DE102007047425A1

DE102007047425A1 - Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102007047425A1
Application number: DE200710047425
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Braun; Rudolf Heinz; Michael Mennicken; Ralf Nussbaumer; Holger Rapp; Nadja Eisenmenger; Christian Faltin; Bernd Streicher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009043717A1

Abstract

Es wird ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor mit einem Ventilstück (25) und einer Ventilhülse (26) vorgeschlagen. Die Ventilhülse (26) ist axial beweglich geführt und drückt mit einer Schließkraft gegen einen am Ventilstück (25) ausgebildeten Ventilsitz (30). Die Ventilhülse (26) ist mittels eines in axialer Richtung wirkenden elastischen Fixierelements (50) radial fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein kraftausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein kraftausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor ist aus EP 1 612 403 A1 bekannt, bei dem an einem Führungszapfen eines Ventilstücks eine Ventilhülse axial beweglich geführt ist. Die Ventilhülse begrenzt eine Ventilkammer nach außen, die mit einem Steuerraum einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors über eine Ablaufbohrung verbunden ist. Durch eine Schließfeder wird die Ventilhülse gegen einen am Ventilstück ausgebildeten Ventilsitz gepresst und verschließt dadurch die Ventilkammer gegenüber einem Niederdruckraum, der an ein Niederdruck-/Rücklaufsystem angeschlossen ist. Die Ventilhülse wird von einem elektromagnetischen Stellelement bewegt und dabei kraftfrei betrieben, d. h. dass auf die Ventilhülse durch den Kraftstoff in der Ventilkammer keine resultierende Kraft in deren Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Zum Ansteuern der Düsennadel des Kraftstoffinjektors wird der Steuerraum der Düsennadel über den Ventilsitz mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbunden und infolge dessen druckentlastet.
In der DE-Patentanmeldung 10 2006 021 736.5 wurde vorgeschlagen, einen vom Ventilstück separaten Druckstift zur Führung der Ventilhülse anzuordnen, welcher neben der axialen Führung der Ventilhülse die Aufgabe hat, die innerhalb der Ventilhülse sich befindende Ventilkammer in axialer Richtung abzudichten. Durch die Verwendung eines separaten Druckstiftes entfallen die komplizierten Bohrungsverschneidungen im Ventilstück und damit insbesondere die mit hohen Zugspannungen belasteten Bereiche des Ventilstücks. In der Folge kann der Ventilsitzdurchmesser deutlich kleiner ausgelegt werden, als dies bei dem Stand der Technik aus EP 1 612 403 A1 bekannt ist.
Um den Druckstift am Ventilgehäuse zu positionieren, ist aus der DE-Patentanmeldung 10 2006 053 128.0 bekannt, den Druckstift an einer vergrößerten Stirnfläche mittels einer Druckfeder am Ventilgehäuse vorgespannt zu halten. Über die vergrößerte Stirnfläche, die eine Anlagefläche für den Druckstift bildet, wird der Druckstift senkrecht zum Ventilsitz ausgerichtet. Die Reibung zwischen Druckstift und Injektorgehäuse verhindert ein Verrutschen des Druckstifts im Betrieb des Kraftstoffinjektors. Im Fall, dass das Steuerventil mit einem Flachsitz versehen ist, muss davon ausgegangen werden, dass sich im Betrieb des Steuerventils ein kreisförmiger Verschleiß im Ventilsitzbereich des Ventilstücks ausbildet. Dieser Verschleiß führt nicht zwangsläufig zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Kraftstoffinjektors, da er mit dem Sitz der Ventilhülse zusammenpasst. Wird jedoch nach einer längeren Betriebsdauer z. B. über einen Schlag an das Injektorgehäuse der Druckstift in seiner radialen Position versetzt, führt dies mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Undichtheit am Ventilsitz, da der verschlissene Bereich am Ventilstück nicht mehr mit der Sitzlinie der Ventilhülse übereinstimmt. Dieses Problem tritt auch bei Kegelsitzen auf, wenn die Selbstzentrierung des kegligen Ventilsitzes nicht ausreicht, um den Druckstift wieder in seine ursprüngliche Position zurückzudrücken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Ventilhülse in radialer Richtung zu fixieren.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das zumindest in axiale Richtung elastische Fixierelement ermöglicht eine radiale Fixierung der Ventilhülse, wodurch die Sitzlinie des Ventilsitzes über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors unverändert bleibt. Dadurch ist ein dichtes Schließen des Ventilsitzes auch über eine längere Betriebsdauer gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Zweckmäßigerweise ist das Fixierelement als eine Membran ausgebildet, die an einem innen liegenden Abschnitt mit der Ventilhülse und an einem außen liegenden Abschnitt mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden ist. Die Fixierung der Membran am außen liegenden Abschnitt erfolgt zwischen dem Ventilstück und einem Gehäuseteil zur Aufnahme des Stellelements oder zwischen dem Injektorkörper und einem Gehäuseteil zur Aufnahme des Stellelements, wobei die Membran zwischen diesen Bauteilen verspannt ist. Zur Ausbildung einer entsprechenden axialen Auslenkung weist die Membran Aussparungen und/oder federnde Stege auf. Durch die Aussparungen kann außerdem der Kraftstoff im Niederduckraum durchströmen, wenn dieser bei geöffnetem Ventilsitz in das Niederruck-/Rücklaufsystem abfließt. Weiterhin kann es zur Verstärkung des axialen Federweges zweckmäßig sein, die Membran mit einer umlaufenden Sigge auszuführen. Die Membran kann aus einem metallischen Material und/oder aus faserverstärkten Kunststoffen besteht.
Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 – einen Querschnitt durch einen steuerventilseitigen Abschnitt eines Kraftstoffinjektors mit einem Steuerventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 – einen Querschnitt durch einen steuerventilseitigen Ausschnitts eines Kraftstoffinjektors mit einem Steuerventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 – eine Draufsicht auf ein Fixierelement gemäß einer ersten Ausführungsform und
4 – eine Draufsicht auf ein Fixierelement gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Der den 1 und 2 dargestellte steuerventilseitige Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors zeigt ein Injektorgehäuse 10, ein Ventilkörper 11, einen Düsennadelkolben 12 einer nicht dargestellten Düsennadel, ein Steuerventil 13, ein elektromagnetisches Stellelement 14 und ein Gehäuseteil 15 für das Stellelement 14. Das Steuerventil 13 und das elektromagnetische Stellelement 14 bilden ein Servo-Ventil für den Kraftstoffinjektor.
Der Ventilkörper 11 umfasst einen Flanschabschnitt 18 und einen Führungsabschnitt 19 zur axialen Führung des Düsennadelkolbens 12. Der Ventilkörper 11 ist mit dem Flanschabschnitt 18 im Injektorgehäuse 10 hydraulisch dicht eingesetzt und trennt einen Niederdruckraum 21 von einem Hochdruckraum 22. Dem Hochdruckraum 22 wird über eine Hochdruckbohrung 23 der Kraftstoff aus einem Kraftstoffspeicher (Common-Rail) einer Dieseleinspritzeinrichtung zugeführt. Im Führungsabschnitt 19 ist ein Steuerraum 20 ausgebildet, dem der Düsennadelkolben 12 mit einer Druckfläche ausgesetzt ist. Vom Druckraum 22 führt eine Zulaufbohrung 24 mit einer Zulaufdrossel in den Steuerraum 20.
Das Steuerventil 13 umfasst ein am Flanschabschnitt 18 ausgebildetes Ventilstück 25, eine Ventilhülse 26, einen Führungsbolzen 27 sowie eine Ventilfeder 28. Am Ventilstück 25 ist ein Ventilsitz 30 ausgebildet, der mit einer an der Ventilhülse 26 ausgebildeten Dichtkante 31 zusammenwirkt und eine Ventilkammer 35 vom Niederdruckraum 21 trennt. Die Ventilhülse 26 weist ferner eine Führungsbohrung 32 und einen tellerförmigen Magnetanker 33 auf. Die Ventilhülse 26 ist mit der Führungsbohrung 32 am Führungsbolzen 27 axial beweglich geführt. Die Ventilkammer 35 wird weiterhin von einer Stirnfläche des Führungsbolzens 27 begrenzt. Eine dieser Stirnfläche gegenüberliegende Stirnfläche 37 am Führungsbolzen 27, die kugelförmig ausgebildet ist, drückt gegen ein Widerlager 38, das für die kugelförmige Stirnfläche 37 ein entsprechendes Gegenlager ausbildet. Das Widerlager 38 stützt sich an einer mit dem Gehäuseteil 15 verbundenen Auflageplatte 39 ab. Die Ventilkammer 35 ist über eine Ablaufbohrung 41 mit einer Ablaufdrossel 42 mit dem Steuerraum 20 hydraulisch verbunden.
Das Stellelement 14 umfasst eine Magnetspule 43 und ein Magnetkern 44, wobei der Magnetkern 44 im Gehäuseteil 15 fixiert ist. Dazu ist ein Spannring 45 vorgesehen, der mittels der Auflageplatte 39 den Magnetkern 44 im Gehäuseteil 15 fixiert. Das Widerlager 38 ist mittels einer zusätzlichen Druckfeder 47, die sich an der Ventilhülse 26 abstützt, gegen die Auflageplatte 39 vorgespannt.
Die Ventilhülse 26 ist weiterhin radial mittels einer Membran 50 fixiert. Die Membran 50 ist mittels eines innen liegenden Abschnitts 51 an einem ventilsitzseitigen Abschnitt der Ventilhülse 26 befestigt. Mit einem außen liegenden Abschnitt 52 ist die Membran 50 mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Membran 50 mit dem äußeren Abschnitt 52 zwischen dem Flanschabschnitt 18 des Ventilstücks 11 und dem Gehäuseteil 15 verspannt. Die Membran 50 fungiert als Fixierelement, das zumindest in axialer Richtung elastisch ausgebildet ist, so dass der Ventilhub der Ventilhülse 33 von der Membran 50 mit ausgeführt werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel in 2 ist die Membran 50 mit dem äußeren Abschnitt 52 zwischen einem topfförmigen Gehäuseteil 151 zur Aufnahme des Magnetkerns 44 und dem Injektorkörper 10 verspannt. Dazu drückt eine mit dem Injektorkörper 10 verschraubte Spannmutter 451 auf das topfförmige Gehäuseteil 151. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem eine vereinfachte Ausbildung der Abstützung des Druckstifts 27 vorgesehen, der mit der kugelförmigen Stirnfläche 37 hier sich direkt an einer Bodenplatte 391 des topfförmigen Gehäuseteils 151 abstützt. Der Ventilkörper 11 ist dabei mittels eines Spannrings 461 hydraulisch dicht im Injektorkörper 10 gehalten. Das Ventilstück 25 steht axial mittels einer Zylinderform 471 in den Niederdruckraum 21 hinein. Die Membran 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer umlaufenden Sigge 58 ausgeführt, die dann notwendig ist, wenn die axiale Auslenkung der Membran 50 zur Ausführung des gewünschten Ventilhubs der Ventilhülse 26 nicht mehr ausreicht.
Weitere Ausführungsformen der Membran 50 sind in den 3 und 4 dargestellt. Die Membran 50 weist am innen liegenden Abschnitt 51 im Zentrum eine Aufnahme 53 auf, in der die Ventilhülse 20 mit dem ventilsitznahen Abschnitt befestigt ist. Die kreisförmige Membran 50 ist weiterhin mit Aussparungen 54 und dazwischen ausgebildeten speichenförmigen Stegen 55 ausgeführt. Die Stege 55 erlauben sowohl eine elastische Ausfederung in axialer Richtung als auch eine radiale Auslenkung für die mit der Membran 50 verbundene Ventilhülse 26. Bei der Ausführungsform gemäß 4 sind an der Aufnahme 53 federnde Lippen 57 ausgebildet, die in entsprechende Gegenstücke an der Ventilhülse 26 einrasten können. Mit den Aussparungen 54 wird außerdem gewährleistet, dass im Niederdruckraum 21 die Rücklaufmenge des Kraftstoffs durchströmen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1612403 A1 [0002, 0003]
- DE 102006021736 [0003]
- DE 102006053128 [0004]

Claims

Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor mit einem in einem Injektorkörper (10) angeordneten Ventilstück (25) und einer Ventilhülse (26), die axial beweglich geführt ist und mit einer Schließkraft gegen einen am Ventilstück (25) ausgebildeten Ventilsitz (30) drückt, wobei die Ventilhülse (26) von einem Stellelement (14) betätigbar ist, wobei zwischen Ventilhülse (26) und Ventilstück (25) eine Ventilkammer (35) ausgebildet ist, die über eine Ablaufbohrung (41, 42) mit einem Steuerraum (20) für eine Düsennadel hydraulisch verbunden ist, und wobei die Ventilkammer (35) über den Ventilsitz (30) in einen Niederdruckraum (21) durckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (26) mittels eines in axialer Richtung wirkenden elastischen Fixierelements (50) radial fixiert ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement als eine Membran (50) ausgebildet ist, die an einem innen liegenden Abschnitt (51) mit der Ventilhülse (26) und an einem außen liegenden Abschnitt (52) mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden ist.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) am außen liegenden Abschnitt (52) zwischen dem Ventilstück (11) und einem Gehäuseteil (15, 151) zur Aufnahme des Stelleelements (14) fest verspannt ist.
Steuerventil nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) am außen liegenden Abschnitt (52) zwischen dem Injektorkörper (10) und einem Gehäuseteil (15, 151) zur Aufnahme des Stellelements (14) fest verspannt ist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) Aussparungen (54) und/oder federnde Stege (55) aufweist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) eine umlaufende Sigge (58) zur Verstärkung des axialen Federweges aufweist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) aus einem metallischen Material und/oder aus faserverstärktem Kunststoffen besteht.