Technisches Gebiet
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Bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen werden heute zunehmend
Kraftstoffeinspritzsysteme mit Hochdrucksammelraum (Common-Rail) eingesetzt. Durch eine den
Hochdrucksammelraum permanent beaufschlagende Hochdruckpumpe wird in diesem ein
nahezu konstantes, hohes Druckniveau aufrechterhalten. Der im Hochdrucksammelraum
auf hohem Druckniveau gespeicherte Kraftstoff wird an die Kraftstoffinjektoren
weitergeleitet, die jeweils den einzelnen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet
sind. An die Kraftstoffinjektoren, die Versorgungsleitungen vom Hochdrucksammelraum
sowie deren Anschlüsse und das Zulaufsystem innerhalb des Injektorkörpers sind daher
erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Hochdruckfestigkeit zu stellen.
Stand der Technik
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DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf ein Magnetventil zur Steuerung eines
Kraftstoffeinspritzventiles. Es wird ein Magnetventil vorgeschlagen, dessen Magnetanker mehrteilig
ausgebildet ist und eine Ankerscheibe sowie einen Ankerbolzen aufweist, welcher in einem
Gleitstück geführt ist. Um ein Nachschwingen der Ankerscheibe nach einem Schließen des
Magnetventiles zu vermeiden, ist am Magnetanker eine Dämpfungseinrichtung
vorgesehen. Mit einer solchen Einrichtung sind exakt die erforderlichen kurzen Schaltzeiten des
Magnetventiles einhaltbar und lassen sich im Betrieb reproduzieren. Das Magnetventil ist
bestimmt zur Anwendung bei Einspritzanlagen mit Hochdrucksammelraum (Common-
Rail).
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Gemäß dieser Lösung ist ein Anschluss für eine Versorgungsleitung vom
Hochdrucksammelraum am Ventilgehäuse schräg orientiert aufgenommen, wodurch eine Verbesserung
der Hochdruckfestigkeit eines Kraftstoffinjektors erzielt werden kann. Die mit dieser
Maßnahme erzielbare Verbesserung der Hochdruckfestigkeit ist jedoch noch unbefriedigend, da
im Hinblick auf eine weitere Steigung des Druckniveaus im Hochdrucksammelraum
(Common-Rail) der durch diese Maßnahme erzielte Hochdruckfestigkeitsgewinn im Zuge
der weiter fortschreitenden Entwicklung aufgezehrt werden dürfte.
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Darstellung der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich gegenüber bekannten Lösungen, die die
Festigkeit des Injektorkörpers bestimmende Schwachstelle im Injektorkörper beseitigen. Die
Verschneidungsstelle von Zulaufbohrung und Ringkanal ist bedingt durch den im
Injektorkörper herrschenden Innendruck und statische Einbau-/Montagekräfte, höchsten
mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die durch eine schräge Positionierung der
Zulaufbohrung oder deren exzentrischen Einlauf in den Ringkanal innerhalb des Injektorkörpers
erheblich herabgesetzt werden können. Neben der Beanspruchung des Injektorkörpers durch
den im Ringkanal herrschenden Innendruck, ist die Zulaufbohrung im
Rohranschlussstutzen mechanischen Beanspruchungen durch eine Krafteinleitung an der Einschraubstelle der
Hochdruckzuleitung vom Hochdrucksammelraum ausgesetzt. Die Einleitung der
Verschraubungskräfte im Bereich des Rohrstutzens bewirkt dessen radiale Aufweitung im
Gewindebereich; dieser mechanischen Belastung wird die Innendruckbelastung überlagert,
die vom einströmenden unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff erzeugt wird, der
vom Hochdrucksammelraum (Common-Rail) aus in den Ringraum des Injektorkörpers
durch die Zulaufbohrung einströmt. Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Schwenkung
des Druckrohrstutzens und demzufolge der darin aufgenommenen Zulaufbohrung vor; mit
einer versetzten oder geschwenkten Anordnung des Druckrohrstutzens relativ zur
Symmetrieachse des Ringraumes wird aufgrund einer rechtwinkligen, d. h. senkrechten Verlauf
der Zulaufbohrung von der Dichtfläche des Druckrohrstutzens, dessen Innengewinde
nachgeschaltet ist, die Festigkeit beibehalten, während die mechanischen Beanspruchungen an
der festigkeitsrelevanten Schwachstelle, d. h. dem Übergang der Mündung der
Zulaufbohrung in den Ringkanal deutlich herabgesetzt werden können.
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Das Verschwenken der Druckanschlussgeon>etrie oder deren Versatz relativ zur
Symmetrieachse des Ringkanals in einer außenmittige Zulauflage bezogen auf die Symmetrieachse
des Injektorkörpers kann durch eine einfache Modifikation des Schmiederohlings des
Injektorkörpers umgesetzt werden, ohne dass weitere fertigungstechnisch einen Aufwand
darstellende Maßnahmen notwendig sind. Kann gemäß einer der Ausführungsvarianten der
vorliegenden Erfindung besonders stumpfer Einlaufwinkel der Zulaufbohrung in den
Ringraum im Injektorkörper erzielt werden, ist der Festigkeitsgewinn erheblich. Je stumpfer
der Einlaufwinkel der Zulaufbohrung ausgebildet werden kann, ein desto höherer
Festigkeitsgewinn ergibt sich am Injektorkörper.
Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.
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Es zeigt:
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Fig. 1, 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Injektorausführung in Längs-
und Querschnittdarstellung,
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Fig. 3 eine im Druckrohrstutzen eines Injektorkörpers verschwenkt
aufgenommene Zulaufbohrung,
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Fig. 4 einen am Injektorkörper zu dessen Symmetrieachse versetzt
angeordneten Druckrohrstutzen und
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Fig. 5 einen am Injektorkörper in geschwenkter Lage angeordneten
Druckrohrstutzen.
Ausführungsvarianten
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Fig. 1 zeigt einen aus dem Stande der Technik bekannte, in Serie gefertigten Injektorkörper
eines Kraftstoffinjektors im Längsschnitt.
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Der Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 ist ein Injektorkörper 1 zu entnehmen, in dessen
oberen Bereich ein Außengewinde 2 aufgenommen ist. Am Außengewinde 2 wird eine hier
nicht dargestellte Magnethülse befestigt, die einen Elektromagneten umgibt, welcher mit
dem ein hier nicht dargestelltes Betätigungselement zur Druckentlastung eines ebenfalls
nicht dargestellten Steuerraumes betätigbar ist. Im Injektorkörper 1 ist ein Einbauraum 3
für den Elektromagneten vorgesehen, der durch Verschraubung einer Magnethülse am
Außengewinde 2 am Injektorkörper 1 befestigt wird. Unterhalb des Einbauraumes 3 zur
Aufnahme des Magnetventiles ist ein Einbauraum 4 vorgesehen, der eine ebenfalls nicht
dargestellte ein- oder mehrteilig konfigurierte Ankeranordnung aufnimmt. Unterhalb des
Einbauraumes 4 ist ein Ringraum 5 dargestellt, welcher durch unter extrem hohem Druck
stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Unterhalb des Ringraumes 5 schließt sich im
Injektorkörper 1 ein Führungsabschnitt 6 für eine in der Darstellung gemäß Fig. 1 ebenfalls
nicht dargestellte Stößel/Düsennadelanordnung an. Seitlich am Injektorkörper 1 ist ein
Druckrohrstutzen 7 aufgenommen, der mit einem Innengewinde 8 versehen sein kann. In
dieses kann ein Anschlussstück einer Hochdruckleitung eingeschraubt werden, über
welches der Injektorkörper 1 des Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff in den
Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Zuleitung vom
Hochdrucksammelraum (Common-Rail) verbunden ist.
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Der im Hochdrucksammelraum (Common-Rail) gespeicherte Kraftstoff wird über eine
Hochdruckpumpe auf einem konstant hohen Druckniveau gehalten, wobei vom
Hochdrucksammelraum (Common-Rail) die einzelnen Kraftstoffinjektoren in Einspritzabfolge
der Verbrennungskraftmaschine mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
beaufschlagbar sind. Durch den im Hochdrucksammelraum (Common-Rail) herrschenden hohen
Druck werden Druckpulsationen in Druckschwingungen im Kraftstoff ausgeglichen, so
dass an den einzelnen, den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten
Kraftstoffinjektoren ein konstanter Einspritzdruck dauerhaft ansteht.
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Von der Dichtfläche 9 im Druckrohrstutzen 7 verläuft eine Zulaufbohrung 10 in Richtung
auf den Ringraum 5 im Injektorkörper 1, welche im Ringraum 5 an einer Mündungsstelle
12 mündet. Aus dem Längsschnitt gemäß Fig. 1 geht hervor, dass die Zulaufbohrung 10
unter einem Winkel 13, im vorliegenden Fall einem spitzen Winkel 13, von der
Dichtfläche 9 abzweigt und in einem ebenfalls spitzen Winkel 14 in Bezug auf die Symmetrieachse
des Ringraumes 5 in den Ringraum 5 mündet. Mit Bezugszeichen 11 ist der
Neigungswinkel der im Druckrohrstutzen 7 ausgebildeten Dichtfläche 9 in Bezug auf die
Symmetrieachse des Ringraumes 5 identifiziert.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Injektorkörper gemäß der Darstellung in Fig. 1
entsprechend des Schnittverlaufes II-II.
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Aus der Querschnittsdarstellung des Injektorkörpers 1 gemäß Fig. 2 geht hervor, dass die
Zulaufbohrung 10 sich in einer Länge 23 von der Dichtfläche 9 des Druckrohrstutzens 7
bis zur Wandung des Ringraumes 5 erstreckt. Neben der aus Fig. 1 ersichtlichen
Schrägstellung in der in Bezug auf die Längsachse »in den Winkel 13, läuft die Zulaufbohrung 10
der Dichtfläche 9 um einen Neigungswinkel 21 geneigt in Richtung auf den Ringraum 5.
Im Ringraum 5 mündet die Zulaufbohrung 10 an einer Mündungsstelle 12 im
Wesentlichen in einem im Laufwinkel 22, der gemäß der Darstellung in Fig. 2 als rechter Winkel
bezeichnet ist. Die Zulaufbohrung 10 mündet demnach etwa zentral im Ringraum 5
wodurch sich im Bereich der Mündungsstelle 12 ein Bereich geminderter Hochdruckfestigkeit
aufgrund der gewählten Mündungslage ergibt. Insbesondere die scharfkantig ausgebildeten
Ecken der Zulaufbohrung 10 im Bereich der Mündungsstelle 12 sind durch die
auftretenden mit Druckbelastungen höchsten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. In Bezug
auf die Symmetrielinie 24 des Druckstutzens 7 verläuft die Zulaufbohrung 10 gemäß der
Darstellung in Fig. 2 in einer Schräglage 25 in Bezug auf die Symmetrielinie 24.
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Fig. 3 zeigt eine im Druckrohrstutzen eines Injektorkörpers in Bezug auf den zu
beaufschlagenden Ringraum tangential sich erstreckende Zulaufbohrung 10.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 geht hervor, dass die Zulaufbohrung 10 nun nicht mehr
mittig (vgl. Darstellung gemäß Fig. 2) in den Ringraum 5 mündet, sondern dass die
Mündungsstelle 12 der Zulaufbohrung 10 tangential in den Ringraum 5 mündet. Die
Schrägstellung der Zulaufbohrung 10 im Injektorkörper 1 ist durch den Winkel 25
gekennzeichnet. Auch gemäß der Darstellung in Fig. 3 stellt sich im Bereich der Dichtfläche 9 ein
spitzer Winkel 21 zwischen der Orientierung der Dichtfläche 9 im Druckrohrstutzen 7 und
dem Kanalquerschnitt der Zulaufbohrung 10 ein, welcher eine potentielle Schwach- bzw.
Undichtigkeitsstelle darstellen kann.
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Fig. 4 zeigt einen am Injektorkörper zu dessen Symmetrieachse versetzt angeordneten
Druckrohrstutzen.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 geht hervor, dass der Druckrohrstutzen 7 in Bezug auf
den im Injektorkörper 1 ausgebildeten Ringraum 5 versetzt ist. Die versetzte Anordnung
des Druckrohrstutzens 7 kann durch einfache Maßnahmen bei der Herstellung des
Schmiederohlings des Injektorkörpers 1 umgesetzt werden, so dass sich ein Versatz 30 zwischen
der Symmetrielinie des Druckrohrstutzens 7 und der senkrecht zur Zeichenebene
verlaufende Symmetrieachse des Ringraumes 5 im Injektorkörper 1 einstellt. In der Darstellung
gemäß Fig. 4 fallen die Symmetrielinie 33 der Zulaufbohrung 10 sowie die Symmetrielinie
des Druckrohrstutzens 7 zusammen. Im Unterschied zu den in Fig. 1 bis 3 dargestellten
Zulaufbohrungen 10 zweigt die Zulaufstelle der Zulaufbohrung 10 in der Dichtfläche 9 in
einem rechten Winkel 38, d. h. senkrecht von der ebenen Dichtfläche 9 von dieser ab. Dies
erleichtert zum Einen eine Abdichtung an der Übergangsstelle von der hier nicht
dargestellten Hochdruckzuleitung zum Druckrohrstutzen 7 und setzt andererseits die
mechanischen Beanspruchungen auf ein unabdingbares Minimum herab. Die Zulaufbohrung 10
verläuft in der Darstellung des Injektorkörpers 1 gemäß Fig. 4 parallel zur Symmetrieachse
des Druckrohrstutzens und mündet in der Wandung des Ringraumes 5 an der
Mündungsstelle 12 in einem ersten stumpfen Einlaufwinkel 31. Durch die tangential in den
Ringraum 5 des Injektorkörpers 1 mündende Zulaufbohrung 10 wird die mechanische
Belastung an der Mündungsstelle 12 der Zulaufbohrung in den Ringraum 5 erheblich
herabgesetzt. Ferner ist der in Fig. 3 dargestellte spitze Winkel 21, in welchem die dort dargestellte
Zulaufbohrung 10 von der Dichtfläche 9 abzweigt, entfallen. Dadurch wird einerseits die
Fertigung der Zulaufbohrung 10 im Injektorkörper 1 erheblich vereinfacht, andererseits
lassen sich durch die in Fig. 4 dargestellte Anordnung, die im Einlaufbereich der
Zulaufbohrung 10 herrschenden mechanischen Beanspruchungen aufgrund des unter hohem
Druck in die Zulaufbohrung 10 einschießenden Kraftstoffes erheblich herabsetzen.
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Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der
Darstellung gemäß Fig. 5 zu entnehmen, die einen am Injektorkörper in geschwenkter Lage
angeordneten Druckrohrstutzen zeigt.
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Die geschwenkte Anordnung des Druckrohrstutzens 7 in Bezug auf den Injektorkörper 1 ist
mit Bezugszeichen 34 bezeichnet. Auch gemäß dieser Anordnung verläuft die
Zulaufbohrung 10 in Bezug auf die Dichtfläche 9 des Druckrohrstutzens 7 senkrecht zu dieser in
Richtung auf den Ringraum 5 des Injektorkörpers 1. Der Einlaufwinkel an der
Mündungsstelle 12 ist mit Bezugszeichen 35 bezeichnet, wobei sich in der Ausführungsvariante
gemäß Fig. 5 um einen zweiten stumpfen Einlaufwinkel 35 handelt. Im Vergleich zur
Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 ist die Länge der Zulaufbohrung 10 zwischen der
Dichtfläche 9 und der Mündungsstelle 12 wesentlich kürzer. Analog zur ersten
Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 fallen die Symmetrieachse 33 der Zulaufbohrung 10 und die des
Druckrohrstutzens 7 zusammen. Die Schrägstellung zum Druckrohrstutzen 7 bzw.
Zulaufbohrung 10 ist in der zweiten Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 durch den
Schrägstellungswinkel 36 gekennzeichnet, welcher den Winkelversatz zwischen der Symmetrielinie 33
von Zulaufbohrung 10 und Druckrohrstutzen 7 und der Horizontalen in Bezug auf den
Ringraum 5 des Injektorkörpers 1 bezeichnet. Der Druckrohrstutzen 7, der in der zweiten
Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 relativ zum Injektorkörper 1 verschwenkt ist, kann
ebenfalls ein Innengewinde 8 aufnehmen, an welchem eine hier nicht dargestellte vom
Hochdrucksammelraum aus auf den Injektorkörper 1 zuführende Hochdruckleitung
verschraubt werden kann. Durch die Vermeidung eines spitzen Winkels 21 zwischen der
Eintrittsstelle in die Zulaufbohrung 10 und der Dichtfläche 9 kann aufgrund der Planlage der
Flächen eine ausreichende Abdichtwirkung erzielt werden, während der erzielbare
Einlaufwinkel 35 der Zulaufbohrung 10 tangential in die Wandung des Ringraumes 5 von der
Wahl des Schrägstellungswinkels 36 abhängig ist. Je stumpfer der Einlaufwinkel 31 bzw.
35 in den Ringraum 5 innerhalb des Injektorkörpers 1 gewählt werden kann, eine desto
günstigere mechanische Beanspruchung des Injektorkörpers 1, dessen Wandung mit
Bezugszeichen 37 bezeichnet ist, stellt sich ein.
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Die Ausbildung eines im Wesentlichen stumpfen Einlaufwinkels 31 bzw. 35 gemäß der
Ausführungsvarianten in Fig. 4 und Fig. 5 erlaubt eine wesentlich günstigere
Spannungsverteilung in der den Ringraum 5 begrenzenden Wandung 37 des Injektorkörpers 1. Diese
Festigkeitsreserve stellt einerseits einen Sicherheitsaspekt dar und wirkt sich günstig auf
die Lebensdauer eines erfindungsgemäß beschaffenen Kraftstoffinjektors aus, andererseits
steht durch die gewählte Konfiguration des Druckrohrstutzens 7 in Bezug auf die den
Einlaufwinkel in den Ringraum 5 ein Festigkeitspotential zur Verfügung, was eine weitere
Verwendung eines erfindungsgemäß konfigurierten Injektorkörpers 1 bei steigendem
Druckniveaus im Hochdrucksammelraum (Common-Rail) eines
Kraftstoffeinspritzsystemes für eine Verbrennungskraftmaschine zuläßt.
Bezugszeichenliste
1 Injektorkörper
2 Anschlussgewinde
3 Bauraum für Magnetventil
4 Einbauraum Ankeranordnung
5 Ringkanal
6 Düsennadel/Stößelführung
7 Druckrohrstutzen
8 Innengewinde
9 Dichtfläche
10 Zulaufbohrung
11 Neigungswinkel Dichtfläche
12 Mündungsstelle Zulaufbohrung Ringraum
13 spitzer Winkeleinlauf Zulaufbohrung
14 Mündungsstellenwinkel
20 Umfangslage Mündung
21 Neigungswinkel Dichtfläche
22 rechter Winkel Mündung
23 Länge Zulaufbohrung
24 Symmetrielinie Druckrohrstutzen
25 Schräglage
30 Versatz Druckrohrstutzen-Injektorkörper
31 erster stumpfer Einlaufwinkel
32 Lage Zulaufbohrung
33 Symmetrieachse Zulaufbohrung
34 verschwenkter Druckrohrstutzen
35 zweiter stumpfer Einlaufwinkel
36 Schrägstellung
37 Wandung Injektorkörper
38 rechter Winkel