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Stand der Technik
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Aus
DE 196 50 865 A1 ist
ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum
eines Einspritzventils, etwa eine Common-Rail-Hochdruckspeichereinspritzsystems
bekannt. Über den im Steuerraum herrschenden Kraftstoffdruckes
unter dessen Beeinflussung wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens
gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventiles
geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst
einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker
bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Fließrichtung
beaufschlagtes Ventilglied, dass mit dem Ventilsitz des Magnetventiles
zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.
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Je
nach Einbaufall werden Kraftstoffinjektoren zum Beispiel mittels
einer Spannpratze oder dergleichen abhängig von der Konfiguration
des Zylinderkopfes des Motorenherstellers, am Zylinderkopf befestigt.
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Bisher
eingesetzten Pratzenlösungen, mit denen Kraftstoffinjektoren
im Zylinderkopfbereich für Verbrennungskraftmaschinen befestigt
werden, führen toleranzbedingt zur Einleitung von Querkräften und
damit zu einer Verkippung des Kraftstoffinjektors in seiner Aufnahmebohrung.
Dies wiederum führt zu funktionellen Nachteilen, die sich
in der Verbrennung des Kraftstoffes sowie in einem erhöhten
Verschleiß mechanischer Komponenten im Injektor selbst
widerspiegeln.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, den Injektorkörper des Kraftstoffinjektors
mit einer hydraulischen Leitung zur Beaufschlagung mit einem Hydraulikfluid,
einem Druckkolben sowie einer Dehnbuchse zu versehen. Wird der Druckkolben
in den Injektorkörper eingeschraubt, wird das im Leitungssystem
für das Spannmedium bevorratete Hydraulikfluid aus dem
Spannleitungssystem verdrängt. Durch das verdrängte
Fluid wird die Dehnbuchse, die zumindest einen taschenförmigen
dünnwandigen ausgebildeten Bereich aufweist, verformt und
durch deren dünnwandige Auslegung dem Hydraulikfluid die
Möglichkeit gegeben, die Wand der Dehnbuchse elastisch
zu verformen. An der Dehnbuchse werden bevorzugt zwei taschenförmig
ausgebildete dünnwandige Bereiche ausgebildet, die in axialer
Richtung der Dehnbuchse gesehen, übereinander liegend angeordnet sind.
Die beiden taschenförmigen Bereiche sorgen dafür,
dass sich der Injektorkörper des Kraftstoffinjektors gleichmäßig
zur Mitte seiner Aufnahmebohrung im Zylinderkopfbereich zentriert.
Wird der Druck auf den Ausdehnungsbereich, d. h. den dünnwandig ausgebildeten
Bereich der Dehnbuchse durch weiteres Einschrauben des Druckkolbens
in den Injektorkörper weiter erhöht, ergibt sich
eine radiale Verspannung der Dehnbuchse in der Bohrung des Zylinderkopfes,
da sich die Außenseiten der Dehnbuchse an die Innenwände
der Aufnahmebohrung des betreffenden Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf
der Verbrennungskraftmaschine anlegen. Diese radiale Verspannung
kann durch weiteres Verdrängen von Hydraulikfluid aus dem
im Injektorkörper ausgebildeten Spannleitungssystem soweit
erhöht werden, dass ohne weiteres die Axialkraft, die aus
dem Verbrennungsdruck resultiert und auf den Kraftstoffinjektor wirkt,
ausgehalten werden kann.
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Ein
Lösen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verbindung des Kraftstoffinjektors wird dadurch erreicht, dass der
Druckkolben, der das Spannleitungssystem für das Hydraulikmedium
im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors beaufschlagt,
wieder aus dem Injektorkörper herausgeschraubt wird und dadurch
eine Druckentlastung des Spannleitungssystems, in dem das Hydraulikfluid
bevorratet wird, erfolgt. Ist die Ausbildung von zwei taschenförmigen, dünnwandig
ausgebildeten Bereichen an der Dehnbuchse nicht möglich,
z. B. aus Platzgründen, so kann die radiale Vorspannkraft
unter Ausbildung eines radialen Vorspannbereiches unter Ausnutzung einer
zweiten Führung des Kraftstoffinjektors im Bereich der
Düsenspannmutter vorgenommen werden. Durch den anliegenden
Druck, den die Dehnbuchse auf die Innenmantelfläche der
Zylinderkopfbohrung ausübt, entfallen sonst übliche
Dichtelemente am Injektorkörper oder in der Zylinderkopfabdeckung.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
folgend, werden keine zusätzlichen Bauteile wie Pratzen
oder Flansche mit den dazugehörenden Befestigungsschrauben
benötigt. Der Abstand zwischen den einzelnen Zylindern
der Verbrennungskraftmaschine lässt sich auf ein Minimum
reduzieren. Der Bauraum kann für andere Bauteile wie zum
Beispiel Nocken der Nockenwelle, Ventile der Ventilfedern oder zur Implementierung
eines hydraulischen Ventilspielausgleichs sowie anderer technischer
Feinheiten, die an Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden, ausgenutzt
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektor mit Dehnbuchs im ungespannten Zustand
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2 den
Kraftstoffinjektor mit am Injektorkörper aufgenommener
Dehnbuchse im gespannten Zustand.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist der
erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor,
in eine Aufnahmebohrung am Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine
eingelassen, zu entnehmen.
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1 zeigt
einen geschnitten dargestellten Zylinderkopf 10, in dem
eine Aufnahmebohrung 12 verläuft. Die Aufnahmebohrung 12 weist
eine Bohrungsinnenwand 14 auf und einen ersten Bohrungsabschnitt 16 sowie
einen zweiten Bohrungsabschnitt 18. Der erste Bohrungsabschnitt 16 ist
in einem im Vergleich zum zweiten Bohrungsabschnitt 18 vergrößertem
Durchmesser im Material des Zylinderkopfes 10 oberhalb
eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet.
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In
der Aufnahmebohrung 12 ist ein Kraftstoffinjektor 10 eingelassen.
Der Kraftstoffinjektor 20 umfasst einen Haltekörper 22;
die Achse des Kraftstoffinjektors 20 ist durch Bezugszeichen 24 bezeichnet.
Neben dem Haltekörper 22 umfasst der Kraftstoffinjektor 20 eine
Düsenspannmutter 26, deren Mantelfläche
mit Bezugszeichen 28 bezeichnet ist.
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An
der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 des
Kraftstoffinjektors 20 befindet sich in der Darstellung
gemäß 1 eine Dehnbuchse 30 im
ungespannten Zustand 64. Die Dehnbuchse 30 ist
an einer ersten Fügestelle 32 und an einer zweiten
Fügestelle 34 bevorzugt stoffschlüssig
mit dem an der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 des
Kraftstoffinjektors 22 verbunden. Durch die Ausbildung
der ersten Fügestelle 32 sowie der zweiten Fügestelle 34 als stoffschlüssige
Verbindungsstellen wird eine druckdichte Befestigung der Buchse 30 an
der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 erreicht.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist des
Weiteren zu entnehmen, dass im Haltekörper 22 des
Kraftstoffinjektors 20 eine Spannleitung 50 verläuft.
Die Spannleitung 50 umfasst eine Sacklochbohrung 58 sowie
einen sich parallel zur Achse 24 des Kraftstoffinjektors 20 erstreckenden
Kanal 60, der an eine Mündungsstelle 62 in
der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 mündet.
Die Spannleitung 50, welche zumindest die obenstehend aufgezählte
Komponenten umfasst, ist mit einem Hydraulikfluid befüllt.
Die Spannleitung 50 mündet einerseits an der Mündungsstelle 62 der
Mantelfläche 20 des Haltekörpers 22 des
Kraftstoffinjektors 20; andererseits umfasst die Spannleitung 50 gemäß der
Darstellung in 1 einen z. B. als Madenschraube
oder dergleichen ausgebildeten Druckkolben 48. Der Druckkolben 48 kann
z. B. in Gestalt der erwähnten Madenschraube in der Sacklochbohrung 58 der
Spannleitung 50 aufgenommen sein. Der Druckkolben 48 umfasst
ein Dichtelement 56, durch welches der Austritt von Hydraulikfluid
aus der Spannleitung 50 an die Umgebung verhindert wird.
In der Darstellung gemäß 1 befindet
sich der Druckkolben 48 in einer durch Bezugszeichen 72 angedeuteten
herausgeschraubten Position 72 d. h. die Stirnfläche
des Druckkolbens 48 liegt in der Mantelfläche
des Haltekörpers 22 des Kraftstoffinjektors 20.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist des
weiteren entnehmbar, dass die Dehnbuchse 30, an der ersten
Fügestelle 32 und an der zweiten Fügestelle 34 mit
der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 verbunden,
zumindest eine taschenförmige Ausnehmung 40, bevorzugt
eine erste taschenförmige Ausnehmung 40 sowie
eine zweite taschenförmige Ausnehmung 42 aufweist.
Die bei den taschenförmigen Ausnehmungen 40 bzw. 42 gemäß der
Darstellung in 1 liegen, in axialer Richtung
gesehen, parallel zur Achse 24 des Haltekörpers 22.
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Die
an der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 aufgenommene
Dehnbuchse 30 weist eine Innenseite 38 auf, welche
in einem geringen Abstand zur Mantelfläche 28 des
Haltekörpers 22 liegt und ein Überströmen
des Hydraulikfluides zum Beispiel von der mit Bezugszeichen 42 bezeichneten
zweiten taschenförmigen Ausnehmung über einen
Ringspalt zwischen der Innenseite 38 und der Mantelfläche 28 in
die erste taschenförmige Ausnehmung 40 erlaubt. Somit
ist sichergestellt, dass bei Austritt des Hydraulikfluides an der
Mündungsstelle 62 die gesamte Innenseite 38 der
an der Mantelfläche 28 befestigten Dehnbuchse 30 mit
Hydraulikfluid beaufschlagt ist.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist weiterhin zu
entnehmen, dass der Kraftstoffinjektor 20 unterhalb des
Haltekörpers 22 an der Düsenspannmutter 26 eine
Führungsfläche 68 aufweist. Die Führungsfläche 68 dient
dem Führen bzw. dem Zentrieren des Kraftstoffinjektors 20 innerhalb
der Aufnahmebohrung 12, wenn diese aus Platz und Einbaugründen verkürzt
ausgebildet wird und die Dehnbuchse 30 innerhalb des ersten
Bohrungsabschnittes 16 lediglich eine der taschenförmigen
Ausnehmungen 40 oder 42 aufweist. In diesem Falle
kann, der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
folgend, durch eine Druckbeaufschlagung der Dehnbuchse 30 auch
nur mit einer taschenförmigen Ausnehmung 40 oder 42 ein
Fixieren und Zentrieren des Kraftstoffinjektors 20 in der Aufnahmebohrung 12 erreicht
werden, weil durch die Führungsfläche 68 am
Umfang der Düsenspannmutter 26 dessen Zentrierung
in der Aufnahmebohrung 12 gewährleistet ist.
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In
der Darstellung gemäß 2 ist der
erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor
in einem im Zylinderkopf eingespannten Zustand gezeigt.
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In
der Darstellung gemäß 2 ist der Druckkolben 48 im
in die Sacklochbohrung 58 hineingeschraubten Zustand 70 gezeigt.
Im Vergleich zur Position des Druckkolbens 48 in 1,
welche den ungespannten Zustand 64 darstellt, ist der Druckkolben 48 um
den Hubweg 54 in die Sacklochbohrung 58 eingeschraubt.
Aufgrund dieses Umstandes wird das in der Spannleitung 50 bevorratete
Hydraulikfluid von der Sacklochbohrung 48 über
den Kanal 60 verdrängt und tritt an der Mündungsstelle 62 an
der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 innerhalb
der Dehnbuchse 30 aus. Je nach Hubweg 54, um den der
Druckkolben 48 in die Sacklochbohrung 48 hineinbewegt
wird, tritt mehr oder weniger Hydraulikfluid an der Mündungsstelle 62 aus
und beaufschlagt die Innenseite 38 der Dehnbuchse 30.
Aufgrund der Ausbildung der ersten Fügestelle 32 bzw.
der zweiten Fügestelle 34 als stoffschlüssige
Verbindungsstellen, tritt das Hydraulikfluid nicht in die Aufnahmebohrung 12 ein,
sondern bewirkt eine Verformung der Dehnbuchse 30. Diese
wird zum Beispiel wie in 2, welche den gespannten Zustand 66 repräsentiert, verformt.
Aufgrund der Verformung der ersten taschenförmigen Ausnehmung 40 und
der zweiten taschenförmigen Ausnehmung 42 der
Dehnbuchse 30, legt sich deren Außenseite 36 an
die Bohrungswand 14 der Aufnahmebohrung 12.
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Wie
aus der Darstellung gemäß 2 weiter hervorgeht,
wirkt im Bereich der ersten taschenförmigen Ausnehmung 40 der
Dehnbuchse 30 durch deren Verformung in radialer Richtung
nach Außen eine erste Spannkraft F1 und
durch die Verformung der Wand der Dehnbuchse 30 im Bereich
der zweiten taschenförmigen Ausnehmung 42 eine
zweite Spannkraft 46 (F2). Die
in radialer Richtung wirkenden Spannkräfte 44 bzw. 46 (F1, F2) erzeugen eine
in axiale Richtung wirkende Haltekraft, mit welcher der Kraftstoffinjektor 20 mit
seinem Haltekörper 22 in der Aufnahmebohrung 12 des
Zylinderkopfes 10 fixiert wird. Je nach Druckbeaufschlagung
der Innenseite 38 der Dehnbuchse 30 kann eine
axiale Haltekraft erzeugt werden, die der im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
wirkenden Druckkraft entgegenwirkt und diese soweit übersteigt,
dass der Kraftstoffinjektor 22 durch die an der Mantelfläche 28 des Haltekörpers 22 fixierte
Dehnbuchse 30 zuverlässig und abgedichtet in der
Aufnahmebohrung 12 des Zylinderkopfes 10 fixiert
bleibt. Die im Bereich der ersten taschenförmigen Ausnehmung 40,
wirkende in radialer Richtung verlaufende Spannkraft 44 (F1) wirkt zudem als Abdichtung, so dass die
Dehnbuchse 30 neben der Vorspannung des Kraftstoffinjektors 20 in
der Aufnahmebohrung 12 auch eine Abdichtwirkung übernimmt,
so dass zusätzliche Dichtungselemente entfallen können.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnt,
kann aus Bauraumgründen an der Dehnbuchse 30 auch
lediglich eine taschenförmige Ausnehmung 40 oder 42 vorgesehen
sein. In diesem Falle reicht die Erzeugung einer Spannkraft F1 oder F2 aus, um
den Haltekörper 22 des Kraftstoffinjektor 22 in
der Aufnahmebohrung 12 zu fixieren, wenn der Kraftstoffinjektor 20 mit
seiner an der Düsenspannmutter 26 ausgebildeten
Führungsfläche 68 im zweiten Bohrungsabschnitt 18 der
Aufnahmebohrung 12 im Zylinderkopf 10 geführt
bleibt.
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Über
die in der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 dargestellten
beiden taschenförmigen Ausnehmungen 40 bzw. 42 kann
die Dehnbuchse 30 in radialer Richtung innerhalb der Aufnahmebohrung 12 verspannt
werden. Diese radiale Verspannung gemäß der Spannkräfte 44 bzw. 46 kann durch
das Hydraulikfluid so weit erhöht werden, dass diese ohne
weiteres die Axialkraft, die aus dem Verbrennungsdruck resultiert,
widerstehen kann. Ein Lösen der Verbindung kann durch ein
Herausbewegen des Druckkolbens 48 aus der Sacklochbohrung 58 der
Spannleitung 50 und mit einer damit einhergehenden Druckentlastung
der Dehnbuchse 30 erreicht werden. Lassen die Verhältnisse
im Bereich der Aufnahmebohrung 12 eine zweite Ausbildung
zweier taschenförmiger Ausnehmungen 40, 42 nicht
zu, kann der Kraftstoffinjektor 20 mittels der an der Düsenspannmutter 26 ausgebildeten
Führungsfläche 68 geführt und
zentriert werden.
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Durch
die radiale Verspannung und die damit einhergehende Verformung der
Wand der Dehnbuchse 30 gegen die Bohrungswand 14 der
Aufnahmebohrung 12 können sonst üblicherweise
eingesetzte Dichtelemente zur Abdichtung der Haltekörper 22 in der
Zylinderkopfabdeckung des Zylinderkopfes 10 entfallen.
Da keine zusätzlichen Bauteile wie z. B. Spannpratzen oder
Flansche oder dergleichen mit den dazugehörigen Befestigungsschrauben
erforderlich sind, lässt sich der Abstand zwischen einzelnen Zylindern
einer Verbrennungskraftmaschine auf ein Minimum reduzieren oder
alternativ der Bauraum für andere Bauteile wie z. B. Nocken
der Nockenwelle, Ventile, Ventilfedern für die hydraulischen
Ventile und dergleichen nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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