DE10346242B4

DE10346242B4 - Injektorkörper für einen Common Rail Injektor

Info

Publication number: DE10346242B4
Application number: DE2003146242
Authority: DE
Inventors: Werner Wagner; Stefan Haug
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: DE10346242A1

Abstract

Injektorkörper (1) für einen Common Rail Injektor zum Steuern von Flüssigkeitsströmen, welcher eine Aktoraussparung (11, 27) und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung (24) besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf (23) in Verbindung steht, wobei die Aktoraussparung (11, 27) einen Aktor (30) mit einem Stempel (31) und einem Aktorfuß (32) aufweist, wobei die Aktoraussparung (27) eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche (27.1) am Ende des Aktorraumes (27) und einer dazu korrespondierenden kegelförmigen Dichtfläche (33) am Aktorfuß (32) ausgebildet ist, wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang (25) abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkörper (1) mehrteilig ausgeführt ist und mindestens aus einem Basiskörper (10) und einem Anschlusskörper (20) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektorkörper für einen Common Rail Injektor zum Steuern von Flüssigkeitsströmen, welcher eine Aktoraussparung und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf in Verbindung steht, wobei die Aktoraussparung einen Aktor mit einem Stempel und einem Aktorfuß aufweist, wobei die Aktoraussparung eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche am Ende des Aktorraumes und einer dazu korrespondierenden kegelförmigen Dichtfläche am Aktorfuß ausgebildet ist, wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang abdichtbar ist.
Ein derartiger Injektorkörper eines Common-Rail-Injektors wird in der nachveröffentlichen DE 103 26 295 A1 vorgeschlagen. Der Injektorkörper ist dabei einteilig ausgeführt.
Weitere einteilige Injektorkörper für Common-Rail-Injektoren mit einer Dichtung am Aktorfuß zum Abdichten des Kabelabgangs sind weiterhin aus EP 1 174 615 A2 , US 6 390 385 B1 und US 6 520 423 B1 bekannt.
Ein weiterer Injektorkörper ist aus der EP 0 192 241 bekannt. Dabei sind die Einspritzventile, insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen, zur Steuerung der Fluidströme mit Servoventilen versehen. Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden sogenannte Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme für Dieselmotoren und HPDI-Einspritzsysteme für Ottomotoren bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird dabei in der Regel elektronisch gesteuert.
Aus der DE 196 50 865 A1 ist bekannt, dass der Kraftstoffinjektor einen seitlich in den Injektorkörper einmundenden Hochdruckanschluss aufweist. Über eine Druckbohrung wird den Einspritzöffnungen die einzuspritzende Kraftstoffmenge zugeführt. Seitlich am Injektorkörper ist ein Anschlussbereich ausgebildet, von dem sich eine Zulaufbohrung erstreckt, die einen Aktorraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Ebenfalls mündet ein Kabelausgang in diesem Aktorraum. Damit kein Kraftstoff in diesen Kabelausgang abfließen kann, wird der Kabelausgang über eine Kegeldichtung abgedichtet. Die dazu nötige Anpresskraft der Aktorkuppe auf die Kegeldichtfläche wird durch den Hochdruck im System erreicht.
Weiterhin ist aus der DE 19905413 A1 bekannt, dass Piezoaktoren am kostengünstigsten in rechteckiger oder quadratischer Form hergestellt werden können. Dies liegt daran, dass die Aktorkörper in größeren Nutzen hergestellt und am Ende in Einzelaktoren zersägt werden. Bei einer kurzen Bauform eines Common-Rail-Injektors mit einem solchen rechteckigen oder quadratischen Piezoaktor ist ein möglichst kleiner Außendurchmesser des Injektorkörpers im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors wichtig. In diesen Durchmesser muss der Aktorkörper einschließlich seiner Vorspannbügel, die Elektrodenkontaktierung und eine zur Düse des Injektors führende Hochdruckbohrung eingebracht werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellbarkeit, die Hochdruckfestigkeit sowie die Aktoraufnahme und -führung des direktgesteuerten Piezoinjektors zu verbessern.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Injektorkörper mehrteilig ausgeführt ist und mindestens aus einem Basiskörper und einem Anschlusskörper besteht. Dies hat den Vorteil, dass durch die Zweiteilung des Injektorkörpers beide Teile getrennt optimal für ihre Funktion gestaltet werden können. Weiterhin ist der Abdichtbereich am Aktor für die Fertigung und die Montage sehr gut zugänglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Anschlusskörper einen Hochdruckanschluss auf, an dem mittels einem Gewinde weitere Komponenten, insbesondere Hochdruck-Komponenten, anschließbar sind.
Eine besonders kostengünstige Variante sieht vor, dass der Hochdruckanschluss des Anschlusskörpers außermittig zur Längsachse des Anschlusskörpers ausgebildet ist Dies hat den Vorteil, dass bei geeigneter Wahl der Exzentrizität die Zulaufbohrung ohne Bohrungsverschneidung ausgeführt werden kann. Von der Fertigungsseite her kann die Zulaufbohrung dann aus Richtung des Dichtkegels mit einem Werkzeug gebohrt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen der Basiskörper und der Anschlusskörper jeweils eine Abschlussfläche auf, die gemeinsam eine als Dichtfläche wirkende Trennebene ausbilden. Damit können bereits effektive Hochdruckdichtfunktionen erzielt werden.
Eine besonders wirksame Hochdruck-Dichtfunktion kann erzielt werden, wenn mittels einer Überwurfmutter, die ein Innengewinde aufweist, welches in Wechselwirkung mit einem Gewinde des Basiskörpers steht und einen Flansch aufweist, der sich an einem Absatz des Anschlusskörpers abstützt, eine kraftschlüssige Dichtpressung zwischen den Abschlussflächen ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Variante ist die Trennebene im Bereich des Übergangs zwischen dem Stempel und dem Aktorfuss des Aktors angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Aktorführung und -aufnahme getrennt voneinander sind und durch die rotationssymmetrische Ausführung des Aktorfusses eine optimale Dichtwirkung erzielt werden kann.
Weiterhin weist die Aktoraussparung des Basiskörpers einen rechteckigen Querschnitt zur Aufnahme des Stempels des Aktors auf und die Außenform des Basiskörpers weist eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form auf. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Verbesserung der Hochdruckfestigkeit durch größere Wandstärken nach außen und damit geringere Zugspannungen in Umfangsrichtung unter Innendruck aus. Gleichzeitig ist eine optimale Anpassung an die Kontur des Aktors gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Querschnitt der Aktoraussparung des Basisteils eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist. Dadurch wird hinsichtlich der Geometrien ein annähernd symmetrischer Querschnitt des Basiskörpers erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Basiskörper entlang der Aktoraussparung mindestens eine Profilnut auf, die in Verbindung mit der Zulaufbohrung steht. Vorteilhaft ist dabei, dass nur ein kleinerer Querschnitt unter Hochdruck steht und damit eine geringere Dichtkraft zur Abdichtung am Düsenmodul nötig ist. Zusätzlich kann der Kraftstoff durch diese Profilnuten direkt zum Düsenmodul geleitet werden.
Eine weitere Ausführungsform weist am Basiskörper an seiner Außenform Abflachungen auf. Diese Abflachungen sind Schlüsselflächen zur Montage des Injektors in der Fertigung und zur Montage des Injektors im Motor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvarianten besteht der Basiskörper und der Anschlusskörper aus unterschiedlichen und/oder aus unterschiedlich vorbehandelten Werkstoffen. Der Vorteil liegt dabei darin, dass der Werkstoff und/oder die Vorbehandlung für die vorhandene Beanspruchung optimiert werden kann. Für den Werkstoff für Hochdruckanwendungen kann dies eine Warmbehandlung oder ein geringer Härteverzug sein, während auf der Verfahrensseite eher eine Kaltverfestigung oder eine bessere Kalibrierung in Frage kommt.
Eine besonders kostengünstige Variante sieht vor, dass der Stempel des Aktors aus einem rechteckigen oder quadratischen Piezomehrlagenaktor ausgebildet ist und der Aktorfuß eine rotationssymmetrische, am Ende kegelförmig zulaufende Form aufweist. Der Kostenvorteil resultiert dabei daraus, dass der aktive Stempel in großen Nutzen hergestellt und am Ende in Einzelaktoren zersägt wird. Viele solcher Einzellagen werden zu Mehrlagenaktoren weiterverarbeitet, die von ihrer Arbeitsweise besonders wirkungsvoll sind. Die im Wesentlichen rotationssymmetrische Form des Aktorfußes ermöglicht eine optimale Abdichtung.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch in der Schnittansicht entlang der Längsachse einen Injektorkörper gemäß der Erfindung;
2 schematisch im Querschnitt einen Basiskörper mit Aktor
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Injektorkörper 1 für einen Common Rail Injektor zum Steuern von Flüssigkeitsströmen in der Schnittansicht.
Erfindungsgemäß ist der Injektorkörper 1 mehrteilig ausgebildet und besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Basiskörper 10 und einem Anschlusskörper 20. Innerhalb des Anschlusskörpers 20 stützt sich ein Aktor 30 mit seinem Aktorfuß 32 ab. Daran anschließend ist ein Stempel 31 ausgebildet, der innerhalb des Basiskörpers 10 geführt ist.
Der Anschlusskörper 20 weist einen Hochdruckanschluss 21 auf, an dem mittels einem Gewinde 22 weitere Komponenten, insbesondere Hochdruckkomponenten anschließbar sind, wie beispielsweise der Druckspeicher, aus dem bei einer Common-Rail-Einspritzanlage die einzelnen Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden konnen. Im Bereich des Hochdruckanschlusses 21 weist der Anschlusskörper 20 einen Hochdruckzulauf auf, der über eine Zulaufbohrung 24 mit einer Aktoraussparung 27 in Verbindung steht. Im gezeigten Beispiel weist die Zulaufbohrung 24 eine Bohrungsverschneidung 24.1 auf.
In einem nicht gezeigten Beispiel ist der Hochdruckanschluss 21 des Anschlusskörpers 20 außermittig zur Längsachse des Anschlusskörpers 20 ausgebildet. Dies bietet die Möglichkeit, dass bei geeigneter Wahl der Exzentrizität die Zulaufbohrung 24 ohne Bohrungsverschneidung 24.1 ausgeführt werden kann. Dies hat vor allem fertigungstechnische Vorteile.
Weiterhin weist der Anschlusskörper 20 einen seitlich angeordneten Kabelabgang 25 auf, der mittels einer Kegelfläche 27.1 am Ende der Aktoraussparung 27 und einer dazu korrespondierenden kegelflächigen Dichtfläche 33 am Aktorfuß 32 abdichtbar ist. Diese Art der Dichtung ist insbesondere zur Abdichtung der dort vorherrschenden extrem hohen Drücke – typisch sind bis zu 1600 bar – geeignet. Zusätzlich kann der Aktorfuß 32 gegenüber der Aktoraussparung 27 mittels einer zusätzlichen Dichtung 50, beispielsweise in Form einer O-Ring-Dichtung abgedichtet sein.
Der Anschlusskörper 20 und der Basiskörper 10 weisen jeweils eine Abschlussfläche 16, 29 auf, die eine als Dichtfläche wirkende Trennebene ausbilden. Der Anschlusskörper 20 und der Basiskörper 10 sind mittels einer Überwurfmutter 40, die ein Innengewinde 42 aufweist, welches in Wechselwirkung mit einem Gewinde 15 des Basiskörpers 10 steht, verbunden. Dabei stützt sich ein Flansch 41 am Ende der Überwurfmutter 40 an einem Absatz 28 des Anschlusskörpers 20 ab, so dass eine kraftschlüssige Dichtpressung zwischen den Abschlussflächen 16, 29 ausbildbar ist
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Trennebene im Bereich des Übergangs zwischen dem Stempel 31 und dem Aktorfuß 32 des Aktors 30 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Aktorfuß 32 eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form besitzen kann und der Stempel 31 des Aktors einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen kann. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn Piezoaktoren zum Einsatz kommen, bei denen der Stempel 31 aus mehrlagig angeordneten Einzelaktoren aufgebaut ist, die in einem größeren Nutzen hergestellt und dann in rechteckige oder quadratische Einzelaktoren zersägt werden.
Zur Führung derartiger Aktoren 30 weist die Aktoraussparung 11 des Basiskörpers 10 einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Bevorzugt ist ein quadratischer Querschnitt, der hinsichtlich der geometrischen Verhältnisse gleichmäßigere Bedingungen zulässt.
2 zeigt eine Querschnittansicht des Basiskörpers 10 mit dem Aktor 30 entlang der Ebene AA in 1.
Die Außenform des Basiskörpers 10 weist eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form auf. Im gezeigten Beispiel weist der Basiskörper 10 Abflachungen 13 auf, an denen beispielsweise Schraubschlüssel zur Montage angesetzt werden können.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Aktoraussparung 11 zur Führung des Aktors 30 eine quadratische Querschnittsfläche. Zudem weist die Aktoraussparung 11 Profilnute 12 auf, die in Verbindung mit der Zulaufbohrung 23 des Anschlusskörpers 20 stehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass in den Abschlussflächen 16 und/oder 29 im Bereich des Übergangs von der Zulaufbohrung 24 zur Profilnute 12 entsprechende Aussparungen vorgesehen sind, die den Kraftstoffdurchfluss ermöglichen. Durch die Hohlräume, die durch die Profilnute 12 gebildet werden, kann der Kraftstoff von der Zulaufbohrung kommend direkt zum Düsenmodul des Injektorkörpers 1 geleitet werden. Vorteilhaft ist durch diese Ausgestaltung, dass nur ein kleiner Querschnitt unter Hochdruck steht.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, den Injektorkörper 1 mehrteilig auszuführen, kann erreicht werden, dass beispielsweise der Basiskörper 10 und der Anschlusskörper 20 optimal für Ihre Funktion konstruiert werden können. Basiskörper 10 und Anschlusskörper 20 können dabei aus unterschiedlichen und/oder unterschiedlich vorbehandelten Werkstoffen bestehen. Als Fertigungsverfahren können beispielsweise spezielle Wärmebehandlungen, Kaltverfestigungsverfahren und Kaltumformverfahren zur Anwendung kommen. Die Abschlussflächen 16, 29 können beispielsweise als feinstbearbeitete Dichtflächen ausgeführt sein. Während der Montage können zudem Fixierstifte zum Einsatz kommen.

Claims

Injektorkörper (1) für einen Common Rail Injektor zum Steuern von Flüssigkeitsströmen, welcher eine Aktoraussparung (11, 27) und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung (24) besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf (23) in Verbindung steht, wobei die Aktoraussparung (11, 27) einen Aktor (30) mit einem Stempel (31) und einem Aktorfuß (32) aufweist, wobei die Aktoraussparung (27) eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche (27.1) am Ende des Aktorraumes (27) und einer dazu korrespondierenden kegelförmigen Dichtfläche (33) am Aktorfuß (32) ausgebildet ist, wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang (25) abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkörper (1) mehrteilig ausgeführt ist und mindestens aus einem Basiskörper (10) und einem Anschlusskörper (20) gebildet ist.
Injektorkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskörper (20) einen Hochdruckanschluss (21) aufweist, an dem mittels einem Gewinde (22) weitere Komponenten anschließbar sind.
Injektorkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckanschluss (21) des Anschlusskörpers (20) außermittig zur Längsachse des Anschlusskörpers (20) ausgebildet ist.
Injektorkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (10) und der Anschlusskörper (20) jeweils eine Abschlussfläche (16, 29) aufweisen, die gemeinsam eine als Dichtfläche wirkende Trennebene ausbilden.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwurfmutter (40), die ein Innengewinde (42) aufweist, welches in Wechselwirkung mit einem Gewinde (15) des Basiskörpers (10) steht und einen Flansch (41) aufweist, der sich an einem Absatz (28) des Anschlusskörpers (20) abstützt, eine kraftschlüssige Dichtpressung zwischen den Abschlussflächen (16, 29) ausbildbar ist.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennebene im Bereich des Übergangs zwischen dem Stempel (31) und dem Aktorfuß (32) des Aktors (30) angeordnet ist.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoraussparung (11) des Basiskörpers (10) einen rechteckigen Querschnitt zur Aufnahme des Stempels (31) des Aktors (30) aufweist und die Außenform des Basiskörpers (20) im Wesentlichen eine rotationssymmetrische Form aufweist.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Aktoraussparung (11) des Basiskörpers (10) eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (10) entlang der Aktoraussparung (11) mindestens eine Profilnut (12) aufweist, die in Verbindung mit der Zulaufbohrung (23) steht.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (10) an seiner Außenform Abflachungen (13) aufweist.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (10) und der Anschlusskörper (20) aus unterschiedlichen und/oder aus unterschiedlich vorbehandelten Werkstoffen besteht.
Injektorkörper (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (31) des Aktors (30) aus einem rechteckigen oder quadratischen Piezomehrlagenaktor ausgebildet ist und der Aktorfuß (32) eine rotationssymmetrische, am Ende kegelförmig zulaufende Form aufweist.