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Die
Erfindung geht nach der Gattung des Hauptanspruchs von einem Kraftstoffinjektor
mit einem Injektorgehäuse
aus, das mittels einer Düsenspannmutter
durch eine lösbare
Schraubverbindung mit einem Düsengehäuse verbunden
ist. Im Innern des Injektorgehäuses
ist eine Aktoreinheit derart angeordnet, dass ihre obere Stirnfläche mit
dem Injektorgehäuse
fest verbunden ist. Die untere Stirnfläche der Aktoreinheit ist beweglich
angeordnet und dehnt sich beim Anlegen einer Gleichspannung axial
nach unten aus. In dem darunter angeordneten Düsengehäuse befindet sich eine Düseneinheit,
die mit einem vorgegebenen Spaltmaß zu der Aktoreinheit angeordnet
ist. Das Spaltmaß entspricht
einem Leerhub der Aktoreinheit. Bei diesem Kraftstoffinjektor muss somit
bei Betätigung
der Aktoreinheit zunächst
ein durch das Spaltmaß gebildeter
Leerhub überwunden werden,
bevor die weitere Ausdehnung der Aktoreinheit die Düseneinheit
schalten kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass die exakte Einstellung des Spaltmaßes insbesondere
in einer Serienfertigung außerordentlich
schwierig und aufwändig ist,
zumal die einzelnen Baugruppen in dem Kraftstoffinjektor nur mit
einem gewissen Toleranzmaß gefertigt
werden können.
Zur Lösung
dieses Problem wurden schon beispielsweise mit unterschiedlichen Toleranzmaßen behaftete
Zwischenscheiben gefertigt. Jeder einzelne Kraftstoffinjektor muss
dann exakt vermessen und danach eine passende Zwischenscheibe ausgesucht
und individuell verbaut werden. Dieses aufwändige Verfahren ist für eine Serienfertigung
weniger geeignet.
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Aus
der
DE 19832826 A1 ist
ein Montageverfahren für
ein Kraftstoff-Einspritzventil bekannt, mit dem ein Spaltmaß beziehungsweise
ein Leerhub eingestellt werden kann. Das Ein spritzventil umfasst zwei
Gehäuseteile,
wobei das erste Gehäuseteil
als Wanne ausgebildet ist, in die das zweite Gehäuseteil bis zu einer Sollposition
eingeschraubt werden kann. In der Wanne ist ein Ventilschließglied angeordnet. Es
soll derart eingebaut werden, dass es zu einer im zweiten Gehäuseteil
eingelassenen Ankerplatte eines Magnetankerkerns das vorgegebene
Spaltmaß einnimmt.
Zwischen den beiden Gehäuseteilen
ist ein verformbarer Zwischenring angeordnet, durch den beim Zusammenschrauben
der beiden Gehäuseteile
das Spaltmaß einstellbar
ist. Die Dicke des Zwischenringes ist so bemessen, dass beim Einschrauben
des zweiten Gehäuseteils
kurz vor Erreichen der vermuteten Sollposition die Oberkante der Wände, der
Ring und der Bund der Gehäuseteile
in Kontakt kommen. Durch Zusammendrücken des Zwischenringes mit
einer Kompressionskraft lässt sich
die Sollposition eines Vorsteuerventils finden. Bei dieser Lösung erscheint
nachteilig, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen der verformbare Zwischenring
verwendet werden muss. Diese Lösung
erscheint relativ aufwändig,
da zunächst
der Zwischenring eingeführt
und positioniert werden muss. Des weiteren ist vorgesehen, nach
Erreichen der Sollposition die beiden Gehäuseteile an ihrer Nahtstelle
zu verschweißen.
Zwischenringe haben des weiteren den Nachteil, dass sie sich im
Laufe der Betriebsdauer durch Alterung setzen und dann Undichtigkeiten
auftreten können.
Ferner erhöhen
sich durch den Zwischenring nicht nur die Materialkosten, sondern
auch die Montagezeiten, so dass die Herstellung des Injektors teurer
wird.
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Aus
der
DE 101 50786 A1 ist
des weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen
Einstellen von Injektoren bekannt. Bei dieser Vorrichtung beziehungsweise
Verfahren werden die beiden Gehäuseteile
eines Injektors, der einen piezoelektrischen Aktor als Antriebseinheit
aufweist, miteinander verschraubt. Die Vorrichtung erfasst dabei die
momentane Winkelposition und das angreifende Drehmoment während des
gesamten Schraubvorgangs. Als Einstellmoment dient eine Hohlschraube oder
eine Mutter, die mit einem Gabelschlüssel der Vorrichtung verdreht
wird. Des weiteren wird während
des Schraubvorgangs an dem Aktor eine Spannung angelegt und das Öffnen des
Injektors (Dieselinjektors) beobachtet. Der Schraubvorgang wird
abgeschaltet, wenn der Dieselinjektor öffnet. Allerdings ist dieser
Druckschrift nicht entnehmbar, welche Bauteile beim Verschrauben
die Längenänderung
des Injektors, insbesondere dessen Verkürzung aufnehmen. Dieses Problem
tritt insbesondere dann auf, wenn die beiden Gehäuseteile mit einer Mutter,
beispielsweise einer Düsenspannmutter
verschraubt werden sollen. Die Verwendung eines elastischen Zwischenringes
ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einstellen eines Spaltmaßes beziehungsweise eines
Leerhubes der Aktoreinheit bei einem Kraftstoffinjektor zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
ist vorgesehen, die beiden Gehäuseteile,
die durch das Injektorgehäuse
und das Düsengehäuse gebildet
werden, mittels einer Düsenspannmutter
direkt zu verschrauben. Um das erforderliche Spaltmaß einzustellen,
werden dabei die beiden Gehäuseteile
durch die Düsenspannmutter
soweit zusammengepresst, bis das Spaltmaß erreicht ist. Diese Montageart
hat den Vorteil, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen kein verformbarer
Zwischenring erforderlich ist, da das Gehäusematerial selbst so elastisch
ausgebildet ist, dass es die beim Zusammenpressen der Gehäuseteile
auftretende geringe Verkürzung
aufnehmen kann. Als besonders vorteilhaft wird auch angesehen, dass
die Verschraubung wieder gelöst
werden kann und der Einstellvorgang für das Spaltmaß wiederholt
werden kann, ohne dass zusätzliche
Maßnahmen
erforderlich sind. Dadurch ist die Einstellarbeit für das Spaltmaß wesentlich
einfacher und erfolgreicher durchführbar, so dass bei der Serienfertigung
des Injektors die Ausschussrate erheblich gesenkt werden kann. Auch
ist nach längerer
Betriebsdauer des Injektors eine eventuell er forderliche Nachkalibrierung
des Spaltmaßes
problemlos möglich.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen
Kraftstoffinjektors gegeben. Als besonders vorteilhaft wird angesehen,
dass insbesondere ein sehr kleines Spaltmaß einstellbar ist, das bei einer
piezoelektrischen Aktoreinheit im Bereich von 10 bis 30 μm liegt und
beispielsweise 20 μm
beträgt und
ohne großen
Aufwand aber mit hoher Präzisionen
eingestellt werden kann.
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Um
das Montageverfahren für
den Kraftstoffinjektor weiter zu vereinfachen und um eine definierte
Montageposition für
die Aktoreinheit zu erreichen, ist vorgesehen, an die untere Stirnfläche der Aktoreinheit
eine Bodenplatte anzuordnen. Diese Bodenplatte wird dabei so ausgeführt, dass
sie mit der unteren Querschnittsfläche des Injektorgehäuses exakt
in der gleichen Ebene liegt.
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Eine
besonders einfache Methode zur Anordnung der Querschnittsfläche und
der Querschnittsebene in der gleichen Ebene kann durch einfaches
Planschleifen erreicht werden. Bauteiletoleranzen, wie sie in einer
Fertigung naturgemäß immer auftreten,
müssen
nicht berücksichtigt
werden. Sie werden automatisch kompensiert.
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Um
beim Zusammenpressen der beiden Gehäuseteile ein Verformen der
unteren Querschnittsebene des Injektorgehäuses zu verhindern, ist vorgesehen,
das Gehäusematerial
an den entsprechenden Stellen zu härten.
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Des
weiteren ist vorgesehen, alternativ die obere Querschnittsebene
des Düsengehäuses zu härten, um
eine gute und dicht schließende
Presspassung zu erhalten.
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Eine
sehr einfache Methode zur Einstellung des gewünschten Spaltmaßes besteht
auch darin, die Aktoreinheit durch Anlegen einer entsprechenden Spannung
exakt um den Wert zu verlängern,
der dem gewünschtem
Spaltmaß entspricht.
Zur Überprüfung des
Spaltmaßes
während
des Zusammenpressens der beiden Gehäuseteile braucht dann lediglich überwacht
zu werden, bei welchem Drehwinkel der Düsenspannmutter oder zu welchem
Zeitpunkt das Ventil geöffnet
wird. Eine Messung des Drehmomentes oder anderer Parameter ist nicht
erforderlich. Dadurch kann auf sehr einfache Weise der Einstellvorgang
für das
Spaltmaß beispielsweise
automatisiert werden.
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Besonders
vorteilhaft erscheint auch die Lösung,
zum Überwachen
des Öffnens
des Ventils Druckluft zu verwenden. Dazu wird an den Kraftstoffinjektor
ein Druckluftschlauch angeschlossen und das Austreten der Luft am
Ventil beobachtet, wenn dieses bei Erreichen des Spaltmaßes geöffnet wird.
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Bei
einer automatisch durchgeführten
Einstellung des Spaltmaßes
wird der Schraubvorgang sofort gestoppt, sobald das Ventil öffnet und
die Druckluft austritt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Kraftstoffinjektor,
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2 zeigt
ausschnittsweise einen Längsschnitt
durch einen Kraftstoffinjektor,
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3 zeigt
an einem vergrößerten Längsschnitt
die Anordnung des Leerhubs mit dem Spaltmaß und
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4 zeigt
ein Flussdiagramm zur Montage und Einstellung des Spaltmaßes.
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In 1 ist
in schematischer Darstellung ein Kraftstoffinjektor 10 dargestellt,
wie er beispielsweise zur Einspritzung von Benzin oder Dieselöl in einem Common
Rail Einspritzsystem verwendet wird. Der Kraftstoffinjektor 10 weist
ein oberes Gehäuseteil 11 und
ein unteres Gehäuseteil 16 auf,
wobei die beiden Gehäuseteile 11,16 axial
zusammengesetzt und mittels einer Düsenspannmutter 17 zusammengehalten werden,
die von unten über
das untere Gehäuseteil 16 geschoben
ist. Die Düsenspannmutter 17 weist vorzugsweise
an ihrem oberen Bereich ein Gewindeteil (Innengewinde) auf, das
mit einem entsprechenden Gewindeteil des oberen Gehäuseteiles 11 (Außengewinde)
zusammengefügt
ist. Position A zeigt eine entsprechende Gewindenut.
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Das
obere Gehäuseteil 11 ist
als Injektorgehäuse
ausgebildet und weist in seinem Innern eine Aktoreinheit auf, wie
später
noch zu 2 näher erläutert wird. Das untere Gehäuseteil 16 ist
als Düsengehäuse ausgebildet
und weist in seinem Innern eine Düseneinheit mit einem Ventil
auf, durch das die an der unteren Spitze des Düsengehäuses 16 befindlichen
Spritzlöcher
bei Ansteuerung der Aktoreinheit 12 geöffnet werden können. Nach
dem Festziehen der Düsenspannmutter 17 bildet
sich zwischen der Düsenspannmutter 17 und
dem Injektorgehäuse 11 ein
Spalt A aus. Vollständigkeitshalber
sei erwähnt, dass
der Kraftstoffinjektor 10 mittels einer Spannpratze 5 an
einem Motorblock befestigt werden kann. Die Spannpratze 5 greift
dabei in eine Nut im oberen Bereich des Injektorgehäuses 11 ein.
Des weiteren ist im Kopfbereich des Injektorgehäuses 11 ein Kraftstoffanschluss 24 und
ein elektrischer Anschluss 23 vorgesehen.
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Bei
dem Schnittbild der 2 ist im wesentlichen die Anordnung
der Aktoreinheit 12 in Innern des Injektorgehäuses 11 erkennbar.
Die Aktoreinheit 12 ist aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial aufgebaut,
das von einer Rohrfeder 12a ummantelt ist. Das Kopfteil
der Aktoreinheit 12 ist mit dem sich an dieser Stelle verengten
Injektorgehäuse 11 verbunden.
Des weiteren ist ein elektrischer Anschluss 23 vorgesehen, über den
die Aktoreinheit 12 gesteuert werden kann.
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Am
unteren Ende der Aktoreinheit 12 ist eine Bodenplatte 13 angeordnet,
die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung in axialer Richtung
verschieben lässt.
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Die
Aktoreinheit 12 wird in das Injektorgehäuse 11 so eingebaut,
dass bei Ruhestellung der Aktoreinheit 12 die untere Querschnittsfläche 20 der Bodenplatte 13 in
der Ebene der unteren Querschnittsebene 21 des Injektorgehäuses 11 liegt.
Zur exakten Positionierung ist vorgesehen, die Querschnittsfläche 20 und
die Querschnittsebene 21 durch Planschleifen anzupassen.
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In
alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann die Bodenplatte 13 auch
mit einem Untermaß gefertigt
beziehungsweise so eingebaut sein, dass ihre untere Querschnittsfläche 20 oberhalb
der Querschnittsebene 21 des Injektorgehäuse 11 liegt.
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Unterhalb
der Bodenplatten 13 ist eine Ventilplatte 14 angeordnet,
die mit einer in 2 nicht näher dargestellten Düseneinheit 15 in
Verbindung steht. Als bevorzugte Lösung ist vorgesehen, die Ventilplatte 14 mit
einem Untermaß zu
fertigen, so dass beim Zusammenpressen der beiden Gehäuseteile 11, 16 das
Spaltmaß s
einstellbar ist.
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Beim
Erfindungsgegenstand kann also das Verbaumaß so gewählt werden, dass die Bodenplatte 13 und/oder
die Ventilplatte 14 an das einzustellende Spaltmaß s entsprechend
angepasst werden. Dieses Spaltmaß s muss bei Aktivierung des
Aktoreinheit 12 zunächst überwunden
werden, bevor die Düseneinheit 15 betätigt werden
kann.
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Da
die Längenausdehnung
der Aktoreinheit 12 sehr gering ist und je nach der verwendeten
Piezokeramik und der Baulänge
der Aktoreinheit beispielsweise nur im Bereich bis ca 50 μm liegt,
ist zur optimalen Nutzung des Aktorhubes der Leerhub so gering wie
möglich
einzustellen. Andererseits ist zu beachten, dass auch bei worst
case Bedingungen, insbesondere bei hoher Umgebungstemperatur, wie sie
im Motorbereich auftritt, ein sicheres Schließen und Öffnen der Spritzlöcher der
Düseneinheit 15 gewährleistet
ist. Es hat sich als günstig
herausgestellt, wenn das Spaltmaß s im Bereich vorzugsweise
zwischen 10 bis 30 μm,
zum Beispiel 20 μm
gewählt wird.
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3 zeigt
ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung
den Bereich des Kraftstoffinjektors 10, in dem der Leerhub
mit dem Spaltmaß s
angeordnet ist. Im oberen Bereich von 3 ist das
Injektorgehäuse 11 mit
der Aktoreinheit 12 erkennbar. Des weiteren ist eine Öffnung vorgesehen,
durch die der elektrische Anschluss 23 für die Aktoreinheit 12 geführt ist,
so dass der Aktor mit der Spannung (Aktorspannung) U gesteuert werden
kann.
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An
das untere Ende der Aktoreinheit 12 ist die Bodenplatte 13 angeordnet,
die mit der Aktoreinheit 12 fest verbunden und in axialer
Richtung beweglich ist. Unterhalb der Bodenplatte 13 befindet sich
mit dem Abstand des Spaltmaßes
s die Ventilplatte 14, die mit der Düseneinheit 15 in Verbindung steht.
Das Spaltmaß s
stellt sich natürlich
nur ein, wenn die Aktoreinheit 12 nicht angesteuert ist.
Am Übergang
zwischen dem Injektorgehäuse 11 und
der Düsenspannmutter 17 ist
eine Gewindenut A erkennbar. In diesem Bereich befindet sich auch
ein Gewinde, durch das das Injektorgehäuse 11 mittels der
Düsenspannmutter 17 mit
dem Düsengehäuse 16 kraftschlüssig verbunden
ist.
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In 4 ist
ein Flussdiagramm dargestellt, das die Montage der einzelnen Teile
des Kraftstoffinjektors 10 betrifft und angibt, wie der
Leerhub mit dem Spaltmaß s
eingestellt wird.
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Die
Einstellung erfolgt vorzugsweise mit einer entsprechenden automatisch
gesteuerten Vorrichtung, wie sie beispielsweise in der
DE 10150786 A1 beschrieben
ist. Zunächst
wird in Position
31 das Injektorgehäuse
11 in die Vorrichtung
eingespannt. In Position
32 wird ein Stabfilter eingebaut.
Mit dem Stabfilter sollen kleine Schwebteilchen ausgefiltert werden,
die sich im Kraftstoff befinden können. In Position
33 wird
ein Zylinderstift eingepresst. Danach wird in Position
34 die
Aktoreinheit
12 mit der Bodenplatte
13 eingesetzt.
In Position
35 werden die Teile in Bezug auf die untere
Querschnittsfläche
20 des
Injektorgehäuses
11 ausgerichtet,
gegebenenfalls plangeschliffen und die Ventilplatte
14 montiert.
In Position
36 wird das Düsengehäuse
16 mit der Düseneinheit
15 montiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Ventilplatte
14 mit einem Untermaß gefertigt,
damit beim Zusammenbau vor dem Festziehen der Düsenspannmutter
17 der Abstand
zur Bodenplatte
13 etwas größer ist als das Spaltmaß s. Danach
wird in Position
37 die Düsenspannmutter
17 montiert.
In Position
38 erfolgt die Einstellung des Leerhubs mit
dem Spaltmaß s,
wie es zuvor beschrieben wurde. In Position
39 erfolgt
eine Prüfung,
ob das Spaltmaß s
den gewünschten
Wert erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, dann gelangt der Kraftstoffinjektor
10 in
Position
40 zur Nacharbeit mit erneuter Einstellung. Im
anderen Fall, wenn das Spaltmaß s
den Sollwert erreicht hat, wird in Position
41 der Schraubvorgang
beendet.