Titel

Kraftstoff! njektor

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffe! nspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Kraftstoff! njektor dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 001 486 AI geht ein Kraftstoff! njektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hervor, der zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel eine Steuerventilanordnung umfasst. Über die Steuerventilanordnung ist ein Steuerraum mit einem Niederdruckraum verbindbar, so dass der Steuerdruck, der im Steuerraum herrscht und unmittelbar oder mittelbar auf der Düsennadel lastet, abgesenkt werden kann, um ein Öffnen der Düsennadel zu ermöglichen. Der Steuerraum ist in einem Ventilstück ausgebildet, das zugleich einen Ventilsitz für einen hülsenförmigen Schließkörper ausbildet, der auf einer Führungsstange axial verschiebbar geführt ist. Zur Steuerung der Bewegung des Schließkörpers ist eine Elektromagnetanordnung vorgesehen, die auf einen mit dem Schließkörper verbundenen Anker einwirkt. Wird eine Magnetspule der Elektromagnetanordnung bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker einschließlich des Schließkörpers entgegen der Federkraft einer Feder in Richtung eines Magnetkerns bewegt, der die Magnetspule umgibt. Der Magnetkern bildet einen Hubanschlag für den Anker bzw. den Schließkörper aus. Durch die Bewegung des Schließkörpers wird ein Ablaufkanal mit einer hierin angeordneten Ablaufdrossel freigegeben, der die Verbindung des Steuerraums mit dem Niederdruckraum herstellt. Der Steuerdruck im Steuerraum sinkt und die Düsennadel vermag zu öffnen. Zum Schlie- ßen der Düsennadel wird die Bestromung der Magnetspule beendet, so dass die Federkraft der Feder den Schließkörper gegen den Ventilsitz zurückstellt. Die Verbindung des Steuerraums mit dem Niederdruckraum wird auf diese Weise unterbrochen, so dass der Steuerdruck im Steuerraum wieder ansteigt und das Schließen der Düsennadel bewirkt.

Der den Hubanschlag definierende Magnetkern der Steuerventilanordnung der DE 10 2010 001 486 AI ist in einer Magnethülse aufgenommen, die mittelbar über eine Einstellscheibe an einem Absatz eines Haltekörpers des Kraftstoff! njektors axial abgestützt ist. Über die Einstellscheibe ist der Hub des Schließkörpers einstellbar. Ferti- gungs- und/oder montagebedingte Toleranzen können zu einem Winkelfehler zwischen dem Hubanschlag und dem Ventilsitz führen, so dass es im Betrieb des Kraftstoff! njek- tors zu einer Schrägstellung des Schließkörpers und damit zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Führungs- und Anschlagsflächen am Schließkörper und/oder an der Führungsstange kommt. Dies wiederum führt zu Ventilundichtigkeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Probleme nicht oder nur in deutlich verringertem Maße auftreten.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil mit einem hubbeweglichen Ventilschließelement, dessen Hub einerseits durch einen Ventilsitz, andererseits durch einen Hubanschlag begrenzt ist. Der Ventilsitz ist dabei an einem Ventilstück ausgebildet, das in einen Haltekörper des Kraftstoffinjektors eingesetzt ist. Der Hubanschlag ist an einem Magnetkern oder einer am Magnetkern abgestützten Restluftspaltscheibe ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die axiale Lage des Magnetkerns in Bezug auf das Ventilstück durch eine Magnethülse vorgegeben, die unmittelbar oder mittelbar über eine Einstellscheibe am Ventilstück axial abgestützt und mittels einer mit dem Haltekörper verschraubten Überwurfmutter in Richtung des Ventilstücks axial vorgespannt ist.

Durch die Abstützung der Magnethülse unmittelbar oder mittelbar über eine Einstellscheibe am Ventilstück fällt der Haltekörper aus der Toleranzkette, die den Winkelfehler definiert, heraus. Das heißt, dass die Toleranzkette weniger Bauteile umfasst und somit auch weniger toleranzbehaftet ist. Zudem bildet das Ventilstück, an dem die Magnethülse unmittelbar oder mittelbar über eine Einstellscheibe abgestützt ist, zugleich den Ventilsitz aus, so dass die Gefahr eines Winkelfehlers zwischen dem Ventilsitz und dem Magnetkern bzw. der hieran abgestützten Restluftspaltscheibe deutlich reduziert ist. In der Folge kann der Verschleiß an den Führungs- und Anschlagflächen geringgehalten werden, wodurch sich die Dichtheit des Steuerventils verbessert.

Darüber hinaus wird der Temperaturgang des Steuerventils verbessert. Denn das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten von Haltekörper und Ventilschließelement spielt für den Hub des Ventilschließelements nur noch eine untergeordnete Rolle.

Bevorzugt weist die Magnethülse einen dem Ventilstück zugewandten Endabschnitt mit einer Geometrie auf, die sich bei einer Erhöhung des Anzugsmoments der Überwurfmutter elastisch verformt. Durch die elastische Verformung kann eine Veränderung der Hubeinstellung vorgenommen werden, die der Feineinstellung dient. Denn die Geomet- rie ist derart gewählt, dass die elastische Verformung bei einer Erhöhung des Anzugmoments der Überwurfmutter lediglich geringfügig ist.

Die Geometrie, welche die elastische Verformbarkeit gewährleistet, umfasst bevorzugt eine außenumfangseitig ausgebildete umlaufende Nut, in der ein gegen den Haltekör- per radial vorgespannter Dichtring eingesetzt ist. Die Nut führt zu einer Verringerung der Wandstärke der Magnethülse, so dass dieser Bereich eine gewisse elastische Verformung zulässt. Zugleich kann die Nut zur Aufnahme eines Dichtring genutzt werden, um das Steuerventil nach außen abzudichten. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Geometrie zumindest eine stirnseitig angeordnete umlaufende Fase umfasst. Die Fase kann innenumfangseitig und/oder außenumfangseitig angeordnet sein, so dass sich die ringförmige Aufstandsfläche der Magnethülse verringert und/oder in radialer Richtung verschiebt, und zwar nach radial außen oder nach radial innen. Über eine erhöhte Druckbelastung der radial versetzten Aufstandsfläche kann dann die elastische Verformung der Magnethülse im Bereich des die Geometrie aufweisenden Endabschnitts bewirkt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ventilstück in den Haltekörper des Kraftstoffinjektors eingeschraubt ist. Das Ventilstück weist hierzu einen Abschnitt mit einem Außengewinde auf. Der Haltekörper besitzt ein entsprechendes Innengewinde. Eine separate Ventilschraube zur Lagefixierung des Ventilstücks kann somit entfallen.

Vorteilhafterweise weist das Ventilstück eine stirnseitig angeordnete Ausnehmung zum Einsetzen eines Werkzeugs auf, wobei die Ausnehmung eine Geometrie besitzt, die einen in Drehrichtung wirksamen Formschluss mit dem Werkzeug ermöglicht. Beispielswiese kann die Geometrie ein Innensechskant oder dergleichen sein, in den ein entsprechend geformter Schlüssel einsetzbar ist. Die Ausnehmung erleichtert auf diese Weise das Einschrauben des Ventilstücks in den Haltekörper des Kraftstoffinjektors.

Ferner kann die stirnseitige Ausnehmung des Ventilstücks der Aufnahme des die Geometrie aufweisenden Endabschnitts der Magnethülse dienen. Die axiale Abstützung der Magnethülse erfolgt dann auf einer Bodenfläche der stirnseitigen Ausnehmung des Ventilstücks. Dies hat den Vorteil, dass eine Führung der Magnethülse über das Ventilstück bewirkt werden kann, wenn der Endabschnitt der Magnethülse elastisch verformt wird.

Da der Bereich der Schraubverbindung zwischen dem Ventilstück und dem Haltekörper leckagebehaftet ist, wird als weiterbildende Maßnahme eine Nut oder eine Bohrung im Ventilstück zur Entlastung dieses Bereichs vorgeschlagen. Vorzugsweise verbindet die Nut oder Bohrung den Bereich der Schraubverbindung mit der stirnseitigen Ausnehmung des Ventilstücks. Das Ventilschließelement des Steuerventils ist vorzugsweise durch die Federkraft einer Feder gegen den Ventilsitz axial vorgespannt und auf einem Stift axial beweglich geführt. Das Ventilschließelement kann auf diese Weise weitgehend druckausgeglichen ausgebildet werden, so dass nur geringe Federkräfte erforderlich sind, um das Steuerventil geschlossen zu halten.

Ferner bevorzugt bildet das Ventilschließelement einen Anker aus oder ist mit einem Anker verbunden. Ein separater Anker ist somit verzichtbar, wodurch ein kompaktbauendes Steuerventil geschaffen wird. Vorzugsweise wird der Anker durch einen platten- förmigen Abschnitt oder ein plattenförmiges Teil des Ventilschließelements gebildet.

Zur Betätigung des Ventilschließelements des Steuerventils ist vorzugsweise eine ringförmige Magnetspule vorgesehen, mittels welcher auf den Anker eingewirkt werden kann, der durch das Ventilschließelement ausgebildet wird oder mit dem Ventilschließelement verbunden ist. Die ringförmige Magnetspule ist weiterhin vorzugsweise im Magnetkern aufgenommen, so dass der Magnetkern einen Innenpol und einen Außenpol ausbildet.

Bevorzugt ist über das Steuerventil ein im Ventilstück ausgebildeter Steuerraum mit einem Niederdruckraum verbindbar, wobei der Steuerraum von einer hubbeweglichen Düsennadel des Kraftstoffinjektors begrenzt wird, über deren Hubbewegungen mindestens eine Einspritzöffnung freigebbar und verschließbar ist. Über das Steuerventil können somit die Hubbewegungen der Düsennadel gesteuert werden, indem durch Öffnen und Schließen des Steuerventils der Steuerdruck im Steuerraum verändert wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich eines hierin eingesetzten Steuerventils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform und Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich eines hierin eingesetzten Steuerventils gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil 1 zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 24. Über das Steuerventil 1 ist ein Steuerraum 22 mit einem Niederdruckraum 23 verbindbar, so dass ein im Steuerraum 22 herrschender Steuerdruck absenkbar ist. Auf diese Weise wird die Düsennadel 24 entlastet und vermag zu öffnen. Mit Schließen des Steuerventils 1 steigt der Steuerdruck im Steuerraum 22 wieder an, so dass die Düsennadel 24 in ihren Sitz (nicht dargestellt) zurückgestellt wird.

Das Steuerventil 1 umfasst ein hubbewegliches Ventilschließelement 2, das mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 3 ist wie der Steuerraum 22 in einem Ventilstück 5 ausgebildet, das in einen Haltekörper 6 des Kraftstoffinjektors eingesetzt und mit dem Haltekörper 6 verschraubt ist. Um den Ventilsitz 3 herum bildet das Ventilstück 5 eine Führungshülse 26 aus, das der Führung des Ventilschließelements 2 dient. Das Ventilschließelement 2 ist zudem über einen Stift 19 geführt, der das Ventilschließelement 2 durchsetzt und gehäuseseitig abgestützt ist. In Richtung des Ventilsitzes 3 ist das Ventilschließelement 2 von der Federkraft einer Feder 18 beaufschlagt.

Zum Öffnen des Steuerventils 1 wird eine Magnetspule 21 bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, dessen Magnetkraft auf einen Anker 20 wirkt, der durch das Ventilschließelement 2 ausgebildet wird. Das Ventilschließelement 2 bewegt sich aufgrund dessen in Richtung eines Magnetkerns 7, in dem die Magnetspule 21 aufgenommen ist. Der Magnetkern 7 bildet einen Hubanschlag 4 für das Ventilschließelement 2 aus. Bei geöffnetem Steuerventil 1 läuft Kraftstoff aus dem Steuerraum 22 in den Niederdruckraum 23 ab, der über mindestens eine in der Führungshülse 26 ausgebildete Abiaufbohrung 25 mit einer Ausnehmung 16 des Ventilstücks 3 verbunden ist. Die Ausnehmung 16 ist stirnseitig angeordnet und weist eine Geometrie 17 auf, die ein in Drehrichtung formschlüssiges Einsetzen eines Werkzeugs ermöglicht, so dass Einschrauben des Ventilstücks 5 in den Haltekörper 6 bei der Montage des Kraftstoffinjektors erleichtert wird.

Zum Schließen des Steuerventils 1 wird die Bestromung der Magnetspule 21 beendet und die Feder 18 stellt das Ventilschließelement 2 in seine Ausgangslage gegen den Ventilsitz 3 zurück.

Der Hub des Ventilschließelements 2 des Steuerventils 1 wird durch die axiale Lage des Magnetkerns 7 in Bezug auf den Ventilsitz 3 bestimmt, der im Ventilstück 5 ausgebildet ist. Denn der Hub des Ventilschließelements 2 wird einerseits durch den Magnetkern 7, andererseits durch den Ventilsitz 3 begrenzt. Die Lagefixierung des Magnetkerns 7 wird über eine Magnethülse 8 bewirkt, die einen radial innen liegenden Absatz 27 aufweist, gegen den der Magnetkern 7 mittels einer Tellerfeder 28 axial vorgespannt ist. Die Magnethülse 8 selbst ist mittelbar über eine Einstellscheibe 9 am Ventilstück 5 axial abgestützt. Über die Einstellscheibe 9 ist der Hub des Ventilschließelements 2 einstellbar. Mittels einer Überwurfmutter 10 ist die Magnethülse 8 in Richtung des Ventilstücks 5 axial vorgespannt. In Abhängigkeit vom Anzugsmoment der Überwurfmutter 10 wird ein dem Ventilstück 5 zugewandter Endabschnitt des Ventilschließelements 2 elastisch verformt. Denn der Endabschnitt weist eine Geometrie 11 auf, die eine elastische Verformung begünstigt. Vorliegend wird die Geometrie 11 durch eine Nut 12 geformt, in der ein Dichtring 13 eingesetzt ist. Der an die Nut 12 anschließende Bereich weist außen- und innenumfangseitig jeweils eine Fase 14 auf, so dass eine gegenüber der Wandungsdicke der Magnethülse verkleinerte Aufstandsfläche 29 geschaffen wird, die zudem nach radial außen versetzt ist, so dass sie unterhalb der Nut 12 zu liegen kommt.

Das Ventilstück 5 weist stirnseitig eine Entlastungsnut 15 auf, die radial vom Außenumfang des Ventilstücks 5 bis zur stirnseitigen Ausnehmung 16 geführt ist. Über die Entlastungsnut 15 kann eine Entlastung des leckagebehafteten Bereichs der Schraubverbindung des Ventilstücks 5 mit dem Haltekörper 6 bewirkt werden.

Der Fig. 2 ist eine Abwandlung des Kraftstoffinjektors der Fig. 1 zu entnehmen, wobei die Abwandlung das Steuerventil 1 betrifft. Die Darstellung beschränkt sich demnach vorrangig auf das Steuerventil 1. Das Ventilstück 5 des Steuerventils 1 bildet auch hier den Ventilsitz 3 und die Führungshülse 26 zur Führung des hubbeweglichen Ventilschließelements 2 aus. Ferner ist das Ventilschließelement 2 durch den Stift 19 geführt. Zur Betätigung des Steuerventils 1 ist wiederum eine Magnetspule 21 vorgesehen, die in einem Magnetkern 7 aufgenommen ist, der einen Hubanschlag 4 für das Ventilschließelement 2 ausbildet. Über die Magnetspule 21 kann auf das Ventilschließelement 2 eingewirkt werden, da dieses zugleich einen Anker 20 ausbildet.

Die axiale Lage des Magnetkerns 7 in Bezug auf den Ventilsitz 3 wird wiederum durch eine Magnethülse 8 bestimmt, in welcher der Magnetkern 7 aufgenommen ist. Die Magnethülse 8 weist einen dem Ventilstück 5 zugewandten Endabschnitt mit einer Geometrie 11 auf, die elastisch verformbar ist. Über diesen Endabschnitt greift die Magnethülse 8 in eine stirnseitige Ausnehmung 16 des Ventilstücks 5 ein, so dass die axiale Abstützung der Magnethülse 8 an einer Bodenfläche 30 der Ausnehmung 16 erfolgt. Die Aufstandsfläche 29 ist durch eine radial außen angeordnete Fase 14 nach radial innen versetzt, so dass der Endabschnitt leichter elastisch verformbar ist. Bei einer elastischen Verformung des Endabschnitts ist dieser zugleich über das Ventilstück 5 geführt. Auf eine Einstellscheibe 9 wurde verzichtet.

Da die Magnethülse 8 abschnittsweise in die stirnseitige Ausnehmung 16 des Ventilstücks 5 eingesetzt ist, weist hier die Führungshülse 26 die Geometrie 17 auf, an die ein Werkzeug ansetzbar ist, um das Ventilstück 5 in den Haltekörper 6 einzuschrauben.