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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Brennraumdrucksensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Montageverfahren für einen solchen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9. Noch weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Demontageverfahren für einen solchen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
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Zur Verbesserung der dieselmotorischen Verbrennungsregelung, der Verringerung der zyklischen Schwankungen sowie der Kompensation von Injektordrift und Exemplarstreuung (Streuung Injektor-zu-Injektor) wird in Serien-PKW und NKW-Motoren der Zylinderdruckverlauf kurbelwinkelaufgelöst gemessen. Über den Druckanstieg kann die Brennrate berechnet werden, die Aufschluß über die eingebrachte Kraftstoffmenge gibt. In den Serienanwendungen ist der Zylinderdrucksensor entweder in der Glühkerze integriert oder, bei ausreichendem Platz am Brennraum, als Einschraubsensor im Zylinderkopf ausgeführt.
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Die Druckschriften
DE 697 33 279 T2 und
US 2012/0 073 361 A1 zeigen daneben Lösungen, welche von optischen Sensoren am Injektor Gebrauch machen.
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Im Stand der Technik ist es weiterhin auch bekannt, z. B. aus den Druckschriften
JP 2001 108 556 A ,
JP 2007 285 133 A ,
DE 101 27 932 A1 ,
US 2010/0 050 991 A1 und
US 8 375 924 B2 , Drucksensoren unmittelbar am Injektor vorzusehen, welche entweder einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Prinzip unterliegen, insoweit als diese mit geringem Bauraumbedarf und noch vertretbarem Montage- und Kostenaufwand am Injektor unterbringbar sind. Allerdings benötigen Piezoaufnehmer regelmäßig einen Ladungsverstärker, ihre Langzeitkonstanz ist schlecht und ihr längerfristiger Einsatz kaum möglich. Magnetostriktive Sensoren können eine nachteilig große magnetomechanische Hysterese aufweisen und anfällig für elektromagnetische Störungen sein.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor vorzuschlagen, welcher von einem Brennraumdrucksensor eines alternativen Messprinzips Gebrauch macht, insbesondere einem Sensor, welcher vorteilhaft als vorkonfektionierte Baugruppe am Injektor montiert und auf einfache Weise auch demontierbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Montageverfahren zu Herstellung eines solch vorteilhaft gebildeten Injektors anzugeben sowie ein korrespondierendes Demontageverfahren.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Kraftstoffinjektor durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, hinsichtlich des Montageverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Demontageverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 12.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschine bzw. einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Der Injektor kann mit Dieselkraftstoff oder auch mit einem davon verschiedenen Kraftstoff betreibbar sein, zum Beispiel mit einem weiteren Kraftstoff in Form von Schweröl, Biokraftstoff oder z. B. Mischkraftstoff. Der Injektor ist bevorzugt zur Verwendung mit einem Großdieselmotor, zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff oder ein Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung wie ein Blockheizkraftwerk, ein Notstromaggregat oder z. B. auch für Industrieanwendungen vorgesehen.
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Der Kraftstoffinjektor weist einen Düsenkörper auf, in welchem (Axialbohrung) eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors aufgenommen ist (insbesondere axial verschieblich) und an welchem eine Düsenanordnung des Injektors gebildet ist. Die Düsenanordnung kann ein oder mehrere Spritzlöcher umfassen, insbesondere an einer Düsenkuppe des Düsenkörpers gebildet sein.
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Der Kraftstoffinjektor weist weiterhin eine Injektorgehäusebaugruppe auf, welche mit dem Düsenkörper verbunden, insbesondere (axial) verspannt ist. Die Gehäusebaugruppe kann zum Beispiel eine Ventilplatte, eine Zwischenplatte, ein Deckelelement oder auch einen Einzeldruckspeicher umfassen.
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Erfindungsgemäß weist der Kraftstoffinjektor einen optischen Drucksensor zur Erfassung des Brennraumdrucks bzw. einen optischen Brennraumdrucksensor mit einem Sensorkopf und einem damit verbundenen Lichtleiterstrang auf, wobei der Sensorkopf in einer konischen Sitzbohrung im Düsenkörper aufgenommen und in der Sitzbohrung mittels den Sensorkopf umgebender Keilstücke fixiert ist, insbesondere verpresst ist, und wobei sich ein Kanal zur Aufnahme des Lichtleiterstrangs von der Sitzbohrung durch den Düsenkörper hindurch bis zu einem Einlass am Kraftstoffinjektor erstreckt. Insbesondere umschließen die Keilstücke den Sensorkopf im Rahmen der Erfindung um dessen gesamten Umfang, das heißt gleichsam einer Manschette.
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Der optische Brennraumdrucksensor, welcher mit Sensorkopf und Lichtleiter gebildet ist (faseroptischer Brennraumdrucksensor), arbeitet bevorzugt nach folgendem, kurz erläuterten Messprinzip: in den Sensorkopf tritt über den Lichtleiter (z. B. wenigstens eine erste optische Faser) zugeführt Licht ein, welches eine (im Sensorkopf aufgenommene) auslenkbare Membran bestrahlt, d. h. an deren Rückseite. Auf die Vorderseite der Membran wirkt von der Brennraumseite aus der Brennraumdruck, in Abhängigkeit welches Drucks sich die Membran verformt. Über die Verformung der Membran verändert sich die Intensität des reflektierten Lichtes, welche insoweit (unter Berücksichtigung einer Temperaturkorrektur) mit dem Brennraumdruck korreliert ist.
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Die Intensität des reflektierten Lichts kann eine mit dem Lichtleiter (Glasfaserkabel) verbundene Kopplungseinheit (z. B. über wenigstens eine zweite optische Faser des Lichtleiters) erfassen (am sensorkopffernen Ende des Lichtleiters). Ein Kopplungsmodul, welches neben der Einkopplung von Licht in den Lichtleiter idealerweise auch zur Ausgabe elektrischer Messsignale basierend auf der erfassten Lichtintensität eingerichtet ist, ist vorzugsweise am Injektor bzw. dessen Gehäusebaugruppe angebracht und kann z. B. auch eine Signal-Auswerteeinheit mitumfassen.
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Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor erlaubt eine äußerst genaue Brennraumdruckerfassung, insoweit als der optische Brennraumdrucksensor vorteilhaft unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen ist und zudem die hohen Anforderungen an eine Temperaturverträglichkeit zu erfüllen vermag. Ferner ist mit dem vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor vorteilhaft die Verwendung von Brennraumdrucksensoren ermöglicht, welche im Rahmen der Erfindung bevorzugt als vorkonfektionierte (nicht zerstörungsfrei trennbare) Einheit aus Sensorkopf, Lichtleiter und Kopplungsmodul bereitgestellt sind. Aufgrund der mit dem Kraftstoffinjektor möglichen zentrischen Anordnung des Sensorkopfs am Brennraum ist weiterhin vorteilhaft eine Brennraumdruckerfassung mit hoher Güte ermöglicht, wobei im Rahmen der Erfindung vorgesehen ist, die Sitzbohrung für die Aufnahme des Sensorkopfes an oder benachbart zu einer Düsenkuppe des Düsenkörpers zu bilden.
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Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der vorzugsweise zylindrische Sensorkopf mitsamt den Keilstücken von einer Außen- bzw. Brennraumseite des Düsenkörpers in die Sitzbohrung eingeschoben in der Sitzbohrung (deren Querschnitt sich hierbei in Richtung vom düsennahen Ende des Düsenkörpers hin zum düsenfernen Ende des Düsenkörpers verjüngt) fixiert ist und daneben, dass der Kanal über seine gesamte Länge einen Durchmesser aufweist, welcher geeignet ist, den Sensorkopf ausgehend von dem Einlass in die Sitzbohrung zu schieben (zerstörungsfrei).
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dichten die den Sensorkopf in der Sitzbohrung fixierenden Keilstücke gegen die Wand der – korrespondierend bemessenen – Sitzbohrung und/oder den – korrespondierend bemessenen – Sensorkopf auch ab, hierbei bevorzugt gasdicht. Für eine weiter verbesserte Abdichtung kann Dichtmasse zwischen der Sitzbohrungswand und den Keilstücken und/oder zwischen den Keilstücken und dem Sensorkopf vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch von Dichtelementen wie wenigstens einem O-Ring (Ringdichtung) oder umlaufenden Erhebungen Gebrauch gemacht werden, welche die Darstellung von definierten Dichtlinien mit erhöhter Pressung erlauben.
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Bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors weisen die den Sensorkopf in der Sitzbohrung fixierenden Keilstücke wenigstens eine Trennfuge (zwischen zwei Keilstücken) insbesondere zerklüfteter Negativ- und Positivstruktur und/oder wenigstens eine Trennfuge auf, welche mittels Bruchtrennen als Negativ- und Positivstruktur hergestellt ist. Eine solche Trennfuge unterstützt die passgenaue Vormontage (vor Einbringen in die konische Sitzbohrung) und gewährleistet zudem eine sehr gute Dichtwirkung, insbesondere bei einer erfindungsgemäß angestrebten Abdichtung gegen Brenngas.
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Bevorzugt wird der Sensorkopf in der Sitzbohrung mittels eines ersten und eines zweiten Keilstücks fixiert, wobei die fixierenden Keilstücke insbesondere Halbkegelstücke sind. Durch Verwendung lediglich zweier Keilstücke wird eine vorteilhaft einfache Handhabung während der Montage erzielt. Einer vorteilhaften Weiterbildung entsprechend können die in der Sitzbohrung angeordneten Keilstücke an deren düsenfernem Ende einen Bund aufweisen, gegen welche der Sensorkopf abstützbar ist, mithin vorteilhaft gegen axiales Verrutschen sicherbar.
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Weiterhin auf die beabsichtigte Gasdichtung an den Keilstücken förderlich hinwirkend, daneben vorteilhaft auch verrutschhemmend, wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt, dass der Sensorkopf an einer Umfangsmantelfläche, welche zu einem Eingriff an den Keilstücken vorgesehen ist, eine umlaufende erhabene ununterbrochene Strukturierung und/oder eine Rillierung aufweist. Insbesondere ist eine Strukturierung derart vorgesehen, dass ein Eindringen in den bevorzugt weicheren Keilstückwerkstoff ermöglicht ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Montage eines wie vorstehend beschriebenen Kraftstoffinjektors vorgeschlagen, wobei in einem ersten Schritt der Lichtleiter – mit dem Sensorkopf voraus – seitens des Einlasses in den Kanal eingeschoben wird bis der Sensorkopf aus der konischen Sitzbohrung austritt. Nach Austritt aus der Sitzbohrung werden nunmehr in einem zweiten Schritt die Keilstücke um den (nun freiliegenden) Sensorkopf herum angeordnet. In einem nachfolgenden dritten Schritt werden die Keilstücke mit dem an denselben aufgenommenen Sensorkopf in die konische Sitzbohrung bzw. Sitz eingeschoben (entgegen gesetzt zur Austrittsrichtung) und fixiert, insbesondere verpresst.
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Das vorgeschlagene Montageverfahren erlaubt eine einfache Montage sowie eine zuverlässige Fixierung des optischen Brennraumdrucksensors, insbesondere eines wie oben beschriebenen, vorkonfektionierten Brennraumdrucksensors. Daneben ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Fixierung erzielbar, welche – insbesondere im Rahmen des unten beschriebenen Demontageverfahrens – auch ein zerstörungsfreies Lösen vom Injektor und somit ein Wiederverwenden des Brennraumdrucksensors ermöglicht.
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Im Rahmen des Montageverfahrens ist vorgesehen, dass die Keilstücke mit dem an denselben aufgenommenen Sensorkopf in dem dritten Schritt von einer Außen-/Brennraumseite des Düsenkörpers in die konische Sitzbohrung eingeschoben werden und/oder zur Fixierung mit der Wand der Sitzbohrung verpresst werden. Zum Verpressen kann eine vorbestimmte Einpresskraft, insbesondere eine Kraft, die etwa der Kraft bei anliegenden Zylinderdruck im Brennraum entspricht, vorgesehen werden. Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Keilstücke den Sensorkopf bei Anordnung am Sensorkopf über dessen gesamten Umfang umgeben, das heißt unterbrechungsfrei.
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Im Rahmen des Montageverfahrens kann weiterhin ein vierter Schritt vorgesehen sein, in dessen Rahmen der Kanal zwischen der Sitzbohrung und dem Einlass abgedichtet wird und/oder mittels einer Verfüllung abgedichtet wird und/oder mittels eines in einer Aufnahme am Injektor aufgenommenen Dichtelements, insbesondere eines Dichtbolzens abgedichtet wird. Zum Beispiel kann eine hierbei eingebrachte Fettfüllung im Lichtleiterkanal den Lichtleiterstrang vorteilhaft vor Vibration und Scheuern schützen. Mittels eines Dichtbolzens (oder Drosselbolzens), welcher den Kanal zwischen Einlass und Sitzbohrung versperrt, kann der Lichtleiter weiterhin radial fixiert werden, mithin vorteilhaft gegen verschleißende Bewegung im Motorbetrieb geschützt werden. Bevorzugt ist ein Dichtbolzen hierbei geschlitzt ausgeführt.
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In einem fünften Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens kann weiterhin vorgesehen sein, ein Koppelmodul des Brennraumdrucksensors oder eine Auswerteeinheit am Kraftstoffinjektor bzw. dessen Gehäuse zu montieren.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Demontage eines wie oben beschriebenen Kraftstoffinjektors vorgeschlagen, wobei die in der Sitzbohrung fixierte bzw. aufgenommene Anordnung aus den Keilstücken und dem Sensorkopf in einem ersten Schritt mit einem Lösedruck seitens des Kanals beaufschlagt wird, wobei der Lösedruck mittels eines Druckmediums in den Kanal eingeleitet wird. Der Verfahrensschritt wird bevorzugt beendet, wenn der Sensorkopf mitsamt den Keilstücken aus der Sitzbohrung (hin zur Brennraumseite des Düsenkörpers) ausge(d)rückt wurde.
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Als Druckmedium ist bevorzugt Fett oder Öl vorgesehen. Zum Beispiel kann Fett für ein Ausrücken des Sensorkopfes (aus der Sitzbohrung hin zur Brennraumseite am Düsenkörper) auf vorteilhaft einfache Weise (z. B. via Fettpresse) in den Kanal eingepresst werden, mithin den Lösedruck aufbauen, alternativ kann zum Beispiel Drucköl vorgesehen sein.
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Vorgesehen ist im Rahmen des Demontageverfahrens, dass der Lösedruck bzw. das Druckmedium im ersten Schritt über einen in den Kanal zwischen Einlass und Sitzbohrung einzweigenden Druckkanal in den Kanal eingeleitet wird, wobei der Kanal zwischen Einzweigung und Einlass versperrt wird. Hierbei kann bevorzugt ein Dichtelement – wie oben für das Montageverfahren beschrieben – vorgesehen sein, welches neben der Fixierung des Lichtleiters im Kanal vorteilhaft auch den Druckaufbau für ein Ausrücken des Sensorskopfes ermöglicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 exemplarisch und schematisch in einer vergrößerten Ansicht am Düsenkörper aufgenommene Komponenten des Kraftstoffinjektors gemäß 1 mit Sensorkopf und Lichtleiter.
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3a exemplarisch und schematisch eine Detailansicht eines Details gemäß 2, i. e. den Sensor in Keilstücken am Düsenkörper aufgenommen.
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3b exemplarisch und schematisch eine alternative Ausgestaltung der Anordnung gemäß 3a.
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4 exemplarisch und schematisch mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Keilstücke.
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5 exemplarisch und schematisch einen Dichtbolzen.
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6a exemplarisch und schematisch eine Ansicht, welche den Sensorkopf mit Lichtleiter nach dem ersten Verfahrensschritt des Montageverfahrens sowie die nachfolgend im zweiten Schritt am Sensorkopf anzuordnenden Keilstücke zeigt.
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6b exemplarisch und schematisch eine weitere Ansicht gemäß 6a, welche den Sensorkopf mit daran angeordneten Keilstücken nach Absolvierung des zweiten Verfahrensschritts des Montageverfahrens veranschaulicht.
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6c exemplarisch und schematisch eine weitere Ansicht gemäß 6a und 6b, welche den Sensorkopf in der Sitzbohrung fixiert gemäß absolviertem dritten Verfahrensschritt des Montageverfahrens veranschaulicht.
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7a eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 6a.
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7b eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 6b.
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8 exemplarisch und schematisch eine Darstellung, welche das erfindungsgemäße Demontageverfahren an dem Kraftstoffinjektor gemäß 1 näher veranschaulicht.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Begrifflichkeit Sitzbohrung auch einen Sitz oder eine entsprechende Öffnung mitumfassen bzw. bezeichnen, welche(r) nicht mittels eines Bohrverfahrens sondern anderweit gefertigt wurde.
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1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für die Verwendung mit Dieselkraftstoff.
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Der Kraftstoffinjektor 1 weist einen Düsenkörper 3 auf, in welchem eine Düsennadel 5 des Kraftstoffinjektors 1 aufgenommen ist, das heißt in einer Axialbohrung 7 des Düsenkörpers 3 axial verschieblich. In die Axialbohrung 7 (Düsenraum) mündet ein Kraftstoff-Hochdruckkanal des Kraftstoffinjektors 1 (nicht dargestellt), wobei ein Strömungsweg von der Axialbohrung 7 hin zu einer Düsenanordnung 9 am Düsenkörper 3 durch geeignete Hubsteuerung der Düsennadel 5 für einen Einspritzbetrieb selektiv freigebbar ist (Düsenventil). Im Düsenkörper 3 sind weiterhin eine Schließfeder 11 sowie eine Nadelführungshülse 13 im an sich bekannten Wirkverbund mit der Düsennadel 5 für deren Hubsteuerung aufgenommen, wobei der dargestellte Kraftstoffinjektor 1 vorliegend zur indirekten Nadelhubsteuerung eingerichtet ist (via ein Pilotventil).
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Der Kraftstoffinjektor 1 weist weiterhin eine Injektorgehäusebaugruppe 15a, b, c auf, welche mittels eines Einzeldruckspeichers 15a, einer Ventilplatte 15b und einer Zwischenplatte 15c oder z. B. einzelnen Elementen davon gebildet ist. Die Injektorgehäusebaugruppe 15a, b, c ist mit dem Düsenkörper 3 verspannt, wozu eine Düsenspanmutter 17 des Kraftstoffinjektors 1 vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß weist der Kraftstoffinjektor 1 einen optischen Brennraumdrucksensor 19 mit einem Sensorkopf 19a und einem damit verbundenen Lichtleiterstrang 19b auf (faseroptischer Brennraumdrucksensor).
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Der Sensorkopf 19a ist im wesentlichen zylindrisch und beinhaltet (insbesondere an einem lichtleiterfernen bzw. düsennahen Ende) eine Membran (z. B. 3a), welche für eine Druckmessung an einer dem Lichtleiter 19b (bevorzugt Glasfaserkabel) zugewandten Seite über den Lichtleiter 19b angestrahlt wird (wozu wenigstens eine erste optische Faser des Lichtleiters 19b und insbesondere ein Kopplungsmodul 19c für den Brennraumdrucksensor 19 bereitgestellt ist).
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Die entgegengesetzte Seite der Membran ist zur Beaufschlagung mit dem Brennraumdruck vorgesehen und wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Sensorkopfs 19a am Düsenkörper 3 bei dessen Anordnung am Zylinderkopf (Brennraumdeck) direkt im Brennraum positioniert (insbesondere barrierefrei), mithin kann der Aufnehmer (Wandler) in Form der Membran die Messgröße mit hoher Qualität und vorteilhaft unvermindert erfassen. Dies erlaubt – neben der ohnehin vorteilhaft von Messgenauigkeit des Sensors 19 – eine maximiert genaue Messung.
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Im Rahmen einer Brennraumdruckmessung nimmt der Lichtleiter 19b das von der Membran reflektierte Licht auf, dessen Intensität sich aufgrund von Verformung der Membran bei Beaufschlagung mit dem Brennraumdruck ändert (wozu wenigstens eine zweite optische Faser des Lichtleiterstrangs 19b vorgesehen ist). Über den Lichtleiter 19b kann das mit der Verformung modulierte Lichtsignal für eine Signalverarbeitung bzw. Auswertung abgeführt werden, über das Kopplungsmodul 19 zum Beispiel an eine mit dem Sensor 19 verbundene Auswerteeinheit, welche zum Beispiel in einem Motorsteuergerät implementiert sein kann.
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Erfindungsgemäß weist der Kraftstoffinjektor 1 bzw. dessen Düsenkörper 3 weiterhin eine konische Sitzbohrung 21 auf, welche dazu vorgesehen ist, den Sensorkopf 19a am Düsenkörper 3 fixieren zu können. Die Sitzbohrung 21 ist von außen (von der Brennraumseite A aus) in den Düsenkörper 3 eingebracht, vorzugsweise benachbart zu einer Düsenkuppe 23 bzw. zur Düsenanordnung 9.
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Ausgehend von der konischen Sitzbohrung 21, deren Querschnitt sich vom düsennahen Ende zum düsenfernen Ende (kontinuierlich) verjüngt, erstreckt sich weiterhin ein Kanal 25 – bevorzugt als Bohrkanal gebildet – zur Aufnahme des Lichtleiterstrangs 19b durch den Düsenkörper 3, d. h. ausgehend von der konischen Sitzbohrung 21 von dem düsenseitigem Ende 3a des Düsenkörpers 3 bis zu dessen düsenfernen Ende 3b. Sitzbohrung 21 und Kanal 25 bilden insoweit einen Durchgangskanal durch den Düsenkörper 3.
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2 und 3a veranschaulichen obiges detaillierter.
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Weiterhin gemäß z. B. 1 setzt sich der Kanal 25 in Kommunikation und fluchtend über einen Abschnitt des Injektorgehäuses 15a, b, c fort und mündet vorzugsweise seitlich an der Injektorgehäusebaugruppe 15a, b, c zum Beispiel am Druckspeichergehäuse 15a, aus (bevorzugt an einer frei zugänglichen Stelle für einen elektrischen Anschluss des Sensors 19), d. h. an einem (Kanal-)Einlass 27 am Kraftstoffinjektor 1. Benachbart zu dem Einlass 27 ist bevorzugt die Anordnung des Kopplungsmoduls 19c (zum Beispiel auch mit integrierter Auswerteeinheit) vorgesehen. Erwähnt sei, dass der Kanal 25 über seine gesamte Länge einen Durchmesser und eine Form aufweist, welche geeignet ist, den Sensorkopf 19a von dem Einlass 27 unversehrt in die Sitzbohrung 21 zu schieben.
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Wie insbesondere z. B. den 2 und 3a entnommen werden kann, ist der Sensorkopf 19a erfindungsgemäß in der konischen Sitzbohrung 21 im Düsenkörper 3 aufgenommen. In der Sitzbohrung 21 ist der Sensorkopf 19a hierbei mittels den Sensorkopf 19a umgebender Keilstücke 29a, 29b fixiert.
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Mit der vorgeschlagenen Anordnung ist einerseits eine vorteilhaft einfache Montage des Sensors am Kraftstoffinjektor 1 ermöglicht als auch ein einfaches Lösen des Sensor(kopfes) 19a, zum Beispiel zum Zwecke einer Wiederverwendung desselben. Daneben kann vorteilhaft auch eine zuverlässige Abdichtung gegen Brenngas erzielt werden. Nicht zu vernachlässigen ist insbesondere weiterhin, dass durch diese Anordnung die Möglichkeit geschaffen wird, eine vorkonfektionierte Sensorbaugruppe, welche weiterhin das Kopplungsmodul 19c am sensorkopffernen Ende des Lichtleiterstrangs 19b aufweist, zur Schaffung des Kraftstoffinjektors 1 verwenden zu können.
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Bei dem vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor 1 ist der Sensorkopf 19a mit den diesen umgebenden Keilstücken 29a, 29b insbesondere von außen, das heißt von der Brennraumseite A (in Bezug auf die vorgesehene Anordnung des Injektors 1 an einem Brennraum), in die Sitzbohrung eingebracht bzw. eingeschoben und fixiert (Presssitz; unten im Rahmen des vorgeschlagenen Montageverfahrens noch näher erläutert).
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Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung lediglich zwei Keilstücke 29a, 29b zur Fixierung des Sensorkopfes 19a in der Sitzbohrung 19a vorgesehen, insbesondere zwei Halbkegelstücke 29a, 29b. Hierdurch kann die Handhabung bei der Montage erleichtert und die Abdichtung optimiert werden. Denkbar ist jedoch auch, mehr als zwei Keilstücke 29a, 29b zu verwenden, zum Beispiel 3 oder 4 Keilstücke. Bevorzugt ist die Außenmantelfläche der Keilstücke 29a, 29b für eine gute Gasdichtwirkung fein bearbeitet.
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3a und 3b veranschaulichen Details möglicher Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors 1 näher.
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Ersichtlich weisen die Halbkegelstücke 29a, 29b an ihrem düsenfernen Ende je einen Bund 31 auf, welcher dazu vorgesehen ist, den in den Halbkegelstücken 29a, 29b aufgenommenen Sensorkopf 19a gegen unbeabsichtigte axiale Verlagerung, insbesondere im Zuge der Montage, zu sichern. Der Bund 31 kann weiterhin Axialkräfte aufnehmen, so dass eine dauerhaft gute Abdichtung ohne nennenswerten Dichtungsabrieb an den Dichtungspartnern Sensorkopf 19a und Keilstück 29a, 29b ermöglicht ist. Der Sensorkopf 19a weist für eine gute Abdichtung an den Stoßfugen der Keilstücke 29a, 29b daneben einen Durchmesser auf, welcher geringfügig kleiner ist, als der Innendurchmesser der zusammengefügten und den Sensorkopf 19a umgebenden Keilstücke 29a, 29b.
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Bevorzugt ist eine Rillierung 33 an der Mantelfläche 35 des Sensorkopfes 19a bereitgestellt, welche diesen in Umfangsrichtung umgibt, wobei die Rillierung 33 dazu vorgesehen ist, in den bevorzugt weicheren Werkstoff der Keilstücke 29a, 29b einzudringen und am Sensorkopf 19a gegen die Keilstücke 29a, 29b abzudichten, insbesondere gasdicht. Die Rillierung 33 ragt zum Beispiel ca. 0,2 mm aus der Mantelfläche 35 hervor.
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Um ein Herausfallen aus der Sitzbohrung 21 zu vermeiden, liegt die Kegelsteigung der Halbkegelstücke 29a, 29b je im Bereich der Selbsthemmung.
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3b zeigt eine Variante, bei welcher im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß 3a ein Absatz 37 am düsenfernen Ende der Sitzbohrung 21 gebildet ist, welcher dazu geeignet ist, eine Überbeanspruchung, zum Beispiel eine Rissbildung, des Düsenkörpers 3 aufgrund des Presssitzes der den Sensorkopf 19a umfassenden Keilstücke 29a, 29b zu vermeiden (insbesondere aufgrund eines Motorbetriebs). Durch den Absatz bzw. die Stufe 37 wird der mögliche Einpressweg begrenzt, wobei das Spaltmaß s vor dem Fixieren des Sensorkopfes 19a mittels Verpressen zum Beispiel durch Einlegen von Passscheiben eingestellt werden kann.
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4 veranschaulicht verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten der Keilstücke 29a, 29b noch näher.
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Die Keilstücke 29a, 29b, welche dazu vorgesehen sind, neben der Fixierung des Sensorkopfes 19a auch gegen die Wand der Sitzbohrung 21 und den Sensorkopf 19a abzudichten, können zur Verbesserung ihrer Dichtwirkung umfangsseitig eine Ringdichtung 39 aufweisen. Eine solche Ringdichtung 39 kann mittels wenigstens eines O-Ringes 41, eines gummierten Wulstes und/oder erhabenen Materialabsschnitten 43 (wenige Mikrometer hoch) gebildet sein, welche je definierte Dichtlinien mit einer erhöhten Flächenpressung, mithin eine weiter verbesserte Abdichtung insbesondere gegen Gasdurchtritt (Brenngas) ermöglichen. Daneben kann die Verwendung von Dichtmasse vorgesehen sein, mit welcher Stoß- und Mantelflächen vor einer Montage benetzt werden können.
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Wie 4 weiter veranschaulicht, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die den Sensorkopf 19a in der Sitzbohrung 21 fixierenden Keilstücke 29a, 29b zwischen einander wenigstens eine Trennfuge 45 zerklüfteter Struktur (z. B. auch Verzahnung) ausbilden, welche insbesondere als Negativ-/Positivstruktur ausgeführt ist. Bevorzugt ist die Trennfuge 45 mittels Bruchtrennen eines Kegelkörpers resultierend in den Keilstücken 29a, 29b hergestellt. Eine derartige Trennfuge 45 ermöglicht eine einfache und passgenaue Vormontage, insoweit als die über die Trennfuge 45 verzahnten Keilstücke 29a, 29b einander gegen Verrutschen hemmen.
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Ferner ist eine hervorragende Dichtwirkung, insbesondere in Verbindung mit Dichtmasse, über eine jeweilige derart gebildete Trennfuge 45 erzielbar.
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5 veranschaulicht schematisch ein Sicherungselement 47 zur Montage an dem Injektor 1.
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Der Sicherungsbolzen bzw. Sicherungsstift 47 ist zur Anordnung in einer korrespondierenden Bohrung an der Injektorgehäusebaugruppe 15a vorgesehen, um den im Kanal 25 aufgenommenen Lichtleiterstrang 19b gegen Verrutschen und somit gegen Abrieb bzw. mögliche Beschädigung zu sichern. Zu diesem Zweck ist der Bolzen 47 stirnseitig geschlitzt, Bz. 49. Der Bolzen 47 dient ferner dazu, den Kanal 25 nach Montage des Sensors 19 am Injektor 1 abzudichten.
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6a bis 7b veranschaulichen Aspekte des nachfolgend näher erläuterten Verfahrens zur Montage eines wie oben erläuterten Kraftstoffinjektors 1.
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In einem ersten Schritt des Montageverfahrens wird der Lichtleiterstrang 19b mit dem Sensorkopf 19a voraus seitens des Einlasses 27 in den Kanal 25 eingeschoben bis der Sensorkopf 19a aus der konischen Sitzbohrung 21 austritt. Angemerkt sei, dass bei Verwendung des oben bezeichneten vorkonfektionierten Sensors 19 die Länge des Lichtleiterstrangs 19b so zu bemessen ist, dass einenends die Verbindung mit dem Kopplungsmodul 19c an der Gehäusebaugruppe 15a gewährleistet bleibt, während der Sensorkopf 19a andernends aus der Sitzbohrung 21 austritt. Im Rahmen des Austretens aus dem Düsenkörper 3 ist vorgesehen, dass der Sensorkopf hiernach ca. 10 mm aus dem Düsenkörper 3 herausragt, s. z. B. 6a und 7a.
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In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Montageverfahrens, siehe auch 6a i. V. m. 6b und 7a i. V. m. 7b, werden die Keilstücke 29a, 29b um den Sensorkopf 19a angeordnet. 6a und 7a veranschaulichen hierbei den Sensorkopf 19a unmittelbar vor der Anordnung der Keilstücke 29a, 29b, die 6b und 7b den Sensorkopf 19a mit den daran im zweiten Schritt angeordneten Keilstücken 29a, 29b. Im Rahmen der Anordnung der Keilstücke 29a, 29b werden die Keilstücke 29a, 29b mit dem Bund 31 am lichtleiterseitigen Ende des Sensorskopfs 19a zur Anlage gebracht und an den Stoßfugen 45 passgenau zusammengeführt. Bei bevorzugten Ausgestaltungen des Injektors 1, bei welchen eine Rillierung 33 am Sensorkopf 19a vorgesehen ist, kann im zweiten Schritt eine für das Eindringen der Rillierung 33 in den Keilwerkstoff benötigte (radiale) Kraft (nach Zusammenführen der Keilstücke 29a, 29b) mittels eines Eingriffswerkzeugs, zum Beispiel einer Zange aufgebracht werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kraft hierzu durch das Einschieben selbst im nachfolgenden dritten Schritt aufgebracht wird.
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Im Rahmen des zweiten Schritts kann – zur Herstellung einer beabsichtigten Gasdichtheit – ferner die Anbringung von Dichtmittel an Stoßfugen oder Flächen an der Sitzbohrung 21 und/oder den Keilstücken 29a, 29b und/oder dem Sensorkopf 19a erfolgen.
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Im dem dritten Schritt des Montageverfahrens werden die Keilstücke 29a, 29b mit dem daran aufgenommenen Sensorkopf 19a, s. 6b oder 7b, in die konische Sitzbohrung 21 eingeschoben, siehe Pfeil B in 6b, und hierbei fixiert, d. h. durch Pressung. 6c zeigt den Sensorkopf 19a samt Keilstücken 29a, 29b nach absolviertem dritten Schritt in der Sitzbohrung 21 fixiert aufgenommen.
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Ersichtlich, siehe Pfeil B in 6b, werden die Keilstücke 29a, 29b mit dem an denselben aufgenommenen Sensorkopf 19a in dem dritten Schritt insbesondere von der Außen-/Brennraumseite A in die konische Sitzbohrung eingeschoben (axial) und zur Fixierung mit der Wand der Sitzbohrung 21 verpresst. Für die Fixierung ist eine Einpresskraft F vorgesehen, welche etwa der Kraft bei anliegendem Zylinderdruck entspricht.
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Im Rahmen des vorgeschlagenen Montageverfahrens ist auch ein vierter Schritt vorgesehen, bei welchem der Kanal 25 zwischen der Sitzbohrung 21 und dem Einlass 27 abgedichtet wird. Eine Abdichtung kann zum Beispiel auf oben beschriebene Weise mittels des Bolzens 47 erfolgen, welcher hierbei in einer korrespondierenden Bohrung am Injektor (gehäuse) angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Kanal 25 mittels einer Verfüllung abgedichtet werden, bevorzugt mittels einer Fettüllung, welche den Lichtleiterstrang vor Vibrationen und Scheuern schützen kann.
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Dem dritten oder vierten Schritt nachfolgend ist insbesondere auch die Befestigung des Kopplungsmoduls 19c (gegebenenfalls mit Auswerteeinheit) am Injektor 1 bzw. Gehäuse 15a vorgesehen, zum Beispiel in einem Schutzgehäuse 51, s. 1.
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8 zeigt eine Darstellung des Kraftstoffinjektors 1, anhand derer das Demontageverfahren nachfolgend näher erläutert wird.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Demontage eines wie oben beschriebenen Kraftstoffinjektors 1 sieht vor, dass die in der Sitzbohrung 21 fixierte Anordnung aus Sensorkopf 19a und den Keilstücken 29a, 29b in einem ersten Schritt mit einem Lösedruck seitens des Kanals 25 beaufschlagt wird, wobei der Lösedruck mittels eines Druckmediums in den Kanal 25 eingeleitet wird. Als Druckmedium wird insbesondere bevorzugt Fett oder Öl vorgesehen, woneben selbstverständlich weitere Druckmedien denkbar sind.
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Mit dem vorgeschlagenen Demontageverfahren kann der zuvor am Düsenkörper 3 fixierte Sensorkopf 19a samt der Keilstücke 29a, 29b auf vorteilhaft einfache Weise aus der Sitzbohrung 21 ausgerückt werden, Pfeil C in 8, d. h. wobei der Lösedruck geringer ist als der maximal auftretende Brennraumdruck bzw. als der Druck, mit dem der Sensorkopf 19a samt der Keilstücke 29a, 29b eingepresst wurde. Nach dem Aus(d)rücken – i. e. nach Entfernung der Keilstücke 29a, 29b kann der Sensorkopf 19a samt des Lichtleiterstrangs 19b durch die Sitzbohrung 21 und den Kanal 25 hindurch über den Einlass 27 aus dem Kraftstoffinjektor 1 heraus gezogen und zum Beispiel ausgetauscht oder anderweit verwendet werden.
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Im Rahmen des vorgeschlagenen Demontageverfahrens ist weiterhin vorgesehen, den Lösedruck im ersten Schritt über einen in den Kanal 25 zwischen Einlass 27 und Sitzbohrung 21 einzweigenden Stichkanal 53 in den Kanal 25 einzuleiten und den Kanal 25 (während der Lösedruckeinleitung) zwischen Einzweigung 55 und Einlass 27 zu versperren (insbesondere via Dichtbolzen 47). Hierdurch kann der Lösedruckaufbau rasch erfolgen.
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Für die Beaufschlagung des – vorzugsweise selektiv verschließbaren Stichkanals 53 – mit dem Lösedruck kann im Rahmen des Demontageverfahrens bevorzugt die Nutzung einer Fettpresse, einer Ölpumpe oder zum Beispiel eines hydraulischen Schlagzylinders (Druckimpuls) vorgesehen werden, Bz. 57. Eine solche Vorrichtung wird für die Lösedruckbeaufschlagung mit einer Einmündung 59 des dann zu öffnenden Druckkanals 53 verbunden.
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Angemerkt sei abschließend noch, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kegelstückwerkstoffs im Rahmen der Erfindung bevorzugt größer oder gleich dem des Düsenkörperwerkstoffes gewählt wird. Derart kann die Presswirkung beim Erwärmen des Düsenkörpers 3 nicht nachlassen, mithin eine gleichbleibend gute Abdichtung erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 3
- Düsenkörper
- 3a
- düsennahes Ende
- 3b
- düsenfernes Ende
- 5
- Düsennadel
- 7
- Axialbohrung (Düsenraum)
- 9
- Düsenanordnung
- 11
- Schließfeder
- 13
- Nadelführungshülse
- 15a
- Einzeldruckspeicher
- 15b
- Ventilplatte
- 15c
- Zwischenplatte
- 15a, b, c
- Injektorgehäusebaugruppe
- 17
- Düsenspannmutter
- 19
- Brennraumdrucksensor
- 19a
- Sensorkopf
- 19b
- Lichtleiterstrang
- 19c
- Kopplungsmodul
- 21
- Sitzbohrung
- 23
- Düsenkuppe
- 25
- Kanal
- 27
- Einlass
- 29a, b
- Keilstücke
- 31
- Bund
- 33
- Rillierung
- 35
- Mantelfläche
- 37
- Stufe
- 39
- Ringdichtung
- 41
- O-Ring
- 43
- Materialabschnitt
- 45
- Trennfuge
- 47
- Bolzen
- 49
- Schlitz
- 51
- Gehäuse
- 53
- Stichkanal
- 55
- Einzweigung
- 57
- Vorrichtung
- 59
- Einmündung
