Kraftstoffinjektor Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 .

Bei einem derartigen, beispielsweise aus der DE 10 2013 226 776 A1 der Anmelderin bekannten Kraftstoffinjektor weist das Injektorgehäuse einen Düsenkörper auf, in dem wenigstens eine Einspritzöffnung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Der

Düsenkörper ist auf der wenigstens einen Einspritzöffnung gegenüberliegenden Seite unter Zwischenlage eines weiteren Elements des Kraftstoffinjektors mittels einer Düsenspannmutter axial gegen einen Haltekörper des Injektorgehäuses verspannt. Zur Sicherstellung der benötigten Dichtheit ist es erforderlich, den Düsenkörper mit einer relativ hohen Axialkraft gegen den Haltekörper zu verspannen. Die hülsenförmige Düsenspannmutter weist hierzu an ihrem dem Düsenkörper zugewandten axialen Endbereich einen radial nach innen ragenden Halteabschnitt auf, der axial gegen eine Durchmesserstufe des Düsenkörpers anliegt. Der dem Halteabschnitt gegenüberliegende axiale Endbereich der Düsenspannmutter weist an seiner Innenseite ein Gewinde auf, das mit einem am Haltekörper ausgebildeten Außengewinde zusammenwirkt und beim Drehen der Düsenspannmutter die gewünschte axiale Verspannung des Düsenkörpers bewirkt. Neben der axialen Verspannung des Düsenkörpers gegen den Haltekörper des

Injektorgehäuses ist auch dessen Drehwinkelposition im Injektorgehäuse von Bedeutung. Dies rührt daher, dass die wenigstens eine in dem Düsenkörper ausgebildete Einspritzöffnung in einer bestimmten Position in Bezug zum Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet sein soll. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, den Düsenkörper mittels in Axialrichtung angeordneter

Positionierstifte in einer bestimmten Drehwinkellage zum Injektorgehäuse zu positionieren. Bei einer stiftlosen Montage ist durch eine geeignete

Montageeinrichtung bzw. eine zum Beispiel optische Kontrolleinrichtung die winkelgerechte Montage des Düsenkörpers sicherzustellen.

Insbesondere durch die stetig wachsenden Einspritzdrücke derartiger

Kraftstoffinjektoren, gemeint sind hierbei Einspritzdrücke von mehr als 2000 bar, insbesondere mehr als 2500 bar, ist es jedoch aus Festigkeitsgründen der Bauteile wünschenswert, auf die bekannten Positionierstifte zu verzichten.

Weiterhin sind der konstruktive Aufwand und die Herstellkosten durch die

Positionierstifte erhöht. Darüber hinaus ist aufgrund des steigenden Systembzw. Betriebsdrucks zur Sicherstellung der benötigten Dichtheit eine erhöhte axiale Spannkraft zwischen dem Düsenkörper und dem Injektorgehäuse erforderlich. Unter Injektorgehäuse im Sinne der Erfindung sollen dabei sowohl Haltekörper als auch Platten bzw. Plattenverbunde des Injektorgehäuses gemeint sein. Derartige erhöhte Axialkräfte können zwar durch eine

Düsenspannmutter grundsätzlich (unter Beachtung der Festigkeitsgrenzen des Materials der Düsenspannmutter bzw. deren Geometrie) aufgebracht werden, es stellt sich dabei jedoch die Problematik einer im Bereich des Halteabschnitts der Düsenspannmutter auftretenden Verformung der Düsenspannmutter. Diese Verformung bewirkt oberhalb des Halteabschnitts eine radiale Einschnürung bzw. eine Verringerung des Innendurchmessers der Düsenspannmutter und somit die Gefahr, dass die Düsenspannmutter im erwähnten Bereich an dem Düsenkörper anliegt. Auf der anderen Seite ist jedoch zur Zentrierung bzw. Positionierung der Düsenspannmutter zum Injektorgehäuse zwischen der Düsenspannmutter bzw. deren Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des Düsenkörpers ein lediglich relativ geringes radiales Führungsspiel wünschenswert, um die gewünschte Zentrierung bzw. Positionierung des Düsenkörpers sicherstellen zu können. Kommt es nun durch die Verformung der Düsenspannmutter zu einer Berührung zwischen dem Düsenkörper und der Düsenspannmutter, so besteht beim weiteren Drehen der Düsenspannmutter zum Aufbringen der erforderlichen Axialkraft auf die Düsenspannmutter die Gefahr, dass aufgrund der

Reibverhältnisse sich die Winkellage des Düsenkörpers in unerwünschter Art und Weise verändert, da der Düsenkörper und die Düsenspannmutter um die gemeinsame Drehachse gedreht werden. Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass auch hohe axiale Spannkräfte von der

Düsenspannmutter auf den Düsenkörper ohne die Gefahr eines Verdrehens des Düsenkörpers um seine Längsachse ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, in dem Bereich, in dem die Düsenspannmutter sich beim axialen Verspannen besonders stark verformt bzw. radial einschnürt, d.h. im Bereich unmittelbar oberhalb des Halteabschnitts der Düsenspannmutter, durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Düsenspannmutter und/oder des Düsenkörpers sicherzustellen, dass selbst bei einer maximal vorkommenden Verformung der

Düsenspannmutter zumindest kein wesentlicher Anlagekontakt zwischen der Düsenspannmutter und dem Düsenkörper erfolgt. Hierbei wird sich die

Erkenntnis zunutze gemacht, dass die radiale Einschnürung bzw. radiale

Verformung der Düsenspannmutter im Wesentlichen lediglich über einen Teil der axialen Länge der Düsenspannmutter oberhalb des Halteabschnitts erfolgt. Wird nun sichergestellt, dass durch eine entsprechende Maßtolerierung zwischen der Düsenspannmutter und dem Düsenkörper in dem von der Verformung besonders betroffenen Bereich keine radiale Führung des Düsenkörpers durch die

Düsenspannmutter erfolgt, so besteht auch keine Gefahr des Drehens des Düsenkörpers beim axialen Verspannen. Daher ist es bei dem

erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor vorgesehen, dass der Führungsabschnitt, in dem zwischen dem Düsenkörper und der Düsenspannmutter ein lediglich geringes radiales Führungsspiel ausgebildet ist, nur auf einem Teilbereich der axialen Länge des Zwischenabschnitts zwischen dem Halteabschnitt und dem Gewindeabschnitt auf der dem Gewindeabschnitt zugewandten Seite ausgebildet ist, und dass zwischen dem Halteabschnitt und dem Führungsabschnitt ein Abschnitt mit einem gegenüber dem Führungsabschnitt vergrößerten Radialspalt ausgebildet ist. Dieser vergrößerte Radialspalt ist derart bemessen, dass die oben beschriebene Gefahr der Berührung zwischen der Düsenspannmutter und dem Düsenkörper vermieden wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Um sicherzustellen, dass trotz des in der axialen Länge verkürzten

Führungsabschnitts die gewünschte Positionierung bzw. Zentrierung des

Düsenkörpers mittels der Düsenspannmutter erfolgen kann, und andererseits nichtsdestotrotz eine Berührung zwischen der Düsenspannmutter und dem Düsenkörper in dem verformten bzw. eingeschnürten Bereich der

Düsenspannmutter vermieden wird, ist es vorgesehen, dass die axiale Länge des Führungsabschnitts zwischen 30 % und 50 % der axialen Länge des

Zwischenabschnitts beträgt.

Zur Ausbildung der unterschiedlichen radialen Spiele im Führungsabschnitt und in dem von der Verformung der Düsenspannmutter besonders betroffenen Abschnitt der Düsenspannmutter stehen verschiedene konstruktive

Möglichkeiten zur Verfügung. In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Düsenkörper im Bereich des Abschnitts mit vergrößertem Radialspalt einen reduzierten Außendurchmesser aufweist. Eine derartige Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass an der Düsenspannmutter keine konstruktiven Änderungen erforderlich sind. Darüber hinaus wird der Düsenkörper zur Ausbildung seiner geometrischen Außenform üblicherweise einer mechanischen Bearbeitung unterzogen, in deren Rahmen beispielsweise auch der reduzierte Außendurchmesser ohne großen Mehraufwand ausgebildet werden kann.

In einer ersten Weiterbildung eines im Außendurchmesser reduzierten Abschnitts am Düsenkörper kann es vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser im Bereich des Abschnitts mit vergrößertem Radialspalt des Düsenkörpers konstant ist. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach realisieren. Darüber hinaus wird dadurch üblicherweise eine konstante Wanddicke im Bereich des Düsenkörpers erzielt.

In alternativer konstruktiver Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Düsenkörper im Bereich des Abschnitts mit vergrößertem Radialspalt an seiner Außenseite konisch ausgebildet ist. In grundsätzlich davon unterschiedlich ausgebildeter konstruktiver Ausgestaltung des vergrößerten Radialspalts kann es vorgesehen sein, dass der

Außendurchmesser des Düsenkörpers im Zwischenabschnitt konstant ist, und dass die Düsenspannmutter im Bereich des Abschnitts mit vergrößertem

Radialspalt einen vergrößerten Innendurchmesser aufweist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es beispielsweise, ein und denselben Kraftstoff! njektor in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck mit unterschiedlichen

Düsenspannmuttern zu versehen.

In wiederum grundsätzlich alternativer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Führungsabschnitt am Düsenkörper durch einen auf dem

Außendurchmesser des Düsenkörpers angeordneten, mit dem Düsenkörper verbundenen Führungsring gebildet ist. Ein derartiger Führungsring kann beispielsweise auf den Düsenkörper aufgepresst, aufgeklebt oder durch einen elektromagnetischen Umformvorgang befestigt werden.

In Weiterbildung des zuletzt genannten Erfindungsgedankens kann es vorgesehen sein, dass zur Erzielung eines herstellungstechnisch besonders einfach ausgebildeten Düsenkörpers dieser im Bereich des Zwischenabschnitts der Düsenspannmutter, mit Ausnahme im Bereich des Führungsrings, einen konstanten Außendurchmesser aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 ein einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandter

Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einem Längsschnitt,

Fig. 2

und

Fig. 3 jeweils im Teillängsschnitt unterschiedlich ausgestaltete Düsenkörper im Bereich der Düsenspannmutter, Fig. 4 im Teillängsschnitt eine Ausführungsform, bei der die

Düsenspannmutter zur Ausbildung unterschiedlich großer Radialspiele ausgebildet ist und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch den Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 , bei dem auf dem Düsenkörper ein Führungsring angeordnet ist.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist abschnittsweise ein Kraftstoffinjektor 10 dargestellt, wie er als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer nicht gezeigten selbstzündenden

Brennkraftmaschine dient. Der Systemdruck in dem Kraftstoffinjektor 10 beträgt mehr als 2000 bar, insbesondere mehr als 2500 bar.

Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 1 1 auf, das beispielhaft aus mehreren Bauteilen besteht. Insbesondere umfasst das Injektorgehäuse 1 1 einen Düsenkörper 15, der konzentrisch zu seiner Längsachse 16 eine

Ausnehmung 17 zur Aufnahme und Führung einer als Einspritzglied dienenden Düsennadel 18 aufweist. Darüber hinaus weist der Düsenkörper 15 in bekannter Art und Weise wenigstens eine Einspritzöffnung 19 auf, die dazu dient, den unter Systemdruck stehenden Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Hierzu wirkt die wenigstens eine Einspritzöffnung 19 derart mit der Düsennadel 18 zusammen, dass die Düsennadel 18 in der in der Fig. 1 dargestellten Schließposition die wenigstens eine Einspritzöffnung 19 zumindest mittelbar verschließt. Demgegenüber wird bei einem Anheben der Düsennadel 18 aus der dargestellten Schließposition die wenigstens eine Einspritzöffnung 19 freigegeben. Die Betätigung der Düsennadel 18 erfolgt auf an sich bekannte Art und Weise, beispielsweise mittels eines Magnetaktuators oder eines

Piezoaktuators. Darüber hinaus ist die Düsennadel 18 im dargestellten

Ausführungsbeispiel mittels einer Schließfeder 21 in unbestromtem Zustand in ihre Schließposition gedrückt, bei der die wenigstens eine Einspritzöffnung 19 verschlossen ist. Der Düsenkörper 15 weist beispielhaft im Wesentlichen vier Abschnitte 22 bis 25 auf, die in Axialrichtung bzw. in Richtung der Längsachse 16 betrachtet aneinander anschließen, und die jeweils unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Der erste Abschnitt 22 bildet den einen axialen Endbereich des Düsenkörpers 15 in Form einer Kuppe 26 aus. An den ersten Abschnitt 22 schließt sich ein beispielhaft zylindrischer zweiter Abschnitt 23 an, der in einen ebenfalls zylindrisch ausgebildeten, gegenüber dem zweiten Abschnitt 23 einen größeren Außendurchmesser aufweisenden dritten Abschnitt 24 übergeht. Im Übergangsbereich zwischen dem dritten Abschnitt 24 und dem einen gegenüber dem dritten Abschnitt 24 einen größeren Außendurchmesser aufweisenden vierten Abschnitt 25 ist eine radial umlaufende Stufe 27 ausgebildet. Die der Kuppe 26 gegenüberliegende Stirnfläche 28 des vierten Abschnitts 25 liegt axial an der Stirnfläche 29 einer Zwischenplatte 31 an und ist gegen diese

abgedichtet. Darüber hinaus geht die Ausnehmung 17, die in Form einer Sacklochbohrung ausgebildet ist, von der Stirnfläche 28 des vierten Abschnitts 25 aus. An die Zwischenplatte 31 schließt sich auf der dem Düsenkörper 15 abgewandten Seite wiederum ein Haltekörper 30 an.

Zur hydraulischen Abdichtung des Düsenkörpers 15 gegen die Zwischenplatte 31 und der Zwischenplatte 31 gegen den Haltekörper 30 dient eine

Düsenspannmutter 35. Die Düsenspannmutter 35 weist auf der der Kuppe 26 des Düsenkörpers 15 zugewandten Seite einen Halteabschnitt 36 auf, der radial in Richtung zur Längsachse 16 weisend ausgebildet ist. Eine der Stufe 27 zugewandte Anschlagfläche 37 liegt an der Stufe 27 des Düsenkörpers 15 axial an. An den Halteabschnitt 36 schließt sich auf der der Kuppe 26 des

Düsenkörpers 15 abgewandten Seite ein Zwischenabschnitt 38 an. An den Zwischenabschnitt 38 schließt sich wiederum auf der dem Halteabschnitt 36 gegenüberliegenden Seite ein im Außendurchmesser vergrößerter Bereich mit einem Gewindeabschnitt 39 an. Der Gewindeabschnitt 39 weist an seiner Innenwand ein Innengewinde 41 auf, das mit einem als Außengewinde ausgebildeten Gegengewinde 42 an dem Haltekörper 30 zusammenwirkt, um eine axiale Verspannung des Düsenkörpers 15 gegen den Haltekörper 30 beim Montieren bzw. Anschrauben der Düsenspannmutter 35 an dem Haltekörper 30 zu ermöglichen. Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Zwischenabschnitt 38 der Düsenspannmutter 35 jeweils einen konstanten Innendurchmesser D, auf. Demgegenüber weist der vierte Abschnitt 25 des Düsenkörpers 15 auf der der Stirnfläche 28 zugewandten Seite bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen zylindrisch ausgebildeten

Führungsabschnitt 45 mit konstantem Außendurchmesser D _a auf. An diesen Führungsabschnitt 45 schließt sich in Richtung des dritten Abschnitts 24 des Düsenkörpers 15 ein Abschnitt 46 an, dessen Außenform konisch (alternativ: ballig) ausgebildet ist. Insbesondere nimmt dadurch ein zwischen dem Abschnitt 46 des Düsenkörpers 15 und der Innenwand der Düsenspannmutter 35 ausgebildeter Radialspalt 47 in Richtung zum dritten Abschnitt 24 des

Düsenkörpers 15 hin stetig zu.

Die axiale Länge I des Führungsabschnitts 45 beträgt typischerweise zwischen 20 % und 50 % der Gesamtlänge L des Zwischenabschnitts 38. Insbesondere ist der Außendurchmesser D _a des Düsenkörpers 15 derart auf den

Innendurchmesser D, der Düsenspannmutter 35 abgestimmt, dass sich zwischen dem Düsenkörper 15 und der Düsenspannmutter 35 im Bereich des

Führungsabschnitts 45 ein lediglich geringes radiales Führungsspiel 48 einstellt. Dieses Führungsspiel 48 dient dazu, bei der Montage des Düsenkörpers 15 gegen den Haltekörper 30 den Düsenkörper 15 zum Haltekörper 30 hin zu zentrieren. Weiterhin ist der Radialspalt 47 zwischen dem Abschnitt 46 des Düsenkörpers 15 und der Düsenspannmutter 35 derart bemessen, dass bei einer Axialkraftbeaufschlagung der Düsenspannmutter 35 eine in Richtung der Pfeile 49 wirkende Kraft, die zur Reduzierung des Innendurchmessers D, führt, keine Berührung der Düsenspannmutter 35 an dem Düsenkörper 15 zur Folge hat.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten, abgewandelten Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt 46a gegenüber dem Führungsabschnitt 45 einen konstanten, reduzierten Außendurchmesser auf, der derart bemessen ist, dass ebenfalls keine Berührung zwischen der Düsenspannmutter 35 und dem Düsenkörper 15 beim axialen Verspannen des Düsenkörpers 15 gegen den Haltekörper 30 stattfinden kann. In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Düsenkörper 15 über die gesamte Länge des vierten Abschnitts 25 bzw. des Zwischenabschnitts 38 einen konstanten Außendurchmesser D _a aufweist. Demgegenüber weist die Düsenspannmutter 35a einen Abschnitt 51 auf der dem Halteabschnitt 36 zugewandten Seite auf, in dem der Innendurchmesser D, gegenüber dem Innendurchmesser D, im Bereich des Führungsabschnitts 45 vergrößert ist. Dadurch ist zwischen dem Abschnitt 51 der Düsenspannmutter 35a und dem Düsenkörper 15 ein vergrößerter Radialspalt 47a ausgebildet, der ebenfalls einen über zumindest einen wesentlichen Teil des Umfangs ausgebildeten Kontakt zwischen der Düsenspannmutter 35a und dem Düsenkörper 15 beim axialen Verspannen des Düsenkörpers 15 gegen den Haltekörper 30 vermeidet. Zwischen dem Führungsabschnitt 45 und dem Düsenkörper 15 ist lediglich das geringe radiale Führungsspiel 48 ausgebildet.

Zuletzt ist in der Fig. 5 eine Ausführungsform dargestellt, bei der der

Düsenkörper 15 einen konstanten Außendurchmesser D _a im Bereich des vierten Abschnitts 35 aufweist. Auf dem vierten Abschnitt 25 ist ein Führungsring 55 befestigt, in dessen Bereich der Düsenkörper 15 einen vergrößerten

Außendurchmesser D _aa aufweist. Insbesondere ist der Außendurchmesser D _aa des Düsenkörpers 15 im Bereich des Führungsrings 55 derart, dass zwischen dem Führungsring 55 und der Innenwand der Düsenspannmutter 35 das radiale Führungsspiel 48 ausgebildet ist, während in einem axial in Richtung zum dritten Abschnitt 24 ragenden Bereich des vierten Abschnitts 25 ein vergrößertes Radialspiel 47a ausgebildet ist.

Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass es je nach Bauart des Kraftstoffinjektors 10, insbesondere bei Verwendung eines Piezoaktors zur Betätigung der Düsennadel 18, möglich sein kann, dass der Düsenkörper 15 mittels der Düsenspannmutter 35; 35a axial unmittelbar mit dem Haltekörper 30 verbunden ist.