DE69811152T2 - Kraftstoffeinspritzventil für Verbrennungsmotor und sein Zusammenbauverfahren - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil für Verbrennungsmotor und sein Zusammenbauverfahren

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoff-Injektor eines Verbrennungsmotors. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Injektor mit einem Dosierventil, das durch einen Elektromagneten gesteuert wird.
  • In bekannten Injektoren des oben aufgeführten Typs ist der Anker des Elektromagneten in üblicher Weise mit einem Schaft verbunden, der durch eine innerhalb eines Hohlraums des Injektor-Körpers zusammen mit dem Dosierventil-Körper eingebauten Buchse geführt wird. Der Kern des Elektromagneten ist andererseits angeordnet zwischen einer Schulter eines Mantels und einer Platte, die das Abführ-Anschlussstück des Dosierventils durch Verformung eines Randes des Mantels auf der Platte trägt; und der Mantel weist ein Innengewinde auf, durch welches dieser auf ein Außengewinde des Injektor-Körpers geschraubt ist.
  • Injektoren dieses Typs weisen mehrere Nachteile auf Da der Kern des Elektromagneten insbesondere aus einem gesinterten Metallmaterial hergestellt ist und daher relativ brüchig ist, kann die Verformung des Randes des Mantels auf dem Kern eine Beschädigung des Kerns sowohl an dem Rand als auch an der Schulter des Mantels zufolge haben.
  • Außerdem versagt der verformte Rand des Mantels bei der Bereitstellung einer Kraftstoff-Abdichtung, sodass eine Abdichtung zwischen dem Kern und dem Mantel erforderlich ist; und, um die Verbindung zwischen dem verformten Rand und der Platte zu vervollständigen, ist eine Kappe aus Kunststoffmaterial erforderlich, die außerdem den elektrischen Stift der Elektromagnet-Spule aufnimmt.
  • Aus der Druckschrift EP 318 743 A ist ein Kraftstoff-Injektor bekannt, der mit einem Dosierventil versehen ist, das durch einen einen Anker aktivierenden Elektromagneten gesteuert wird, welcher durch ein Führungs- Element geführt wird. Der Elektromagnet und das Führungs-Element sind direkt in einem Hohlraum des Injektor-Körpers untergebracht, wobei eine Abdichtung zwischen der Außenfläche des Elektromagneten und des Hohlraums des Körpers vorgesehen ist. Der Elektromagnet ist axial an dem Körper durch eine Mutter gesichert, die eine mit dem Elektromagneten in Eingriff stehende ringförmige Schulter aufweist, und auf den Injektor- Körper geschraubt ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor des oben aufgeführten Typs bereitzustellen, welcher einfach zu montieren ist, besonders zuverlässig ist, und welcher ausgebildet ist, um die aufgeführten, typischerweise mit den bekannten Injektoren verbundenen Nachteile zu überwinden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoff-Injektor eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, umfassend einen mit einer Düse versehenen Hohlkörper; ein Dosierventil zum Öffnen der Düse; und einen Elektromagneten zum Aktivieren eines Ankers, der das Dosierventil steuert; wobei der Anker durch ein Führungs-Element geführt wird; wobei das Dosierventil und das Führungs-Element innerhalb eines Hohlraums des Hohlkörpers angeordnet sind; und wobei der Elektromagnet innerhalb eines Mantels untergebracht ist, der an dem Hohlkörper angebracht ist und mit diesem durch eine Abdichtung verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Führungs-Element mit einem Gewinde versehen ist, das mit einem entsprechenden Gewinde des Hohlkörpers in Eingriff steht, und dass der Mantel einstückig mit einer Endwand ausgebildet ist, die ein Abführ- Anschlussstück des Dosierventils trägt, wobei der Elektromagnet an der Endwand anliegt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Innenfläche des Mantels zylindrisch ohne Schultern; wobei ein Distanzstück zwischen dem Führungs-Element und dem Elektromagneten vorgesehen ist.
  • Eine bevorzugte, nicht-beschränkende Ausführungsform der Erfindung wird beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
  • Fig. 1 einen Teilschnitt eines Kraftstoff-Injektors in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 einen Teilschnitt des in Fig. 1 dargestellten Injektors zeigt;
  • Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit des Injektors zeigt.
  • Ziffer 11 in Fig. 1 zeigt einen Kraftstoff-Injektor als Ganzes, z. B. für einen Diesel-Verbrennungsmotor. Der Injektor 11 umfasst einen Hohlkörper 12, der mit einem Injektor (nicht dargestellt) versehen ist, der am Boden mit einer oder mehreren Einspritz-Öffnungen abschließt. Eine Steuerstange 10 gleitet innerhalb des Körpers 12 und ist mit einem Stift zum Schließen der Einspritz-Öffnungen verbunden. Der Körper 12 umfasst einen Ansatz 13, in welchen ein Einlass-Anschlussstück 16 eingefügt ist, das mit einer üblichen Kraftstoff-Zuführpumpe verbunden ist; eine Leitung 14 zum Verbinden des Anschlussstücks 16 mit einer Einspritz-Kammer der Düse; und einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 17 mit einem Gewinde 18 und einer Schulter 19.
  • Der Injektor 11 umfasst außerdem ein Dosierventil, das als Ganzes mit 24 angegeben ist, und welches innerhalb des Hohlraums 17 untergebracht ist und durch einen einen Anker 27 steuernden Elektromagneten 26 gesteuert wird. Der Abschnitt des Hohlraums 17 mit dem maximalen Durchmesser bildet die Abführ-Kammer 20 des Ventils 24; der Elektromagnet 26 weist einen ringförmigen magnetischen Kern 28 auf, der eine übliche elektrische Spule 29 aufnimmt; und der Kern 28 weist eine zentrale Öffnung 31 auf, die koaxial zu einem mit dem Kraftstoff-Tank verbundenen Abführ- Anschlussstück 32 verläuft.
  • Das Dosierventil 24 umfasst einen zylindrischen Ventil-Körper 33 mit einem Flansch 34, welcher in üblicher Weise an der Schulter 19 des Hohlraums 17 anliegend durch eine Ringmutter 36 gehalten wird, die mit einem Außengewinde versehen ist und mit dem Gewinde 18 des Hohlraums 17 verschraubt ist. Der Anker 27 weist im Wesentlichen eine Platte 37 auf, welche magnetisch mit dem Kern 28 zusammenwirkt, und welche wiederum eine Anzahl von Kreissektoren 38 umfasst, beispielsweise drei (Fig. 3), die durch Unterbrechungen 39 getrennt sind, durch welche die Abführ- Kammer 20 mit der zentralen Öffnung 31 des Kerns 28 in Verbindung steht.
  • Der Körper 33 des Ventils 24 umfasst eine axiale Steuer-Kammer 41, welche wiederum eine Abführ-Leitung 43 aufweist, die mit dem Hohlraum 17 in Verbindung steht; der Hohlkörper 12 umfasst eine axiale Öffnung 40, die benachbart zu der Kammer 41 angeordnet ist, und in welcher die Stange 10 gleitet; und der Körper 33 umfasst eine Einlass-Leitung 42, welche in dem End-Abschnitt der Öffnung 40 abschließt und mit dem Anschlussstück 16 über eine weitere Leitung 44 des Hohlkörpers 12 in Verbindung steht.
  • Das obere Ende der Stange 10 umfasst einen Ansatz 45 zum Unterbrechen der Verbindung zwischen der Öffnung 40 und der Kammer 41, ohne dass die Einlass-Leitung 42 geschlossen wird; der Kraftstoff-Druck hält die Stange 10 normalerweise in der herabgesetzten Position; die die Öffnung der Düse des Injektors 11 schließt; die Abführ-Leitung 43 der Steuer- Kammer 41 wird in üblicher Weise durch einen Verschluss in Form einer Kugel 46 verschlossen, welcher auf einem konischen Sitz sitzt, der durch die Kontaktfläche mit der Leitung 43 gebildet ist; und die Kugel 46 ist durch eine Führungs-Platte 47 geführt, auf welche ein zylindrischer Schaft 48 des Ankers 27 einwirkt.
  • Spezieller betrachtet ist die Platte 37 des Ankers 27 einstückig mit einer Buchse 49 verbunden, die axial auf dem Schaft 48 gleitet; der Schaft 48 weist eine Aussparung auf, in welche ein C-förmiger Ring 50 eingeführt ist, der mit einer Schulter 51 des Ankers 27 zusammenwirkt, sodass der Anker 27 von dem Schaft 48 getrennt ist; und der Schaft 48 verläuft über eine vorgegebene Länge innerhalb der Öffnung 31 und schließt mit einem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 52 ab, um eine erste, innerhalb der Öffnung 31 untergebrachte Druckfeder 53 zu tragen und zu sichern.
  • Gemäß der Erfindung ist der Kern 28 des Elektromagneten 26 innerhalb eines Mantels untergebracht, der als Ganzes durch 54 angezeigt ist, und welcher aus einem nicht-magnetischen Material besteht und mit einem Abschnitt 55 des Hohlkörpers 12 durch eine Abdichtung 56 verbunden ist.
  • Der Mantel 54 ist einstückig mit einer das Anschlussstück 32 tragenden Endwand 57 ausgebildet, weist eine vollkommen zylindrische Innenfläche 58 mit überhaupt keinen Schultern auf, und umfasst eine äußere Schulter 59; die mit einer inneren Schulter 61 einer zylindrischen Abdeckung 62 in Eingriff steht, die aus Stahl besteht und ein Innengewinde 63 aufweist, welches auf ein Außengewinde 64 eines Abschnitts 55 des Körpers 12 aufgeschraubt ist.
  • Das Dosierventil 24 weist ein Führungs-Element auf, das als Ganzes durch 66 (siehe außerdem Fig. 2) angegeben is, und eine Buchse 67 aufweist, in welcher der Schaft 48 des Ankers 27 gleitet. Die Buchse 67 umfasst einen Abschnitt 68 mit einem größeren Außen-Durchmesser und einem Außengewinde 69, welches auf das Gewinde 18 des Hohlraums 17 geschraubt ist; und der Abschnitt 68 weist eine Anzahl axialer Leitungen 71 und radialer Leitungen 72 auf, die die Leitung 43 mit der Abführ-Kammer 20 verbinden.
  • Das Führungs-Element 66 umfasst außerdem einen Flansch 73, welcher auf einer weiteren Schulter 74 des Hohlkörpers 12 mittels eines Distanzstücks 76 sitzt, die Schulter 74 umfasst eine radiale Aussparung 77, die mit der üblichen Abführ-Leitung 78 - angegeben durch die strichpunktierte Linie in Fig. 1 - für den Sitz der Stange 10 im Körper 12 in Verbindung steht; das Führungs-Element 66 weist einen prismatischen Sitz 79 für einen Inbusschlüssel auf; eine Druckfeder 80, gegenüber welcher die Feder 53 überwiegt, ist zwischen dem Flansch 73 und der Platte 37 des Ankers 27 angebracht; und eine Hülse 81 ist zwischen dem oberen Ende des Führungs-Elements 66 und der Platte 37 angeordnet, um eine schnelle Umkehr zu der Ruheposition zu ermöglichen und einen Rückschlag des Ankers 27 zu dämpfen.
  • Ein Distanzstück oder Zwischenstück 82 ist zwischen dem Kern 28 des Elektromagneten 26 und dem Flansch 73 vorgesehen, und umfasst einen ringförmigen Abschnitt 83 (siehe auch Fig. 4), welcher an dem Flansch 73 anliegt, und eine Anzahl einstückig mit dem ringförmigen Abschnitt 83 ausgebildeter Füße 84 und welche durch die Öffnungen 39 in der Platte 37 des Ankers 27 ragen, um mit dem Kern 28 des Elektromagneten 26 in Eingriff zu stehen. In dem gezeigten Beispiel, in welchem der Anker drei Kreissektoren aufweist, umfasst das Distanzstück 82 drei Füße; für einen Anker mit vier Kreissektoren weist das Distanzstück vier Füße auf, und so weiter.
  • Die Distanzstücke 82 mit Füßen 84 mit modularen Längen, die sich durch sehr kleine Beträge unterscheiden, sind vorgesehen, um den Spalt zwischen der Platte 37 des Ankers 27 und dem Kern 28 durch Auswählen des geeigneten Distanzstücks 82 einzustellen; und ringförmige Distanzstücke 76 mit modularen Dickenabmessungen können außerdem vorgesehen sein, um die Verschiebbarkeit des Ankers 27 in Richtung auf den Kern 28 des Elektromagneten 26 einzustellen.
  • Die Endwand 57 des Mantels 54 weist eine Öffnung 86 auf, durch welche ein mit der Spule 29 verbundenes elektrisches Kabel 87 verläuft; das Kabel 87 ist in einem Ansatz 88 eines Rings 89 aus isolierendem Kunststoffmaterial eingebettet und ist mit einem Stift 91 zum elektrischen Verbinden der Spule 29 mit dem üblichen Stromkreis des Motors verbunden; und der Ring 89 ist in die Öffnung 86 über die Zwischenschaltung einer Abdichtung 92 eingefügt.
  • Das Dosierventil 24 des Injektors 11 ist wie folgt zusammengebaut:
  • Der Körper 33 des Ventils 24 wird in den Hohlraum 17 des Hohlkörpers 12 eingefügt, und die Ringmutter 36 wird in das Gewinde 18 geschraubt, bis der Flansch 34 die Schulter 19 berührt. Der Schaft 48 des Ankers 27 wird dann in die Buchse 67 des Führungs-Elements 66 eingefügt, und das Distanzstück 76 wird dann auf der Schulter 74 des Körpers 12 angebracht. Unter Verwendung eines Inbusschlüssels innerhalb des prismatischen Sitzes 79 wird das Gewinde 69 des Abschnitts 68 dann mit dem Gewinde 18 des Körpers 12 verschraubt, bis der Flansch 73 das Distanzstück 76 berührt, welches naheliegenderweise so gewählt ist, dass der Abschnitt 68 gehindert wird, die Ringmutter 36 zu berühren.
  • An dieser Stelle wird das Distanzstück 82 über dem Führungs-Element 66 mit dem Ringabschnitt 83 an dem Flansch 73 angebracht; die Feder 80 wird auf dem Flansch 73 angeordnet, und die Hülse 81 auf dem Element 66; die Buchse 49 des Ankers 27 wird zwischen dem Schaft 48 und der Hülse 81 eingefügt, und durch Zusammendrücken der Feder 80 wird der C- förmige Ring 50 in die Aussparung auf dem Schaft 48 eingefügt; und der Elektromagnet 26 wird in den Mantel 54 eingefügt, und die Feder 53 in die Öffnung 31 des Kerns 28.
  • An dieser Stelle wird die Abdichtung 56 in den Sitz auf dem Mantel 54 eingefügt; der Mantel 54 wird in den Abschnitt 55 des Hohlkörpers 12 eingefügt, sodass der Kern 28 die Füße 84 des Distanzstücks 82 und die Endwand 57 des Mantels 54 berührt; die Abdeckung 62 wird an dem Mantel 54 angebracht, und das Gewinde 63 wird mit dem Gewinde 64 des Hohlkörpers 12 verschraubt, bis die Schulter 61 mit der Schulter 59 des Mantel 54 in Eingriff steht, sodass die Wand 57 den Kern 28 gegen das Distanzstück 82 drückt, welches wiederum gegen den Flansch 73 drückt; die Abdichtung 92 wird in die Öffnung 86 in der Endwand 57 eingefügt; und der Ansatz 88 des Rings 89 wird in die Öffnung 86 eingefügt, bis der Ring 89 an der Außenfläche der Wand 57 anliegt.
  • Der Injektor 11 wird daher zusammengebaut durch einfaches Einfügen der Einzelteile nacheinander und Verschrauben von drei ringförmigen Mutter- Elementen nacheinander, ohne dass eine Verformung von Metall-Rändern oder Formung einer Kunststoffkappe erforderlich ist.
  • Die Wirkungsweise des Injektors 11 ist bekannt und wird daher nur kurz beschrieben werden.
  • Wenn der Elektromagnet 26 erregt wird, wird der Anker 27 emporgehoben, bis der Schaft 48 an der Buchse 67 des Führungs-Elements 66 zurückgehalten wird; und der Kraftstoff-Druck in der Steuer-Kammer 41 öffnet das Dosierventil 24, sodass die Stange 10 emporgehoben wird, um die Öffnung der Einspritzdüse zu öffnen.
  • Wenn der Elektromagnet 26 abgeschalten wird, senkt die Feder 53 den Schaft 48 zusammen mit dem Anker 27 ab, und drückt gegen die Kugel 46, um das Ventil 24 zu schließen; und der Kraftstoff-Druck in der Steuer- Kammer 41 steigt nun schnell an, um die Stange 10 abzusenken und schließt so die Öffnung der Injektor.
  • Im Vergleich zu bekannten Injektoren werden die Vorteile des Injektors 11 gemäß der Erfindung klar aus der vorherigen Beschreibung. Insbesondere erfordert der Mantel 54 des Elektromagneten 26, der einstückig mit der Endwand 57 ausgebildet ist, keine Verformung des Randes; es besteht absolut kein Risiko, dass der magnetische Kern 28 beschädigt wird; und keine Abdichtungen sind zwischen dem Kern 28 und dem Mantel 54 erforderlich.
  • Es ist klar, dass Änderungen an dem Injektor, wie er hierin beschrieben und veranschaulicht ist, durchgeführt werden können, ohne jedoch den Bereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Beispielsweise kann das Distanzstück 76 durch eine Hülse gebildet sein, die außerhalb der Platte 37 des Ankers 27 befestigt ist; und die Aussparung 77 des Flansches 73 kann durch eine oder mehrere Durchgangslöcher im Flansch 73 ersetzt werden.

Claims (14)

1. Kraftstoff-Injektor eines Verbrennungsmotors, umfassend einen mit einer Düse versehenen Hohlkörper (12); ein Dosierventil (24) zum Öffnen der Düse; und einen Elektromagneten (26) zum Aktivieren eines Ankers (27), der das Dosierventil (24) steuert; wobei der Anker (27) durch ein Führungs-Element (66) geführt wird; wobei das Dosierventil (24) und das Führungs-Element (66) innerhalb eines Hohlraums (17) des Hohlkörpers (12) angeordnet sind; und wobei der Elektromagnet (26) innerhalb eines Mantels (54) untergebracht ist, der an dem Hohlkörper (12) angebracht ist und mit diesem durch eine Abdichtung (56) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Führungs-Element (66) mit einem Gewinde (69) versehen ist, das mit einem entsprechenden Gewinde (18) des Hohlkörpers (12) in Eingriff steht, und dass der Mantel (54) einstückig mit einer Endwand (57) ausgebildet ist, die ein Abführ-Anschlussstück (32) des Dosierventils (24) trägt, wobei der Elektromagnet (26) an der Endwand (57) anliegt.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (12) einen Hohlraum (17) mit dem entsprechenden Gewinde (18) aufweist; wobei das Dosierventil (24) einen Ventil-Körper (33) umfasst, der in dem Hohlraum (17) untergebracht ist und mit dem Hohlkörper (12) unabhängig von dem Führungs-Element (66) verbunden ist.
3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (24) einen Flansch (34) aufweist, der mit einer Ringmutter (36) in Eingriff steht, die ebenfalls mit dem entsprechenden Gewinde (18) verschraubt ist.
4. Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (26) einen ringförmigen Kern (28) aufweist, der an der Endwand (57) durch das Führungs-Element (66) anliegend gehalten ist.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (58) des Mantels (54) zylindrisch ohne Schultern ausgebildet ist; wobei ein Distanzstück (82) zwischen dem Führungs-Element (66) und dem Kern (28) vorgesehen ist.
6. Injektor nach Anspruch 5, wobei der Anker (27) eine Platte (37) umfasst, die magnetisch mit dem Kern (28) zusammenwirkt; wobei ein Schaft (48) des Ankers (27) mit der Platte (37) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Führungs-Element (66) eine Buchse (67) zum Führen des Schafts (48) aufweist; wobei die Außenfläche von mindestens einem Abschnitt (68) der Buchse (67) das Gewinde (69) des Führungs-Elements (66) aufweist.
7. Injektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück ein Zwischenstück (82) zwischen dem Kern (28) und einem Flansch (73) des Führungs-Elements (66) bildet, der an einer weiteren Schulter (74) des Hohlkörpers (12) anliegt.
8. Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (82) eine modulare Größe aufweist, um eine Anpassung des Spalts zwischen dem Anker (27) und dem Kern (28) zu erlauben.
9. Injektor nach Anspruch 8, wobei die Platte (37) eine vorbestimmte Anzahl von Öffnungen (39) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (82) umfasst einen ringförmigen Abschnitt, der an dem Flansch (73) anliegt, und eine Anzahl von Füßen (84), die einstückig mit dem ringförmigen Abschnitt (83) ausgebildet sind, und die durch die Öffnungen (39) ragen, um mit dem Kern (28) in Eingriff zu stehen.
10. Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füße (84) des Zwischenstücks (82) eine modulare Länge aufweisen, um eine Anpassung des Spalts zu erlauben.
11. Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch (73) und der weiteren Schulter (74) ein weiteres Distanzstück (76) mit modularer Dickenabmessung vorgesehen ist, um eine Anpassung der Verschiebbarkeit des Ankers (27) in Richtung auf den Kern (28) zu erlauben.
12. Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (54) mit dem Hohlkörper (12) durch eine Abdeckung (62) verbunden ist, die ein mit einem anderen Gewinde (64) des Hohlkörpers (12) verschraubtes Gewinde (63) aufweist.
13. Injektor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Elektromagnet (26) eine Spule (29) umfasst, die durch ein in einem Kunststoff-Körper (88, 89) eingebettetes elektrisches Kabel (87) versorgt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Körper (88, 89) in Form eines Rings (89) mit einem Ansatz (88) vorliegt, in welchem das Kabel (87) eingebettet ist; wobei der Ansatz (88) in eine Öffnung (86) in der Endwand (57) eingefügt ist.
14. Verfahren zum Zusammenbau eines Kraftstoff-Injektors gemäß den Ansprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (24) und der Elektromagnet (26) an dem Hohlkörper (12) durch Verschrauben der Ringmutter (36), des Führungs-Elements (66) und der Abdeckung (62) mit dem Hohlkörper (12) nacheinander angebracht werden.
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