DE102009045335A1

DE102009045335A1 - Injektor

Info

Publication number: DE102009045335A1
Application number: DE200910045335
Authority: DE
Inventors: Holger Rapp; Matthias Schnell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011042239A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein Einspritzglied (7), welches mindestens eine Einspritzöffnung (11) freigibt oder verschließt, durch ein Steuerventil (5) angesteuert wird, wobei das Steuerventil (5) eine Verbindung aus einem Steuerraum (25) in einen Kraftstoffrücklauf (37) freigibt oder verschließt, indem ein Schließelement (39) in einen Sitz (43) gestellt wird oder diesen freigibt, wobei in dem Schließelement (39) eine Bohrung (45) ausgebildet ist, in der wenigstens ein Stift (47; 47a) axial verschiebbar aufgenommen ist und der Durchmesser der Bohrung (45) im Wesentlichen dem Durchmesser des Stiftes (47; 47a) entspricht, und wobei sich der wenigstens eine Stift (47; 47a) mit seinem dem Schließelement (39) abgewandten Endabschnitt zumindest mittelbar an einem Stützelement (51) abstützt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zwischen dem Endabschnitt des wenigstens einen Stifts (47; 47a) und dem Stützelement (51) ein Ausgleichselement (50; 50a) angeordnet ist und, dass das Ausgleichselement (50; 50a) in Bezug auf das Stützelement (51) und der Stift (47; 47a) in Bezug auf das Ausgleichselement (50; 50a) kippbar angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Injektor ist aus der DE 10 2006 049 050 A1 bekannt. Bei dem bekannten Injektor ist innerhalb eines als Anker ausgebildeten Schließelementes ein Stift axial verschiebbar angeordnet, welcher von Seiten eines Steuerraumes mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff kraftbeaufschlagt ist. Die dem Steuerraum abgewandte Seite des Stiftes stützt sich an einem Gehäusedeckel des Injektors ab und ist mit einem Radius versehen, sodass sich eine punktförmige Berührungsstelle zwischen dem Stift und dem Stützelement ergibt. Der mit einem Elektromagneten zusammenwirkende Anker wird bei einer Bestromung des Elektromagneten von seinem Dichtsitz abgehoben und in Richtung des Magneten gezogen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen des Elektromagneten und des Ankers ergibt sich hierbei die Problematik, dass die einander zugewandten Stirnseiten des Ankers und des Elektromagneten üblicherweise nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Daraus ergibt sich, dass bei einer Bestromung des Elektromagneten der Anker den Magnettopf des Elektromagneten zunächst auf einer Seite berührt. Anschließend kippt der Anker um diesen Berührungspunkt, solange dies die Elastizität des aufgrund des Kraftstoffdruckes unter hoher Axialkraft stehenden Stiftes zulässt. Dies hat zur Folge, dass je nach Fertigungstoleranzen unterschiedliche Öffnungsquerschnitte für einen Kraftstoffrücklauf erzielt werden, da der Anker unterschiedlich stark zu der ihm zugewandten Stirnseite des Elektromagneten ausgerichtet wird.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass unabhängig von den Fertigungstoleranzen ein vollständiges Ausrichten des Schließelements zu dem Magneten erzielt werden soll, sodass sich stets derselbe maximale Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff einstellt. Diese Aufgabe wird bei einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, mittels eines zusätzlichen Ausgleichselements eine Kippmöglichkeit zwischen dem Stift und dem Stützelement auszubilden, um die der Stift mit geringem erforderlichen Kippmoment verkippt werden kann, ohne dass hierzu auf den Stift Biegemomente erzeugt werden. Dadurch wird eine vollständige Ausrichtung des Schließelements bzw. Ankers zum Magneten ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Um die erforderlichen Kippkräfte zu minimieren, ist es in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen den Anlageflächen des Ausgleichselements und des Stützelements und den Anlageflächen des Ausgleichselements und des Stiftes jeweils eine punktförmige Berührung ausgebildet ist.
Um dies zu ermöglichen, ist es in einer konstruktiven Umsetzung der Erfindung vorgesehen, dass das Ausgleichselement auf seiner dem Stützelement zugewandten Seite eine erste Anlagefläche aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig, sowie auf der dem Stützelement abgewandten Seite eine ebene zweite Anlagefläche aufweist und, dass der Stift auf der dem Ausgleichselement zugewandten Seite eine dritte Anlagefläche aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass der Radius der ersten Anlagefläche größer ist als der Radius der dritten Anlagefläche. Dadurch wird die Kippbewegung bzw. der Kippwinkel des Ausgleichselements beschränkt.
In einer weiteren konstruktiven und vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass das Ausgleichselement eine Dicke aufweist, die geringer ist als der Radius der ersten Anlagefläche.
In einer konstruktiven Alternativlösung ist es jedoch auch möglich, dass das Ausgleichselement auf seiner dem Stützelement zugewandten Seite eine erste Anlagefläche aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig ausgebildet ist, dass das Ausgleichselement auf seiner dem Stützelement abgewandten Seite eine konvex ausgebildete zweite Anlagefläche aufweist und, dass der Stift auf der dem Ausgleichselement zugewandten Seite plan oder konkav ausgebildet ist.
Um eine radiale Führung sowohl des Stiftes als auch des Ausgleichselements zu ermöglichen, ist es bevorzugt weiterhin vorgesehen, dass der Stift und das Ausgleichselement von einem Federelement umgeben sind und, dass das Federelement zumindest das Ausgleichselement mit geringem radialen Abstand umschließt.
Zur Einstellung des Hubes des Schließelementes und zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist es in einer weiteren konstruktiven Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Schließelement als Teil eines Anker ausgebildet ist, der mit einem Magnetaktuator zusammenwirkt und, dass zwischen dem Magnetaktuator und dem Anker eine Anschlagscheibe angeordnet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor,
2 ein Ausgleichselement und einen Teil eines Ankerstiftes in Einzeldarstellung zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse,
3 eine gegenüber der 2 modifizierte Ausführungsform in vereinfachter Darstellung,
4 einen Teil des Injektors nach dem Abheben des Schließgliedes von seinem Sitz bei der ersten Berührung mit dem Magnetkern in einem Längsschnitt und
5 die Anordnung von Ausgleichselement und Schließelement bei vollständig vom Ventilsitz abgehobenem Zustand im Längsschnitt.
Der in der 1 dargestellte Injektor 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 3 einer Verbrennungskraftmaschine. Der Injektor 1 weist ein Steuerventil 5 zur Ansteuerung eines Einspritzventilglieds 7 auf, das in einem Injektorgehäuse 9 aufgenommen ist. Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 3 der Verbrennungskraftmaschine gibt das Einspritzventilglied 7 mindestens eine Einspritzöffnung 11 frei oder verschließt diese.
Das Einspritzventilglied 7 ist von einem Düsenraum 13 umschlossen, der über eine Hochdruckleitung 15 mit einer Kraftstoffzuleitung 17 verbunden ist. Die Kraftstoffzuleitung 17 verbindet einen Hochdruckspeicher 19 eines Hochdruckspeichereinspritzsystems (Common-Rail-Systems) mit dem Injektor 1.
Auf der der mindestens einen Einspritzöffnung 11 abgewandten Seite des Einspritzventilglieds 7 schließt sich an das Einspritzventilglied 7 ein Steuerkolben 21 an. Mit einer dem Einspritzventilglied 7 abgewandten Stirnfläche 23 begrenzt der Steuerkolben 21 einen Steuerraum 25. Der Steuerkolben 21 ist in einer Kolbenführung 27 geführt, die in einem Führungselement 29 ausgebildet ist. Das Führungselement 29 ist von einem Druckraum 31 umschlossen, der über die Kraftstoffzuleitung 17 mit dem Hochdruckspeicher 19 verbunden ist. Über ein Drosselelement 33 ist der Druckraum 31 mit dem Steuerraum 25 verbunden.
Über ein zweites Drosselelement 35 kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 bei geöffnetem Steuerventil 5 in einen Kraftstoffrücklauf 37 strömen. Der Kraftstoffrücklauf 37 ist mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbunden.
Das Steuerventil 5 umfasst ein Ventilelement 39, an dem im Ausführungsbeispiel eine ringförmige Sitzfläche 41 ausgebildet ist. Um die Verbindung aus dem Steuerraum 25 zum Kraftstoffrücklauf 37 zu verschließen, ist die ringförmige Sitzfläche 41 in einem Sitz 43 stellbar. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Sitz 43 als Flachsitz ausgebildet.
Die ringförmige Sitzfläche 41 am Ventilelement 39 ist von einer Dämpfungsfläche 42 umschlossen. Die Dämpfungsfläche 42 und die ringförmige Sitzfläche 41 bilden dabei eine Stufe aus, sodass die Dämpfungsfläche 42 bei geschlossenem Steuerventil 5 nicht auf dem Sitz 43 aufliegt.
Im Ventilelement 39 ist eine Durchgangsbohrung 45 ausgebildet, in der ein Stift 47 axial beweglich aufgenommen ist. Der Stift 47 stützt sich unter Zwischenlage eines Ausgleichselements 50 an einem Deckel 51 des Injektorgehäuses 9 ab.
Wie am besten aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Stift 47 auf der dem Ausgleichselement 50 zugewandten Seite eine kugelabschnittsförmig ausgebildete Anlagefläche mit einem Radius r2 auf. Das Ausgleichselement 50 ist auf der der Anlagefläche 54 zugewandten Seite mit einer ebenen Anlagefläche 56 ausgebildet. Demgegenüber weist die dem Deckel 51 zugewandte Anlagefläche 58 des Ausgleichselements 50 wie die Anlagefläche 54 ebenfalls eine kugelabschnittsförmige Form auf. Hierbei beträgt deren Radius r1, wobei gilt, dass r1 größer r2 ist. Weiterhin weist das Ausgleichselement 50 eine Dicke auf, die geringer ist als der Radius r1.
Bei der in der 3 dargestellten Modifikation des Stiftes 47a bzw. des Ausgleichselements 50a ist die Anlagefläche 54a eben ausgebildet. Entsprechend der gestrichelten Linie kann die Anlagefläche 54a jedoch auch konkav geformt sein. Demgegenüber weisen die beiden Anlageflächen 56a und 58a des Ausgleichselements 50a jeweils eine konvexe Form auf, wobei auch hier gilt, dass der dem Stift 47a zugewandte Radius r2 geringer ist als der dem Deckel 51 zugewandte Radius r1.
Der aus dem Ventilelement 39 herausragende Abschnitt des Stifts 47 sowie das Ausgleichselement 50 sind in einem Federraum 60 aufgenommen. Hierbei sind der entsprechende Abschnitt des Stiftes 47 und das Ausgleichselement 50 von einem als Druckfeder ausgebildeten Federelement 61 umgeben.
Das Ventilelement 39 ist auf der dem Steuerraum 25 abgewandten Seite einstückig als Anker 63 ausgebildet. Auf der Oberseite des Ankers 63 ist eine Anschlagscheibe 65 angeordnet. Das den Stift 47 und das Ausgleichselement 50 mit geringem radialen Abstand umgebende Federelement 61 stützt sich zwischen der Anschlagscheibe 65 und dem Deckel 51 des Injektorgehäuses 9 ab.
Der Anker 63 ist Bestandteil eines Magnetaktuators 67, der einen Magnetkern 69 mit darin eingebetteter Magnetspule 71 umfasst. Der Steuerkolben 21 ist von einem Ringraum 73 umschlossen. Im Ringraum 73 ist ein zweites Federelement 75 aufgenommen, welches den Steuerkolben 21 umschließt. Das zweite Federelement 75 ist vorzugsweise eine als Stahlfeder ausgebildete Druckfeder. Das zweite Federelement 75 stützt sich mit einer Seite am Führungselement 29 und mit der anderen Seite an einem Ring 77 am Steuerkolben 21 ab. Der Ringraum 73 ist über einen Kanal 79 mit dem Kraftstoffrücklauf 37 verbunden.
Der soweit beschriebene Injektor 1 arbeitet wie folgt: Um den Einspritzvorgang zu starten, wird die Spule 71 des Magnetaktuators 67 bestromt. Hierdurch wird der Anker 63, der mit dem Ventilelement 39 verbunden ist, von der Spule 71 angezogen. Wie man anhand der 4 und 5 besonders deutlich erkennt, kommt es dabei insbesondere vor, dass der Anker 63 aufgrund von Bauteileungenauigkeiten mit seiner Stirnfläche 81 nicht parallel zur Stirnfläche 83 des Magnetaktuators 67 bzw. des Magnetkerns 69 ausgerichtet ist. Das bedeutet, dass der Anker 63 mit seiner Anschlagscheibe 65 den Magnetaktuator 67 zunächst an einer Stelle 85 auf einer Seite des Magnetaktuators 67 berührt. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Anlagefläche 54 des Stifts 47 sowie der Anlageflächen 56 und 58 des Ausgleichselements 50 kommt es anschließend zu einem Verkippen des Ausgleichselements 50, welches ein vollständiges Anziehen bzw. ein vollständiges Berühren der Anschlagscheibe 65 (bzw. des Ankers 63) an dem Magnetkern 69 des Magnetaktuators 67 ermöglicht (5). Somit ist die ringförmige Sitzfläche 41 vollständig aus dem Sitz 43 angehoben und gibt die Verbindung vom Steuerraum 25 in den Kraftstoffrücklauf 37 frei. Der Druck im Steuerraum 25 sinkt. Auf eine Druckstufe 86 am Einspritzventilglied 7, die in den Düsenraum 13 ragt, wirkt unter Systemdruck stehender Kraftstoff. Aufgrund der Druckkraft auf die Druckstufe 86 werden das Einspritzventilglied 7 und der Steuerkolben 21 in Richtung des Steuerraums 25 bewegt. Das Einspritzventilglied 7 hebt sich so aus seinem Sitz 87 und gibt so die mindestens eine Einspritzöffnung 11 frei.
Um den Einspritzvorgang zu beenden, wird die Bestromung der Spule 71 des Magnetaktuators 67 beendet. Der Anker 63 wird nicht weiter durch die Spule 71 angezogen. Mit Hilfe des Federelements 61 wird das Ventilelement 39 mit der ringförmigen Sitzfläche 41 in seinen Sitz 43 gestellt.
Ergänzend wird erwähnt, dass der soweit beschriebene erfindungsgemäße Injektor 1 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Anker 63 nicht mit einer Anschlagscheibe 65 versehen ist. Auch sind anders ausgearbeitete bzw. ausgebildete Ventilsitze denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006049050 A1 [0002]

Claims

Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem ein Einspritzglied (7), welches mindestens eine Einspritzöffnung (11) freigibt oder verschließt, durch ein Steuerventil (5) angesteuert wird, wobei das Steuerventil (5) eine Verbindung aus einem Steuerraum (25) in einen Kraftstoffrücklauf (37) freigibt oder verschließt, indem ein Schließelement (39) in einen Sitz (43) gestellt wird oder diesen freigibt, wobei in dem Schließelement (39) eine Bohrung (45) ausgebildet ist, in der ein Stift (47; 47a) axial verschiebbar aufgenommen ist und der Durchmesser der Bohrung (45) im Wesentlichen dem Durchmesser des Stiftes (47; 47a) entspricht, und wobei sich der Stift (47; 47a) mit seinem dem Schließelement (39) abgewandten Endabschnitt zumindest mittelbar an einem Stützelement (51) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Endabschnitt des Stifts (47; 47a) und dem Stützelement (51) ein Ausgleichselement (50; 50a) angeordnet ist und, dass das Ausgleichselement (50; 50a) in Bezug auf das Stützelement (51) und der Stift (47; 47a) in Bezug auf das Ausgleichselement (50; 50a) kippbar angeordnet sind.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselements (50; 50a) Anlageflächen (58; 58a) aufweist, dass zwischen den Anlageflächen (58; 58a) des Ausgleichselements (50; 50a) und des Stützelements (51) und den Anlageflächen (56, 54; 56a, 54a) des Ausgleichselements (50; 50a) und des Stiftes (47; 47a) jeweils eine punktförmige Berührung ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (50) auf seiner dem Stützelement (51) zugewandten Seite eine erste Anlagefläche (58) aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig mit einem Radius (r1), sowie auf der dem Stützelement (51) abgewandten Seite eine ebene zweite Anlagefläche (56) aufweist und, dass der Stift (47) auf der dem Ausgleichselement (50) zugewandten Seite eine dritte Anlagefläche (54) aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig mit einem Radius (r2) ausgebildet ist.
Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r1) der ersten Anlagefläche (58) größer ist als der Radius (r2) der dritten Anlagefläche (54).
Injektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (50; 50a) eine Dicke (d) aufweist, die geringer ist als der Radius (r1) der ersten Anlagefläche (58).
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (50a) auf seiner dem Stützelement (51) zugewandten Seite eine erste Anlagefläche (58a) aufweist, welche zumindest teilweise kugelabschnittsförmig ausgebildet ist, dass das Ausgleichselement (50a) auf seiner dem Stützelement (51) abgewandten Seite eine konvex ausgebildete zweite Anlagefläche (56a) aufweist und, dass der Stift (47a) auf der dem Ausgleichselement (50a) zugewandten Seite plan oder konkav ausgebildet ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (47; 47a) und das Ausgleichselement (50; 50a) von einem Federelement (61) umgeben sind und, dass das Federelement (61) zumindest das Ausgleichselement (50; 50a) mit geringem radialen Abstand umschließt.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (39) als Teil eines Anker (63) ausgebildet ist, der mit einem Magnetaktuator (67) zusammenwirkt und, dass zwischen dem Magnetaktuator (67) und dem Anker (63) eine Anschlagscheibe (65) angeordnet ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement ein Gehäuseteil des Injektors (1), insbesondere ein Gehäusedeckel (51) ist.