WO2001081756A1 - Düsennadel-hubeinstellung an injektoren von einspritzanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor (1) zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ventilkolben (4), der eine eine Betätigung der Düsennadel (19) erzeugende axiale Hubbewegung ausführt. Zwischen Ventilkolben (4) und Düsennadel (19) ist ein Druckkörper (17) vorgesehen, der kugelförmig ausgebildet und von einer Einstellscheibe (7) umschlossen ist.

Description

Düsennadel-Hubeinstellung an Injektoren von Einspritzanlagen

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsennadel-Hubeinstellung an Injektoren von Einspritzanlagen, wie sie an Kraftstoffeinspritzsystemen mit Hochdrucksammeiraum (Common Rail) eingesetzt werden. Zur genauen Zumessung der für die Verbrennung in dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine benötigten unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoffmenge sind präzise Düsennadelhubwege voreinzustellen und im Betrieb des Einspritzsystems einzuhalten.

Stand der Technik

Bei bisherigen Ausführungsformen von Injektoren für Hochdruckeinspritzsysteme für Dieselmotoren kommen Düsennadelhubeinstellungen zum Einsatz, bei denen der Nadelhub der Düsennadel im Injektorkörper mittels eines zylindrisch ausgeführten Druckstückes eingestellt wird. Das mit einem verbreiterten Kopfbereich ausgeführte Druckstück liegt mit einer Stirnfläche an einer Stirnseite eines Ventilkolbens des Injektors an; die andere Stirnseite des zylindrischen Druckstückes liegt an der Oberseite der Düsennadel des Injektors an, wobei das Druckstück von einer Führungshülse umgeben sein kann.

Zur Anpassung des Injektors mit zylindrischem Druckstück an die jeweiligen Einsatzverhältnisse, die unterschiedliche Düsennadelhubwege und deren Voreinstellung erfordern, sowie zum Ausgleich von Längentoleranzen der Einzelteile werden die bisher eingesetzten Druckstücke in Maßgruppen gefertigt. Die Maßgruppen sind in 3 μm-Abstufungen unterteilt und sind sehr kostenaufwendig zu fertigen und zu vermaßen, da nur geringste Toleranzen zugelassen werden, was den Meßaufwand nicht unerheblich erhöht.

Neben einer kostenaufwendigen Herstellung der Druckstücke in Maßgruppen ist mit deren Verwendung eine aufwendige Handhabung verbunden. So müssen die Druckstücke nach deren Fertigung gewaschen und je nach Maßgruppen klassifiziert werden, bevor sie in einzelne Chargen einsortiert werden. Dies bedeutet zusätzliche Bearbeitungsschritte, die nur zum Teil automatisierbar sind und teure Meßapparaturen erfordern.

Schließlich können zwischen zylindrischem Druckstück und der dieses umgebenden Führungsbohrung Verschleißerscheinungen auftreten, wodurch sich zunehmend Spiel zwischen Druckstück und dieses umschließender Führungshülse einstellt. Die aufgrund des Verschleißes auftretende, erhöhte Reibung, beeinflußt dann das dynamische Verhalten des Injektors negativ.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, einen kugelförmig gestalteten Druckkörper zwischen Ventilkolben und Düsennadelstirnfläche vorzusehen, kann auf einfache Weise die kostenaufwendige Fertigung eines zylindrischen Druckstückes vermieden werden. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckkörper unterliegt keinen Verschleißerscheinungen mehr, da er keinen direkten Kontakt mehr zur diesen umgebenden Bohrungswand hat. Reibverschleiß und sich daraus ergebende Reibkräfte auf den Druckkörper sind somit weitestgehend ausgeschlossen.

Durch die kugelförmige Ausbildung des Druckkörpers ist eine exakt zentrische Einleitung der Ventilkolbenkraft in die Düsennadel möglich. Die Wirkungslinie der Druckkraft auf die dem Ventilkolben gegenüberliegende Oberseite der Düsennadel verläuft koaxial zur Symmetrieachse der Düsennadel. Durch den Einsatz einer kegelförmig ausgestalteten Aufnahme für den Druckkörper in der Düsennadel ist eine querkraftfreie Ansteuerung der Düsennadel im Injektordüsenteil möglich. Die querkraftfrei erfolgende Einleitung der Kraft in die Düsennadel vermeidet ein Verkanten derselben in deren Führungsbohrung, wodurch die Standzeit des erfindungsgemäß ausgestalteten Injektorkörpers wesentlich erhöht wird.

Wird eine normgerecht gefertigte DLN-Kugel als Druckkörper eingesetzt, so lassen sich die Herstellkosten des Injektors durch die Verwendung eines solcherart beschaffenen Druckkörpers erheblich senken. Die als DLN-Kugeln eingesetzten kugelförmigen Druckkörper lassen eine Senkung der Stückkosten sowie eine erhebliche Senkung der Lagerkosten erwarten, wodurch sich insgesamt eine kostengünstigere Fertigung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Injektors ergibt.

Bearbeitungsvorgänge, wie das Klassifizieren von konventionell gefertigten zylindrischen Druckstücken können somit vollständig vermieden werden. Die kugelförmigen Druckkörper lassen sich ebenfalls in im μm-Bereich liegenden Druchmesserabstufungen einsetzen, so daß eine einfache individuelle Anpassung des einzusetzenden Druckkörpers an den jeweils spezifischen Einsatzzweck gegeben ist.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen zweiteilig ausgeführten Injektor mit zylindrisch beschaffenem Druckstück zwischen Ventilkolben und Düsennadelstirnfläche und Fig. 2 einen Injektorkörper mit einem zwischen Ventilkolbenstirnfläche und Düsennadeloberfläche vorgesehenen kugelförmigen Druckkörper.

Ausführungsvarianten

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht ein Injektor mit zylindrischen Druckstück hervor, das zwischen Ventilkolbenstirnfläche und Düsennadelstirnfläche angeordnet ist. Der Injektor 1, gefertigt aus einem hohen mechanischen Belastungen dauerhaft standhaltenden Werkstoff, besteht aus miteinander verbundenen Bauteilen, Injektorkörper 1.1 und Düsenkörper 1.2, welche durch eine Düsenspannmutter 3 miteinander verschraubt sind. In einer Bohrung 5 im Injektorkörper 1.1 ist ein axiale Hubbewegungen ausführender Ventilkolben 4 aufgenommen, der sich koaxial zur Symmetrieachse des Injektorkörpers 1.1 erstreckt. Im Düsenkörper 1.2 ist eine Bohrung 6 ausgeführt, in welchem eine Düsennadel 19 axial bewegbar aufgenommen ist. An einer Trennfuge 13 zwischen dem Injektorkörper 1.1 und dem Düsenkörper 1.2 stehen die beiden Bohrungsabschnitte im Oberteil 1.1 bzw. im Düsennadelteil 1.2 einer Zulaufbohrung 16 für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, vom Hochdrucksammeiraum kommend, miteinander in Verbindung.

Eine passgenaue Verbindung zwischen dem Injektorkörper 1.1 sowie dem Düsenkörper 1.2 wird durch zwei Zentrierstifte 10 erzeugt, vom dem in der Fig. 1 einer im Schnitt dargestellt ist.

Jeder Zentrierstift 10 greift einerseits in eine Zentrierbohrung 11 ein, die im Injektorkörper 1.1 ausgebildet ist. Das andere Endes dieses Zentrierstiftes 10, welcher die Trennfuge 13 überbrückt, ist von einer Zentrierbohrung 12 umschlossen, die im Düsenkörper 1.2 ausgeführt ist. In der dargestellten Ausführungsvariante ist in die Bohrung 5 im Oberteil 1.1 des Injektorkörpers 1 eine Einstellscheibe 7, den Ventilkolben 4 umgebend eingelassen, an der eine von der Bohrung 5 im Oberteil 1.1 des Injektorkörpers 1 aufgenommene Druckfeder 14 anliegt.

Das andere Ende der Druckfeder 14 liegt auf einer Schulter des zylindrischen Druckstücks 8 auf. Das zylindrische Druckstück 8 ist in der Konfiguration gemäß Fig. 1 als bolzenförmiges Element gefertigt, dessen verjüngter Kopfbereich von einigen Windungen der Druckfeder 14 umschlossen ist. An einer mit einer Fase versehenen Ventilkolbenstirnfläche 15 treten der Ventilkolben 4 sowie der Kopf des zylindrisch gestalteten Druckstückes 8 miteinander in Kontakt. Relativbewegungen zwischen dem Schaft des zylindrischen Druckstückes 8 und der der Innenseite der Bohrung 5 im Injektorkörper 1.1 führen zu Reib erschleiß zwischen diesen beiden Komponenten.

Das zylindrische Druckstück 8 liegt an der Oberseite der Düsennadel 19 an, die von der Bohrung 6 im Düsenkörper 1.2 umschlossen ist. Die Bohrung 6 im Düsennadelteil mündet in eine Kammer 20, von der aus sich eine Düsennadelbohrung 9 erstreckt, die am hier nicht dargestellten Düsennadelsitz endet. In die Kammer 20 einmündend ist der Abschnitt der Zulaufbohrung 16 für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff dargestellt, der sich in der Fassung 3 des Injektorkörper 1 aufgenommenen Düsennadelteil 1.2 befindet.

Aus Fig. 2 geht ein Injektor mit einem zwischen Düsennadeloberfläche und Stirnseite des Ventilkolbens angeordneten kugelförmigen Druckkörper hervor.

Der Injektor 1 gemäß der Darstellung gemäß Fig. 2 besteht ebenfalls aus einem Injektorkörper 1.1, welcher mit einer Düsenspannmutter 3 an einer Verschraubung 2 lösbar verbunden ist, wobei die Düsenspannmutter 3 einen Düsenkörper 1.2 aufnimmt. Im Vergleich zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Ventilkolben 4 gemäß Fig. 2 in einer längeren axialen Erstreckung ausgeführt. An der Unterseite des Ventilkolbens 4 befindet sich eine Stirnfläche 15, die in der Konfiguration gemäß Fig. 2 in einer ersten Toleranzlage 15.1 sowie einer zweiten Toleranzlage 15.2 dargestellt ist. Der Ventilkolben 4 gemäß Fig. 2, sich durch eine Bohrung 5 im Oberteil 1.1 des Injektors 1 erstreckend, ist von einer Druckfeder 14 mit mehreren Windungen umschlossen, die sich einerseits am Injektorkörper 1.1 abstützt und andererseits an einer einen kugelförmigen Druckkörper 17 umschließenden Einstellscheibe 7 anliegt. Die Einstellscheibe 7 ihrerseits liegt auf der Stirnfläche der Düsennadel 19 auf, an der zur Fixierung des kugelförmig ausgebildeten Druckkörpers 17 eine Anlagefläche 18 ausgebildet sein kann. Die Anlagefläche 18 läßt sich beispielsweise durch kegel- oder kugelförmiges Ausschleifen der Stirnseite der Dusennadel 19 fertigen. Die zentrische Positionierung des kugelförmig ausgebildeten Druckkörpers 17 auf der Anlagefläche 18 der Düsennadel 19 wird durch die Konzentrizität der Symmetrieachsen der Auflageflächen 18 und der Düsennadel 19 zueinander bewerkstelligt. Aus der Konfiguration gemäß Fig. 2 geht analog zur Darstellung in Fig. 1 hervor, daß der Injektorkörper 1.1 sowie der an der Trennfuge 13 an diesem anliegende Düsennkörper 1.2 des Injektorkörpers mittels zweier Zentrierstifte 10 zueinander ausgerichtet sind. Jeder Zentrierstift 10 ist einerseits in einer Bohrung 11 des Injektorkörpers 1.1 sowie in einer Zentrierbohrung 12 im Düsenkörper 1.2 aufgenommen. Die Bohrung 6 im Düsenkörper 1.2 mündet analog zur Darstellung in Fig. 1 in eine Kammer 20, von der aus sich eine Düsennadelbohrung 9 zum Düsennadelsitz erstreckt. Durch den Zentrierstift 10, der die Tren fuge 13 zwischen Injektorkörper 1.1 und Düsenkörper 1.2 des Injektors 1 zueinander zentriert, sind auch die im Injektorkörper 1.1 und im Düsenkörper 1.2 vorgesehenen Abschnitte der Zulaufbohrung 16 für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff vom Hochdrucksammeiraum kommend, zueinander ausgerichtet. Die Zulaufbohrung 16 mündet in die Kammer 20, von der aus der unter hohem Druck in diese eingespritzte Kraftstoff zum Düsennadelsitz strömt.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der kugelförmig ausgebildete Druckkörper 17 in zwei Abstufungen 17.1 bzw. 17.2 ausgebildet. In der in dünnerer Strichstärke ausgezogenen Position 15.1 der Stirnfläche des Ventilkolbens 4 steht die Stirnfläche 15 des Ventilkolbens 4 mit dem kleineren kugelförmigen Druckstück der Größenabstufung 17.1 in zentrischem Kontakt. Der kugelförmig ausgebildete Druckkörper 17 der Größenabstufung 17.1 liegt dabei an der Anlagefläche 18, die an der Stirnfläche der Düsennadel 19 ausgebildet ist, an. Der kugelförmige Druckkörper der Größenabstufung 17.1 wird von einer Einstellscheibe 7 umschlossen, an der die Druckfeder 14, die den Ventilkolben 4 umschließt, anliegt.

In Position 15.2 der Stirnfläche 15 des Ventilkolbens 4 liegt diese an kugelförmigen Druckkörper 17 der Größenabstufung 17.2 an. Auch in dieser Position ist der Druckkörper 17 der Größenabstufung 17.2 vollständig von der Einstellscheibe 7 umschlossen, und durch die angestellte Stirnfläche 15 des Ventilkolbens 4 in die Anlagefläche 18 an der Oberseite der Düsermadel 19 eingedrückt.

Mittels dieser Konfiguration ist eine exakt zentrische Einleitung der Kraft des Ventilkolbens 4 in die Düsennadel 19 möglich. Dadurch kann eine querkraftfreie Ansteuerung der Düsennadel 19 durch den Ventilkolben 4 erfolgen, wodurch gewälirleistet ist, daß die Düsennadel 19 in ihrer im Düsenkörper 1.2 ausgebildeten Bohrung 6, die in die Kammer 20 übergeht, nicht verkippt. Damit läßt sich ein wesentlich geringerer Verschleiß der beweglichen Bauteilkomponenten Druckkörper 17, Düsennadel 9 und Düsenkörper 1.2 erzielen, wobei die Einstellung der durch die Druckfeder 14 ausgeübten Düsenfederkraft auf die Stirnfläche der Düsennadel 19 durch die Stärke der verwendeten Einstellscheibe 7 variiert werden kann. Im Vergleich zu der aus Fig. 1 bekannten Ausfuhrungsform ist lediglich eine Verlängerung des Ventilkolbens 4 sowie eine optionale Verlängerung der Düsennadel 19 erforderlich. Mittels der Durchmesserklassifikation des Druckkörpers 17 kann eine Hubeinstellung der Düsennadel 19 erfolgen, wobei der Hubanschlag am oberen Ende des Ventilkolbens liegt, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ventilkolben

(4), der eine eine Betätigung einer Düsennadel (19) erzeugende axiale Hubbewegung ausführt, wobei zwischen Ventilkolben (4) und Düsennadel (19) ein Drucklcörper (17) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper (17) kugelförmig ausgebildet und von einer Einstellscheibe (7) umschlossen ist.

2. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkolben (4) oder der Stirnseite der Düsennadel (19) eine Anlagefläche (18) für den Druckkörper (17) geschaffen ist.

3. Injektor gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucklcörper (17) zwischen Ventilkolben (4) und Düsennadel (19) auswechselbar angeordnet ist.

4. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper (17) in verschiedenen Größenabstufungen (17.1, 17.2) ausgebildet ist.

5. Injektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Größenabstufung (17.1, 17.2) des eingesetzten Druckkörpers (17) der axiale Hub der Düsennadel (19) einstellbar ist.

6. Injektor gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zentrierung des Druckkörpers (17) in der Auflagefläche (18) der Düsennadel (19) eine querlαaftfreie und exakte zentrische Ansteuerung der

Düsennadel (19) erfolgt. Injektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Düsennadel (19) einwirkende Federkraft (14) über die auf der Stirnseite der Düsennadel (19) aufliegende Einstellscheibe (7) einstellbar ist.