder, Düsennadelfeder, Einspritznadelfeder für Vorspannung der Düsennadel 110
120: (obere) Führung der Düsennadel 110, Düsennadelhülse
121: Nadelbohrung
210: Zwischenplatte
211: Pinbohrung
212: Übertragungspin, Leckagepin, ∆p (p₂₂ – p_∞) hoch
220: Steuerplatte
221: Kolbenbohrung
222: Steuerkolben
223: obere Stirnfläche Steuerkolben 222, Begrenzung des Kolbensteuerraums 22, p₂₂
224: untere Stirnfläche des Steuerkolbens 222, p_R
225: Energiespeicher, Federelement, Spiralfeder, Druckfeder für Vorspannung des Steuerkolbens 222
230: Platte
232: Fluiddrossel, Dämpfungsdrossel
400: Injektorkörper, Injektorgehäuse mit Hochdruckleitung
402: zu Düsenraum 102
402: Hochdruckbohrung/-leitung in Fluidverbindung mit Düsenraum 102 durch die Steuerbaugruppe 20 hindurch, p_R
404: Leckageanschuss
410: Aktor, Piezoaktor, elektromagnetischer Aktor
412: Bodenplatte des Aktors 410 bevorzugt mit integralem Betätigungsfortsatz für den Übertragungspin 212
L: (Kraftstoff-)Leckage, Leckagestrom, Leckagemenge (allgemein)
L₁₁₂: Leckage(-strom/-menge) an der Düsennadel 110 (Nadelkolben 112), also zwischen Düsennadelhülse 120 und Düsennadel 110 durch Nadelbohrung 121 hindurch, Leckagezufluss; Korrektur durch mechanisches Spiel (anderes mechanisches Spiel)
L₂₁₂: Leckage(-strom/-menge) am Übertragungspin 212, also zwischen Zwischenplatte 210 und Übertragungspin 212 durch Pinbohrung 211 hindurch, Leckagebilanz: L₂₁₂ = L₁₂₂ + L₂₂₂, Leckageabfluss, Gesamtleckage; aufgrund von mechanischem Ausgangsspiel (mechanisches Spiel)
L₂₂₂: Leckage(-strom/-menge) am Steuerkolben 222, also zwischen Steuerplatte 220 und Steuerkolben 222 durch Kolbenbohrung 211 hindurch, Leckagezufluss; Korrektur durch mechanisches Spiel (anderes mechanisches Spiel)
∆p: Druckabfall, Druckdifferenz (allgemein)
p_∞: Umgebungsdruck mit p_∞ = p₄₂ << p₁₂ ≈/= p₂₂ ≤ p_R = p₁₀₂
p₁₂: Druck im Nadelsteuerraum 12, z. B. p₁₂ = p_R – 25bar bis p_R – 300bar
p₂₂: Druck im Kolbensteuerraum 22, z. B. p₁₂ = p_R – 25bar bis p_R – 300bar
p₄₂: Druck im Leckageraum 42, p₄₂ = p_∞
p_R: Raildruck, aktueller Hoch- bzw. Höchstdruck im Injektor 1 bis über 2.500bar, p_R = p₁₀₂
∆d_soll: Sollpaarungsspiel (allgemein)
∆d_ist: Istpaarungsspiel (allgemein)
∆d_nom: Nominalpaarungsspiel (allgemein)
∆d_{120_soll}: Sollpaarungsspiel Düsennadelhülse 120, also der Düsennadel 110 in der Düsennadelhülse 120 bzw. der Nadelbohrung 121
∆d_{120_nom}: Nominalpaarungsspiel Düsennadelhülse 120, also der Düsennadel 110 in der Düsennadelhülse 120 bzw. der Nadelbohrung 121
∆d_{222_ist}: Istpaarungsspiel Steuerkolben 222, also des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220 bzw. der Kolbenbohrung 221
∆d_{222_nom}: Nominalpaarungsspiel Steuerkolben 222, also des Steuerkolbens 222 in der Steuerplatte 220 bzw. der Kolbenbohrung 221
d₁₂₀: (Innen-)Durchmesser der Düsennadelhülse 120
l₁₂₀: Länge der Düsennadelhülse 120
d₂₂₂: Durchmesser des Steuerkolbens 222
l₂₂₂: Länge des Steuerkolbens 222
E: Energie, Ladung, korrespondiert mit der am Aktor 410 anliegenden elektrischen Spannung

Claims

Verfahren zum Herstellen von Injektoren, insbesondere von Kraftstoffinjektoren (1) für Direkteinspritzsysteme von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (1) derart hergestellt werden, dass eine Gesamtleckage (L₂₁₂) und/oder eine Druckdifferenz (∆p = p₁₂ – p_∞, ∆p = p₂₂ – p_∞) an einem Übertragungspin (212) des jeweiligen Injektors (1) über eine überwiegende Vielzahl der Injektoren (1) hinweg näherungsweise, hauptsächlich oder im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (1) derart ausgelegt sind, dass die Gesamtleckagen (L₂₁₂) und/oder die Druckdifferenzen (∆p = p₁₂ – p_∞, ∆p = p₂₂ – p_∞) an den Übertragungspins (212) der Injektoren (1) ein Maß für die Einspritzmengen der Injektoren (1) ist.
Verfahren zum Paaren wenigstens zweier Injektoren, insbesondere zweier Kraftstoffinjektoren (1) für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kriterium für das Paaren der wenigstens zwei Injektoren (1) eine Gesamtleckage (L₂₁₂) und/oder eine Druckdifferenz (∆p = p₁₂ – p_∞, ∆p = p₂₂ – p_∞) an einem Übertragungspin (212) des jeweiligen Injektors (1) ist.
Verfahren gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Injektoren (1) derart gepaart werden, dass die Gesamtleckagen (L₂₁₂) und/oder die Druckdifferenzen (∆p = p₁₂ – p_∞, ∆p = p₂₂ – p_∞) an den Übertragungspins (212) der Injektoren (1) hauptsächlich, im Wesentlichen oder nahezu gleich sind.
Verfahren zum Herstellen eines Injektors, insbesondere eines Kraftstoffinjektors (1) für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei für Einspritzmengen, Leckagemengen (L₁₁₂, L₂₁₂, L₂₂₂) und/oder Druckdifferenzen (∆p = p_R – p₁₂ ≈/= ∆p = p_R – p₂₂) des Injektors (1) relevante mechanische Spiele (110/120, 210/212, 220/222), insbesondere Paarungsspiele (110/120, 210/ 212, 220/222), einander zugepaart werden.
Herstellungsverfahren gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das einander Zupaaren der mechanischen Spiele (110/120, 210/212, 220/222) des Injektors (1) derart erfolgt, dass ein Leckagezufluss (L₁₁₂, L₂₂₂) zu einem Steuerraum (22) des Injektors (1) im Wesentlichen oder wenigstens einem Leckageabfluss (L₂₁₂) stromabwärts des Steuerraums (22) entspricht, und/oder eine Druckdifferenz (∆p = p_R – p₁₂ ≈/= ∆p = p_R – p₂₂) zwischen einem Düsenraum (102, p_R) und einem Steuerraum (12, p₁₂; 22, p₂₂) des Injektors (1) im Wesentlichen gleich bleibt oder sich verringert.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollpaarungsspiel (∆d_soll) einer Baugruppe (110, 120; 210, 212; 220, 222) des Injektors (1) einem Istpaarungsspiel (∆d_ist) einer anderen Baugruppe (110, 120; 210, 212; 220, 222) des Injektors (1) zugepaart wird, wobei ggf. ein Nominalpaarungsspiel (∆d_nom) der zugepaarten Baugruppe (110, 120; 210, 212; 220, 222) berücksichtigt wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem mechanischen Spiel (110/120, 210/212, 220/222) zwei andere mechanische Spiele (110/120, 210/212, 220/222) zugepaart werden, wobei die zwei anderen mechanischen Spiele (110/120, 210/212, 220/222) bevorzugt ebenfalls einander zugepaart werden.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer bereits an/in einem entstehenden Injektor (1) verbauten Baugruppe (110, 120; 210, 212; 220, 222) mit einem Istpaarungsspiel (∆d_ist), am/im Injektor (1) wenigstens eine Baugruppe (110, 120; 210, 212; 220, 222) mit einem zugepaarten Sollpaarungsspiel (∆d_soll) verbaut wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Spiele (110/120, 210/212, 220/222) einer Düsennadel (110) in einer Führung (120) der Düsennadel (110), einem Übertragungspin (212) in einer Zwischenplatte (210) und/oder einem Steuerkolben (222) in einer Steuerplatte (220) einander zugepaart werden.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zupaaren der mechanischen Spiele (110/120, 210/212, 220/222) für einen Injektor (1), aufgrund von wenigstens einem Testpunkt und/oder wenigstens einer Testreihe für einzelne Baugruppen (110, 120; 210, 212; 220, 222) oder aneinander montierte Bauteile erfolgt.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • ein betreffendes mechanisches Spiel (110/120, 210/212, 220/222) durch eine Gasleckagemessung, durch eine Durchflussmessung, durch Durchmesserbestimmungen und/oder durch Formbestimmungen ermittelt wird; • das Verfahren zeitlich nach einer getrennten Vormontage von wenigstens zwei einzelnen Baugruppen (110, 120; 210, 212; 220, 222) durchgeführt wird; • das Zupaaren der wenigstens zwei einzelnen Baugruppen (110, 120; 210, 212; 220, 222) für eine Endmontage eines Injektors (1) berücksichtigt wird; • das Verfahren bei einer Endmontage des Injektors (1) durchgeführt wird; und/oder • der Injektor (1) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 ausgebildet ist.
Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor (1) für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei für Einspritzmengen, Leckagemengen (L₁₁₂, L₂₁₂, L₂₂₂) und/oder Druckdifferenzen (∆p = p_R – p₁₂ ≈/= ∆p = p_R – p₂₂) des Injektors (1) relevante mechanische Spiele (110/120, 210/212, 220/222), insbesondere Paarungsspiele (110/120, 210/212, 220/222), einander zugepaart sind.
Injektor gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Spiele (110/120, 210/212, 220/222) einer Düsennadel (110) in einer Führung (120) der Düsennadel (110), einem Übertragungspin (212) in einer Zwischenplatte (210) und/oder einem Steuerkolben (222) in einer Steuerplatte (220) einander zugepaart sind.
Injektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • der Injektor (1) frei von einem die Einspritzmengen des Injektors (1) ansteuernden Steuerventil oder Servoventil ist; • ein Aktor (410) des Injektors (1) ein Piezoaktor (410) ist; und/oder • der Injektor (1) mit einem Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 15 hergestellt ist.