WO2016206835A1 - Kraftstoffinjektor und verfahren zur montage eines kraftstoffinjektors - Google Patents

Kraftstoffinjektor und verfahren zur montage eines kraftstoffinjektors Download PDF

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WO2016206835A1
WO2016206835A1 PCT/EP2016/059294 EP2016059294W WO2016206835A1 WO 2016206835 A1 WO2016206835 A1 WO 2016206835A1 EP 2016059294 W EP2016059294 W EP 2016059294W WO 2016206835 A1 WO2016206835 A1 WO 2016206835A1
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WO
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nozzle body
region
fuel injector
shaft portion
throttle plate
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PCT/EP2016/059294
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Andreas Koeninger
Christian Maus
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8061—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving press-fit, i.e. interference or friction fit

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of
  • Claim 1 Furthermore, the invention relates to a method for mounting a fuel injector according to the invention.
  • a fuel injector according to the preamble of claim 1 is already known from practice. This serves in particular as part of a so-called common-rail injection system for injecting fuel into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine. Modern injection systems usually have a system pressure of more than 2000 bar.
  • the fuel known from practice! The injector or its injector housing has a plurality of mutually cooperating components, which include, inter alia, on the side facing an injection port of the fuel injector a nozzle body in which at least one injection port is formed, and then in the axial direction thereafter comprise a throttle plate. In particular, through holes are formed in the throttle plate, which serve, inter alia, to supply a high-pressure space formed in the nozzle body with high-pressure fuel.
  • Throttle plate is due to the high system pressures described above required to apply a relatively high axial clamping force between the nozzle body and the throttle plate. This is done in practice by means of a
  • Nozzle clamping nut which applies the required axial forces via the nozzle body to the throttle plate via a corresponding tightening torque.
  • an internal thread is provided in the nozzle retaining nut, which cooperates with an external thread formed on the injector housing.
  • the passage openings formed in the throttle plate must be aligned in a specific rotational angle position with respect to the nozzle body or to components arranged on the side of the throttle plate which faces away from the nozzle body become. This is usually done by means of dowel pins which penetrate the addressed components in the axial direction and connect them together.
  • Union nut also a change in the angular position of the throttle plate despite relatively high, acting on the throttle plate of the nozzle body
  • the already known from practice fuel injector has in the region of its nozzle body on a shaft portion which is conical.
  • the conicity of the shank region is relatively small, in particular because this is done by machining the outer surface of the nozzle body and thus the nozzle body (in a cylindrical bore for forming a high-pressure chamber in the interior of the nozzle body) in the region of the smallest diameter has a reduced wall thickness , which is not desirable for the strength reasons mentioned above.
  • the serves Conicity on the known nozzle body in particular to facilitate the insertion of the nozzle body into a corresponding receiving bore of a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that it is suitable for sufficiently high
  • Njektors in particular the throttle plate
  • a torque can be introduced via the conical shaft portion, which changes the angular position of the nozzle body to the throttle plate.
  • Conicity solely due to the weight of the nozzle body in the usually provided material pairings ensures that the required torque can be applied to the nozzle body via a correspondingly formed tool carrier having a receptacle with a conicity corresponding to the conicity of the shank region.
  • it allows the conical shaft portion, this not only to adjust the use correct rotational angle position between the nozzle body and the throttle plate or other components, but also to prevent the nozzle body by applying a corresponding axial force to rotate when the nut with the required torque on the
  • the technically meaningful (size) range of conicity is limited on the one hand by the fact that for the transmission of torque to the nozzle body, a certain minimum conicity is required, and on the other hand, the size of the taper to ensure self-locking is also limited upwards. For these reasons, it is proposed in a particularly preferred embodiment of the fuel injector that the conicity is less than 0.2.
  • Axial direction extending or arranged dowel pins for angular positioning of the components provided in the fuel injector In order to maximize the cross section provided for achieving high strength values, it is therefore provided in a further embodiment of the invention that the connection region between the throttle plate and the nozzle body is formed free of rotation locking elements. Such a design not only increases the available cross-section of the relevant components, but also simplifies the assembly insofar as that neither corresponding manufacturing steps for generating openings for the dowel pins are required, nor steps for mounting the dowel pins.
  • provision may be made for a second shank region adjoining the conical shank region in the axial direction on the side facing away from the at least one injection opening to have an enlarged diameter relative to the conical shank region.
  • the second shaft region is cone-shaped. This makes it possible that, in addition to the shaft region and the second shaft region either for rotational position correct positioning of the nozzle body to
  • Throttle plate or to apply the required axial holding force in the direction of the throttle plate during assembly of the nut can be used.
  • the conicity of the two shaft regions is identical.
  • a particularly simple production of the two shank areas is achieved, which can be ground simultaneously, for example, with a corresponding tool.
  • the second shaft region As an alternative to a conical design of the second shaft region, it is also conceivable to form the second shaft region in a cylindrical manner. As a result, if necessary, a simplified production can be achieved with respect to a conical design of the second shank region. Particularly preferred is the inventive design of the
  • Shank area for fuel injectors operating at operating pressure or system pressure greater than 2000bar The invention also includes a method for assembling a so far
  • the inventive method provides that, at least for positioning the nozzle body to the throttle plate, the nozzle body is brought into operative connection with a tool carrier having a conical recess.
  • Nozzle body takes place on the side facing away from the union nut by means different from the tool carrier device.
  • End face particularly high axial forces can be transmitted to the nozzle body.
  • a particularly preferred method provides that after positioning the nozzle body to the throttle plate in a first
  • Fig. 1 is a partial longitudinal section through a fuel according to the invention! Njektor in the assembled state using a union nut and
  • Fig. 5 respectively in side view differently configured nozzle body as part of a fuel injector according to the invention.
  • Fuel injector 10 serves in particular as part of a so-called common-rail injection system for injecting fuel into the combustion chamber, not shown, of a self-igniting internal combustion engine.
  • the system pressure is preferably more than 2000bar.
  • the injector 10 comprises an injector housing, generally designated by the reference numeral 11. On the side facing the combustion chamber, the fuel injector 10 has a nozzle body 12. The particular in the
  • nozzle body 12 Essentially rotationally symmetrical to a longitudinal axis 13 formed nozzle body 12 is made of steel and has on the combustion chamber
  • the releasing or closing of the at least one injection opening 15 in the nozzle body 12 takes place in a known manner, and therefore not shown manner by a lifting movement of a arranged in the interior of the injector 1 1 nozzle needle, for example by means of a Magnetaktuators or by means of a piezoelectric actuator is pressed.
  • the nozzle body 12 forms in its interior a high-pressure space 17 only partially shown in which the system pressure prevails, and in which the addressed
  • Nozzle needle is arranged.
  • the through hole 21 is aligned by way of example in alignment with a supply bore 22, which by further components of
  • Injector 1 1 passed through or is formed in this, and which is connected to a fuel port, not shown.
  • Nozzle clamping nut in the form of a union nut 25 is provided.
  • Union nut 25 has on an inner side by way of example a thread, not shown, which cooperates with a formed on a component of the injector 1 1 counter thread to the assembly of the
  • the nozzle body 12 has a contact area 26 extending perpendicularly to the longitudinal axis 13.
  • the abutment region 26 cooperates with an end face 27 on the cap nut 25, which is connected to a in the
  • Diameter reduced area of the union nut 25 is formed on an inner side of the union nut 25.
  • a nozzle body 12 described so far is already known from the prior art.
  • the nozzle body 12 which can be seen in FIGS. 1 and 2, the latter has, starting from the dome 14, a transition section 16 which merges into a first cylindrical area 28.
  • the first region 28 may also be slightly conical, ie non-cylindrical, the conicity being less than 0.01 in this case, and the conicity being the difference in diameter of the first region 28, calculated or divided by its axial length.
  • a first conical shaft portion 31 connects.
  • the diameter of the first conical shaft portion 31 is larger than the diameter of the first cylindrical portion 28 and smaller than the diameter of the second cylindrical portion 33. Further, the first conical
  • the first shaft portion 31 has viewed in the direction of the longitudinal axis 13 has an axial length L.
  • the first shaft region 31 On the side facing the second cylindrical region 33, the first shaft region 31 has a (outer) diameter D-1 and a diameter D 2 on the side facing the tip 14.
  • the diameter D- 1 is greater than the diameter D 2 ,
  • the conicity C of the first shaft portion 31 is uniform over the entire length L of the first shaft portion 31 and according to the invention is between 0.01 and 0.4, preferably less than 0.2, the conicity C is formed as a quotient of the difference of Diameter DD 2 , divided by the length L of the first shaft portion 31.
  • the first shaft region 31a reaches at least almost, ie without an intermediate section 36, as far as the second cylindrical region 33.
  • the length L of the first shaft portion 31 a compared to the length L of the first shaft portion 31 is formed enlarged.
  • the diameters Di and D 2 may be different from those of the first shaft portion 31.
  • the area 28 may be either cylindrical or slightly conical (corresponding to the embodiments of FIG. 2).
  • the nozzle body 12b according to FIG. 4 has, starting from the top 14, a first shank region 31b, to which an in diameter
  • the second shaft portion 32 may be either cylindrical, or conical. In the latter case, the taper of the second shaft portion 32 is preferably the same size as the taper of the first shaft portion 31 b.
  • the second shaft portion 32 is connected to the cylindrical portion 33 via an intermediate portion 36 provided with a radius r.
  • cylindrical region 33 extends.
  • a tool carrier 100 shown in detail in FIG. 1 for the case of the nozzle body 12 serves as a tapered receiving opening 101 for receiving the first shaft portion 31, 31a to 31c.
  • the conicity of the receiving opening 101 corresponds to the taper C of the first shaft portion 31, 31 b to 31 c.
  • the rotational angular position of the nozzle body 12, 12a to 12c can be adjusted to the throttle plate 20 during assembly of the fuel injector 10, wherein the nozzle body 12, 12a to 12c alone by its weight in conjunction with the taper C of the first conical shaft portion 31, 31 a to 31 c and the conicity of the receiving opening 101 forms a frictional connection, which is sufficient for the transmission of the torque required to rotate the nozzle body 12, 12 a to 12 c.
  • Tool carrier 100 separate device 102 shown, which also to Application of the axial force A is used, wherein the device 102 acts on the end face of the fuel injector 10 in the region of the transition section 16.
  • the fuel injector 10 described so far can be modified or modified in many ways, without departing from the spirit of the invention.
  • Shank portion 31, 31 a to 31 c is provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Düsenkörper (12; 12a bis 12c), der mittels einer Düsenspannmutter (25) axial gegen eine Drosselplatte (20) verspannt ist, wobei der Düsenkörper (12; 12a bis 12c) zumindest einen ersten konisch ausgebildeten Schaftbereich (31; 31 a bis 31 c) aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Konizität C des ersten Schaftbereichs (31; 31 a bis 31 c) zwischen 0,01 und 0,4 beträgt.

Description

Beschreibung Titel
Kraftstoffinjektor und Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt. Dieser dient insbesondere als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Moderne Einspritzsysteme weisen dabei üblicherweise einen Systemdruck von mehr als 2000bar auf. Der aus der Praxis bekannte Kraftstoff! njektor bzw. dessen Injektorgehäuse weist mehrere miteinander zusammenwirkenden Bauteile auf, die unter anderem auf der einer Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors zugewandten Seite einen Düsenkörper, in dem wenigstens eine Einspritzöffnung ausgebildet ist, und in axialer Richtung daran anschließend eine Drosselplatte umfassen. In der Drosselplatte sind insbesondere Durchgangsbohrungen ausgebildet, die unter anderem dazu dienen, einen in dem Düsenkörper ausgebildeten Hochdruckraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu versorgen. Zur Abdichtung des
Düsenkörpers gegen die dem Düsenkörper zugewandte Stirnfläche der
Drosselplatte ist es aufgrund der oben beschriebenen hohen Systemdrücke erforderlich, eine relativ hohe axiale Spannkraft zwischen dem Düsenkörper und der Drosselplatte aufzubringen. Dies erfolgt in der Praxis mittels einer
Düsenspannmutter, die über ein entsprechendes Anzugsmoment die benötigten Axialkräfte über den Düsenkörper auf die Drosselplatte aufbringt. Dabei ist in der Düsenspannmutter ein Innengewinde vorgesehen, das mit einem an dem Injektorgehäuse ausgebildeten Außengewinde zusammenwirkt. Die in der Drosselplatte ausgebildeten Durchgangsöffnungen müssen in einer bestimmten Drehwinkelposition zum Düsenkörper bzw. zu auf der dem Düsenkörper abgewandten Seite der Drosselplatte angeordneten Bauteile ausgerichtet werden. Dies erfolgt üblicherweise mittels Passstiften, die in Axialrichtung die angesprochenen Bauteile durchdringen und diese miteinander verbinden.
Insbesondere verhindern die Passstifte während des Verspannens der
Überwurfmutter auch eine Veränderung der Drehwinkellage der Drosselplatte trotz relativ hoher, auf die Drosselplatte von dem Düsenkörper wirkender
Drehmomente.
Die Tendenz bei modernen Einspritzsystemen geht aus Gründen der
Kraftstoffersparnis sowie der Erzielung möglichst guter Abgaswerte zu immer höher steigenden Systemdrücken. Derartige hohe Systemdrücke erfordern bei gegebenen Außenmaßen des Kraftstoffinjektors spezielle Maßnahmen, um die benötigten Festigkeitswerte bzw. Festigkeitsreserven an den Bauteilen des Kraftstoffinjektors sicherzustellen. Wünschenswert ist es daher, zur
Vergrößerung des für Festigkeitsgründe zur Verfügung stehenden Querschnitts auf die angesprochenen Passstifte zu verzichten. Dadurch werden modifizierte Montageprozesse erforderlich, da die Ausrichtung zwischen den in Axialrichtung aneinander anschließenden Bauteilen des Kraftstoff! njektors nicht mehr durch die Passstifte erfolgen kann. Darüber hinaus sind zur Erzielung der benötigten Dichtheitseigenschaften, insbesondere bei den zur Diskussion stehenden besonders hohen Systemdrücken, auch nochmals erhöhte axiale Spannkräfte von der Überwurfmutter über den Düsenkörper auf die Drosselplatte zu übertragen. Derartige axiale Spannkräfte, die mit steigenden Anzugsmomenten der Überwurfmutter einhergehen, führen jedoch zu einer Erzeugung von erhöhten Reibwerten zwischen dem Düsenkörper und der Drosselplatte mit der Tendenz, dass sich die Drehwinkellage zwischen dem Düsenkörper und der Drosselplatte bzw. weiteren, auf der dem Düsenkörper abgewandten Seite der Drosselplatte sich anschließenden Bauteile verändert.
Der aus der Praxis bereits bekannte Kraftstoffinjektor weist im Bereich seines Düsenkörpers einen Schaftbereich auf, der konisch ausgebildet ist. Die Konizität des Schaftbereichs ist jedoch relativ gering, insbesondere deshalb, da diese durch eine Bearbeitung der äußeren Mantelfläche des Düsenkörpers erfolgt und somit der Düsenkörper (bei einer zylindrischen Bohrung zur Ausbildung eines Hochdruckraums im Innenraum des Düsenkörpers) im Bereich des kleinsten Durchmessers eine reduzierte Wandstärke aufweist, die aus den oben genannten Festigkeitsgründen nicht erwünscht ist. Darüber hinaus dient die Konizität an dem bekannten Düsenkörper insbesondere dazu, das Einführen des Düsenkörpers in eine entsprechende Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine zu erleichtern.
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 dieser dazu geeignet ist, bei genügend hohen
Festigkeitsreserven sowie bei Sicherstellung der Dichtheit des Kraftstoffinjektors mit relativ hohen Systemdrücke betrieben werden zu können. Weiterhin soll eine relativ einfach Herstellung mit relativ geringen Kosten erzielbar sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Konizität des Schaftbereichs gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist und zwischen 0,01 und 0,4 beträgt. Hierbei wird unter einer Konizität der
Durchmesserunterschied des Schaftbereichs zwischen dem Bereich des größten Durchmessers und des kleinsten Durchmessers, dividiert durch die Länge des
Schaftbereichs verstanden.
Eine derartige, gegenüber dem Stand der Technik erhöhte bzw. vergrößerte Konizität ermöglicht es insbesondere, den Schaftbereich des Düsenkörpers während der Montage bzw. der Herstellung des Kraftstoffinjektors dazu zu nutzen, den Düsenkörper zu den anderen Bauteilen des Kraftstoff! njektors (insbesondere der Drosselplatte) in der Drehwinkellage zu positionieren, indem beispielsweise über den konisch ausgebildeten Schaftbereich ein Drehmoment einleitbar ist, das die Winkellage des Düsenkörpers zur Drosselplatte verändert. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene bzw. beanspruchte
Konizität allein infolge der Gewichtskraft des Düsenkörpers bei den üblicherweise vorgesehenen Materialpaarungen sichergestellt, dass über einen entsprechend ausgebildeten Werkzeugträger, der eine Aufnahme mit einer der Konizität des Schaftbereichs entsprechenden Konizität aufweist, das benötigte Drehmoment auf den Düsenkörper aufgebracht werden kann. Darüber hinaus ermöglicht es der konisch ausgebildete Schaftbereich, diesen nicht nur zur Einstellung der richtigen Drehwinkellage zwischen dem Düsenkörper und der Drosselplatte bzw. anderen Bauteilen zu nutzen, sondern zusätzlich auch den Düsenkörper durch Aufbringen einer entsprechenden Axialkraft am Verdrehen zu hindern, wenn die Überwurfmutter mit dem dafür erforderlichen Anzugsmoment an dem
Kraftstoff! njektor montiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der technisch sinnvolle (Größen-) Bereich der Konizität ist einerseits dadurch begrenzt, dass zur Übertragung von Drehmomenten auf den Düsenkörper eine bestimmte Mindestkonizität erforderlich ist, und andererseits die Größe der Konizität zur Sicherstellung der Selbsthemmung auch nach oben hin begrenzt ist. Aus diesen Gründen wird in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors vorgeschlagen, dass die Konizität weniger als 0,2 beträgt.
Wie oben bereits erläutert, sind beim Stand der Technik üblicherweise in
Axialrichtung verlaufende bzw. angeordnete Passstifte zur Winkelpositionierung der Bauteile im Kraftstoffinjektor vorgesehen. Zur Maximierung des zur Erzielung hoher Festigkeitswerte vorgesehenen Querschnitts ist es daher in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Verbindungsbereich zwischen der Drosselplatte und dem Düsenkörper verdrehsicherungselementfrei ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung vergrößert nicht nur den zur Verfügung stehenden Querschnitt an den betreffenden Bauteilen, sondern vereinfacht darüber hinaus auch die Montage insofern, als dass weder entsprechende Herstellungsschritte zur Erzeugung von Öffnungen für die Passstifte erforderlich sind, noch Schritte zur Montage der Passstifte.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich an den konischen Schaftbereich in axialer Richtung auf der wenigstens einer Einspritzöffnung zugewandten Seite ein zylindrischer Bereich anschließt.
Dadurch werden insbesondere bei einfacher Herstellbarkeit relativ hohe
Festigkeitswerte erzielt, da die Wandstärke in dem zylindrischen Bereich, in dem auch ein Hochdruckraum ausgebildet ist, konstant ausgebildet werden kann. In Weiterbildung dieses Vorschlags ist es vorgesehen, dass der konische Schaftbereich einen größeren Durchmesser aufweist als der zylindrische
Bereich. Dadurch lässt sich, insbesondere wenn der konische Bereich radial innerhalb des Bereichs einer Düsenspannmutter befindet, der zylindrische Bereich relativ einfach in eine Aufnahmeöffnung eines Brennraums der
Brennkraftmaschine einführen.
In weiterer konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass sich an den konischen Schaftbereich in axialer Richtung auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite ein zweiter Schaftbereich mit gegenüber dem konischen Schaftbereich vergrößertem Durchmesser anschließt. Dadurch wird insbesondere eine besonders einfache Positionierung bzw. ein besonders einfaches Einführen der Überwurfmutter über den Bereich des Düsenkörpers bei der Montage der Überwurfmutter an dem Kraftstoffinjektor ermöglicht.
In einer Weiterbildung des zuletzt genannten Vorschlags ist es vorgesehen, dass der zweite Schaftbereich konusförmig ausgebildet ist. Dadurch wird es ermöglicht, dass zusätzlich zum Schaftbereich auch der zweite Schaftbereich entweder zur drehwinkelrichtigen Positionierung des Düsenkörpers zur
Drosselplatte oder aber zur Aufbringung der benötigten axialen Haltekraft in Richtung der Drosselplatte während der Montage der Überwurfmutter verwendet werden kann.
In wiederum bevorzugter Ausgestaltung des zuletzt genannten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die Konizität der beiden Schaftbereiche identisch ist. Dadurch wird eine besonders einfache Fertigung der beiden Schaftbereiche erzielt, die beispielsweise mit einem entsprechenden Werkzeug gleichzeitig geschliffen werden können.
Alternativ zu einer konusförmigen Ausbildung des zweiten Schaftbereichs ist es auch denkbar, den zweiten Schaftbereich zylindrisch auszubilden. Dadurch kann ggf. gegenüber einer konischen Ausbildung des zweiten Schaftbereichs eine vereinfachte Herstellung erzielt werden. Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Schaftbereichs bei Kraftstoffinjektoren, die bei einem Betriebsdruck bzw. bei einem Systemdruck von mehr als 2000bar betrieben werden. Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Montage eines soweit
beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, bei dem der Düsenkörper in einer definierten Drehwinkelposition zu der Drosselplatte positioniert und mittels der Düsenspannmutter axial gegen die Drosselplatte verspannt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zumindest zur Positionierung des Düsenkörpers zur Drosselplatte der Düsenkörper in Wirkverbindung mit einem eine konische Ausnehmung aufweisenden Werkzeugträger gebracht wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Axialkraftbeaufschlagung des Düsenkörpers zur Sicherstellung der
Drehwinkelposition beim Anziehen der Überwurfmutter an einer Stirnfläche des
Düsenkörpers auf der der Überwurfmutter abgewandten Seite mittels einer von dem Werkzeugträger unterschiedlichen Einrichtung erfolgt. Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass über die angesprochene
Stirnfläche besonders hohe Axialkräfte auf den Düsenkörper übertragen werden können.
Es kann jedoch zumindest auch zeitweise vorgesehen sein, dass die
Axialkraftbeaufschlagung des Düsenkörpers auch mittels des Werkzeugträgers und somit über den konisch ausgebildeten Bereich des Düsenkörpers erfolgt.
Darüber hinaus sieht ein besonders bevorzugtes Verfahren vor, dass nach dem Positionieren des Düsenkörpers zu der Drosselplatte in einem ersten
Montageschritt mittels des Werkzeugträgers eine erste Axialkraft auf den Düsenkörper aufgebracht wird, dass anschließend ein teilweises Anziehen der Überwurfmutter an einem Injektorgehäuse erfolgt, und dass anschließend durch eine von dem Werkzeugträger unterschiedliche Einrichtung eine gegenüber der ersten Axialkraft erhöhte Axialkraft auf den Düsenkörper über die Stirnfläche des Düsenkörpers aufgebracht wird, wobei die Überwurfmutter mit dem
erforderlichen Anziehmoment an dem Injektorgehäuse festgezogen wird. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektor im montierten Zustand unter Verwendung einer Überwurfmutter und
Fig. 2
bis
Fig. 5 jeweils in Seitenansicht unterschiedlich ausgestaltete Düsenkörper als Bestandteil eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Der in der Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße
Kraftstoffinjektor 10 dient insbesondere als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Dabei beträgt der Systemdruck vorzugsweise mehr als 2000bar.
Der Kraftstoff! njektor 10 umfasst ein insgesamt mit der Bezugsziffer 1 1 bezeichnetes Injektorgehäuse. Auf der dem Brennraum zugewandten Seite weist der Kraftstoffinjektor 10 einen Düsenkörper 12 auf. Der insbesondere im
Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 13 ausgebildete Düsenkörper 12 besteht aus Stahl und weist auf der dem Brennraum
zugewandten Seite eine Kuppe 14 mit wenigstens einer Einspritzöffnung 15 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine auf. Das Freigeben bzw. Verschließen der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 in dem Düsenkörper 12 erfolgt in an sich bekannter, und daher nicht dargestellter Art und Weise durch eine Hubbewegung einer im Innenraum des Injektorgehäuses 1 1 angeordneten Düsennadel, die beispielsweise mittels eines Magnetaktuators oder aber mittels eines Piezoaktuators betätigt wird. Der Düsenkörper 12 bildet in seinem Innenraum einen lediglich bereichsweise gezeigten Hochdruckraum 17 aus, in dem der Systemdruck herrscht, und im dem die angesprochene
Düsennadel angeordnet ist.
In axialer Richtung schließt sich an den Düsenkörper 12 auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 15 abgewandten Seite eine Drosselplatte 20 an, die wenigstens eine Durchgangsöffnung bzw. Durchgangsbohrung 21 aufweist, über die der Hochdruckraum 17 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgbar ist. Hierzu ist die Durchgangsbohrung 21 beispielhaft in Ausrichtung mit einer Versorgungsbohrung 22 ausgerichtet, die durch weitere Bauteile des
Injektorgehäuses 1 1 hindurchgeführt bzw. in diesen ausgebildet ist, und die mit einem nicht gezeigten Kraftstoffanschlussstutzen verbunden ist.
Um den Düsenkörper 12 axial gegen eine Stirnfläche 23 der Drosselplatte 20 zu verspannen und insbesondere auch den Austritt von Kraftstoff aus dem
Verbindungsbereich zwischen dem Düsenkörper 12 und der Drosselplatte 20 zu verhindern, ist eine aus dem Stand der Technik an sich bekannte
Düsenspannmutter in Form einer Überwurfmutter 25 vorgesehen. Die
Überwurfmutter 25 weist an einer Innenseite beispielhaft ein nicht dargestelltes Gewinde auf, das mit einem an einem Bauteil des Injektorgehäuses 1 1 ausgebildeten Gegengewinde zusammenwirkt, um bei der Montage der
Überwurfmutter 25 den Düsenkörper 12 axial gegen die Drosselplatte 20 zu verspannen. Hierzu weist der Düsenkörper 12 einen senkrecht zur Längsachse 13 verlaufenden Anlagebereich 26 auf. Der Anlagebereich 26 wirkt mit einer Stirnfläche 27 an der Überwurfmutter 25 zusammen, die an einem im
Durchmesser verkleinerten Bereich der Überwurfmutter 25 an einer Innenseite der Überwurfmutter 25 ausgebildet ist. Ein soweit beschriebener Düsenkörper 12 ist an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 erkennbaren Ausführungsbeispiel des Düsenkörpers 12 weist dieser, ausgehend von der Kuppe 14, einen Übergangsabschnitt 16 auf, der in einen ersten zylindrischen Bereich 28 übergeht.
Ergänzend wird erwähnt, dass der erste Bereich 28 auch leicht konisch, d.h. nichtzylindrisch ausgebildet sein kann, wobei die Konizität in diesem Fall weniger als 0,01 beträgt, und wobei die Konizität sich aus dem Durchmesserunterschied des ersten Bereichs 28, bezogen bzw. dividiert durch seine axiale Länge berechnet.
An den ersten zylindrischen Bereich 28 schließt sich ein erster konischer Schaftbereich 31 an. Der erste konische Schaftbereich 31 geht über einen mit einem Radius r versehenen Zwischenabschnitt 36 wiederum in einen gegenüber dem ersten zylindrischen Bereich 28 im Durchmesser vergrößerten zweiten zylindrischen Bereich 33 des Düsenkörpers 12 über. Der Durchmesser des ersten konischen Schaftbereichs 31 ist größer als der Durchmesser des ersten zylindrischen Bereichs 28 und kleiner als der Durchmesser des zweiten zylindrischen Bereichs 33. Weiterhin befindet sich der erste konische
Schaftbereich 31 bei montiertem Kraftstoffinjektor 10 radial innerhalb der Düsenspannmutter 25. Der erste Schaftbereich 31 weist in Richtung der Längsachse 13 betrachtet eine axiale Länge L auf. Auf der dem zweiten zylindrischen Bereich 33 zugewandten Seite weist der erste Schaftbereich 31 einen (Außen-) Durchmesser D-ι und auf der der Kuppe 14 zugewandten Seite einen Durchmesser D2 auf, wobei der Durchmesser D-ι größer ist als der Durchmesser D2.
Die Konizität C des ersten Schaftbereichs 31 ist über die gesamte Länge L des ersten Schaftbereichs 31 gleichmäßig ausgebildet und beträgt erfindungsgemäß zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt weniger als 0,2, wobei die Konizität C als Quotient gebildet wird aus der Differenz der Durchmesser D D2, geteilt durch die Länge L des ersten Schaftbereichs 31 .
Bei dem Düsenkörper 12a entsprechend der Fig. 3 reicht der erste Schaftbereich 31 a zumindest nahezu, d.h. ohne einen Zwischenabschnitt 36, bis an den zweiten zylindrischen Bereich 33 heran. Insbesondere ist die Länge L des ersten Schaftbereichs 31 a im Vergleich zur Länge L des ersten Schaftbereichs 31 vergrößert ausgebildet. Auch können die Durchmesser Di und D2 unterschiedlich von denen des ersten Schaftbereichs 31 sein. Auch hier kann der Bereich 28 entweder zylindrisch oder leicht konisch (entsprechend den Ausführungen zur Fig. 2) ausgebildet sein. Der Düsenkörper 12b gemäß der Fig. 4 weist, ausgehend von der Kuppe 14, einen ersten Schaftbereich 31 b auf, an den sich ein im Durchmesser
vergrößerter zweiter Schaftbereich 32 anschließt. Der zweite Schaftbereich 32 kann entweder zylindrisch ausgebildet sein, oder aber konisch. Im letztgenannten Fall ist die Konizität des zweiten Schaftbereichs 32 vorzugsweise genauso groß wie die Konizität des ersten Schaftbereichs 31 b. Der zweite Schaftbereich 32 ist über ein mit einem Radius r versehenen Zwischenabschnitt 36 mit dem zylindrischen Bereich 33 verbunden.
Zuletzt ist in der Fig. 5 ein Düsenkörper 12c mit einem erster konischen
Schaftbereich 31 c gezeigt, der vom Bereich der Kuppe 14 bis an den
zylindrischen Bereich 33 reicht.
Hinsichtlich der Größe der Konizität C der ersten Schaftbereiche 31 a, 31 b und 31 c gelten die Ausführungen, die im Rahmen auf den ersten Schaftbereich 31 getroffen wurden.
Zur Montage der soweit beschriebenen Düsenkörper 12, 12a bis 12c dient ein in der Fig. 1 ausschnittsweise für den Fall des Düsenkörpers 12 dargestellter Werkzeugträger 100, der eine konisch ausgebildete Aufnahmeöffnung 101 zur Aufnahme des ersten Schaftbereichs 31 , 31 a bis 31 c aufweist. Insbesondere entspricht die Konizität der Aufnahmeöffnung 101 der Konizität C des ersten Schaftbereichs 31 , 31 b bis 31 c. Mittels des Werkzeugträgers 100 lässt sich zumindest die Drehwinkelposition des Düsenkörpers 12, 12a bis 12c zu der Drosselplatte 20 während der Montage des Kraftstoffinjektors 10 einstellen, wobei der Düsenkörper 12, 12a bis 12c allein durch seine Gewichtskraft in Verbindung mit der Konizität C des ersten konischen Schaftbereichs 31 , 31 a bis 31 c und der Konizität der Aufnahmeöffnung 101 eine reibschlüssige Verbindung ausbildet, die zur Übertragung des zum Drehen des Düsenkörpers 12, 12a bis 12c benötigten Drehmoments ausreichend ist.
Darüber hinaus ist es ggf. möglich, über den Werkzeugträger 100 eine in Richtung auf die Drosselplatte 20 wirkende Axialkraft A auf den Düsenkörper 12, 12a bis 12c zu übertragen. In der Fig. 1 ist darüber hinaus eine von dem
Werkzeugträger 100 separate Einrichtung 102 gezeigt, die ebenfalls zur Aufbringung der Axialkraft A dient, wobei die Einrichtung 102 auf die Stirnseite des Kraftstoffinjektors 10 im Bereich der Übergangsabschnitts 16 wirkt.
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere ist es möglich, die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Geometrien der Düsenkörper 12, 12a bis 12c miteinander zu kombinieren bzw. abzuwandeln. Wesentlich ist lediglich, dass wenigstens ein konischer
Schaftbereich 31 , 31 a bis 31 c vorgesehen ist.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffinjektor (10), mit einem Düsenkörper (12; 12a bis 12c), der mittels einer Düsenspannmutter (25) axial gegen eine Drosselplatte (20) verspannbar ist, wobei der Düsenkörper (12; 12a bis 12c) zumindest einen ersten konisch ausgebildeten Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität C des ersten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) zwischen 0,01 und 0,4 beträgt, wobei die Konizität durch die Formel
Figure imgf000014_0001
berechnet wird, und wobei D-ι dem Durchmesser des ersten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) im Bereich des größten Durchmessers, D2 dem
Durchmesser des ersten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) im Bereich des kleinsten Durchmessers und L der Länge des ersten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) entspricht.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konizität C des ersten konisch ausgebildeten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) weniger als 0,2 beträgt.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbindungsbereich zwischen der Drosselplatte (20) und dem Düsenkörper (12; 12a bis 12c) verdrehsicherungselementfrei ausgebildet ist.
4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich an den ersten konisch ausgebildeten Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) in Richtung einer Längsachse (13) auf einer wenigstens einer Einspritzöffnung (15) abgewandten Seite zumindest mittelbar ein im
Durchmesser gegenüber dem ersten konisch ausgebildeten Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) vergrößerter, insbesondere zylindrisch ausgebildeter Bereich (33) anschließt, der auf der dem ersten konisch ausgebildeten Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) zugewandten Seite einen Anlagebereich (26) zur axialen Anlage die Überwurfmutter (25) ausbildet.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich an den ersten Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) in axialer Richtung auf der wenigstens einer Einspritzöffnung (15) zugewandten Seite ein zylindrischer Bereich (28) oder konischer Bereich mit einer Konizität von weniger als 0,01 anschließt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Schaftbereich (31 ; 31 a bis 31 c) einen größeren Durchmesser aufweist als der Bereich (28). 7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Düsenkörper (12b) zwei Schaftbereiche (31 b, 32) aufweist, und dass der auf einer Einspritzöffnung (15) des ersten konischen
Schaftbereichs (31 b) abgewandten Seite angeordnete zweite Schaftbereich (32) einen größeren Durchmesser aufweist als der erste Schaftbereich (31 b).
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Schaftbereich (32) konisch ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass Konizität der beiden Schaftbereiche (31 b, 32) gleich groß ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaftbereich (32) zylindrisch ausgebildet ist.
1 1 . Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieser dazu ausgebildet ist, bei einem Betriebsdruck von mehr als 2000bar betrieben zu werden.
12. Verfahren zur Montage eines Kraftstoff! njektors (10), der nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgebildet ist, bei dem der Düsenkörper (12; 12a bis 12c) in einer definierten Drehwinkelposition zu der Drosselplatte (20) positioniert und mittels einer Düsenspannmutter (25) axial gegen die Drosselplatte (20) verspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zur Positionierung des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) zur Drosselplatte (20) der Düsenkörper (12; 12a bis 12c) in Wirkverbindung mit einem eine konische Aufnahmeöffnung (101 ) aufweisenden Werkzeugträger (100) gebracht wird, wobei die Konizität der Aufnahmeöffnung (101 ) der Konizität C des ersten Schaftbereichs (31 ; 31 a bis 31 c) angepasst ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beaufschlagung des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) mit einer Axialkraft (A) an einer Stirnfläche des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) auf der der Überwurfmutter (25) abgewandten Seite mittels einer von dem Werkzeugträger (100) unterschiedlichen Einrichtung (102) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beaufschlagung des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) mit der Axialkraft (A) mittels des Werkzeugträgers (100) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Positionieren des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) zu der Drosselplatte (20) in einem ersten Montageschritt mittels des
Werkzeugträgers (100) eine erste Axialkraft (A) auf den Düsenkörper (12; 12a bis 12c) aufgebracht wird, dass anschließend ein teilweises Anziehen der Überwurfmutter (25) an einem Injektorgehäuse (1 1 ) erfolgt, dass danach durch die von dem Werkzeugträger (100) unterschiedliche Einrichtung (102) eine gegenüber der ersten Axialkraft (A) erhöhte Axialkraft (A) auf den Düsenkörper (12; 12a bis 12c) über die Stirnfläche des Düsenkörpers (12; 12a bis 12c) aufgebracht wird, und dass zuletzt die Überwurfmutter (25) mit dem erforderlichen Anziehmoment an dem Injektorgehäuse (1 1 ) festgezogen wird.
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