[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil für einen
Kraftstoffinjektor in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einem solchen Steuerventil.
Stand der Technik
[0002] Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 006 946 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen
mit einem Ventilelement bekannt, das in Abhängigkeit vom Steuerdruck in einer Steuerkammer
zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. Zur Variation
des Steuerdrucks in der Steuerkammer ist ein Steuerventil vorgesehen. Das Steuerventil
weist eine Ventilhülse auf, die von einem Aktuator zwischen einer Schließstellung,
in der die Ventilhülse an einem Ventilsitz anliegt, und einer Öffnungsstellung verstellbar
ist. In der Öffnungsstellung ist eine Verbindung der Steuerkammer mit einem Niederdruckbereich
des Injektors hergestellt, so dass der Steuerdruck in der Steuerkammer abfällt und
das Ventilelement des Injektors entlastet wird. Das Ventilelement des Injektors vermag
somit zu öffnen. Um die Fertigung eines die Ventilhülse durchsetzenden Führungsbolzens
zu vereinfachen, der zumindest in axialer Richtung lagefixiert ist, wird vorgeschlagen,
dass der Führungsbolzen einen axial durch eine Öffnung eines plattenförmigen Bauteils
geführten Abschnitt aufweist, dessen Ende das plattenförmige Bauteil hintergreift,
während das plattenförmige Bauteil einen Ventilsitz für die Ventilhülse ausbildet.
[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares
Steuerventil mit einem zwischen zwei Hubanschlägen hin und her beweglichen hülsenförmigen
Ventilschließelement anzugeben, dessen Hub möglichst einfach und präzise einstellbar
ist. Auf diese Weise soll ein Steuerventil geschaffen werden, das eine genaue Steuerung
der Hubbewegung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors ermöglicht.
[0004] Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch betätigbare Steuerventil mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einem
solche Steuerventil vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
[0005] Das für einen Kraftstoffinjektor in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere
in einem Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare
Steuerventil umfasst ein im Wesentlichen hülsenförmiges Ventilschließelement, das
auf einem Führungsbolzen zwischen einem unteren und einem oberen Hubanschlag hin und
her beweglich geführt ist. Der untere Hubanschlag wird dabei durch einen Ventilsitz
eines Ventilstücks gebildet. Der obere Hubanschlag wird erfindungsgemäß durch den
Führungsbolzen gebildet.
[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil ist der Hub des Ventilschließelements durch
die Lage des Ventilstücks und des Führungsbolzens zueinander bestimmt. Der Hub kann
somit bei der Montage des Steuerventils voreingestellt werden. Das heißt, dass eine
direkte Hubeinstellung möglich ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steuerventilen
erfolgt die Hubeinstellung in der Regel indirekt über Ersatzgrößen, wie beispielsweise
der Schließdauer oder dem PSI-Ankerhub. Der indirekt eingestellte Hub ist im Unterschied
zum direkt eingestellten Hub mechanisch nicht messbar und demzufolge weniger exakt.
Das heißt, dass es ein größeres Streuband im Hinblick auf den Hub des Ventilschließelements
gibt. Der Hub des Ventilschließelements des erfindungsgemäßen Steuerventils ist demnach
im Unterschied zum Stand der Technik einfacher und präziser einstellbar.
[0007] Vorzugsweise bilden bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil das Ventilstück, der Führungsbolzen
und das Ventilschließelement eine vormontierte Baueinheit aus, um die Montage des
Steuerventils bzw. des Kraftstoffinjektors, in dem das Steuerventil eingesetzt ist,
zu vereinfachen.
[0008] Da der obere Hubanschlag bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil durch den Führungsbolzen
gebildet wird, kann eine als Hubanschlag dienende Restluftspaltscheibe, die üblicherweise
zwischen dem Ventilschließelement und einer Magnetbaugruppe zur Betätigung des Steuerventils
eingesetzt wird, entfallen. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Bauteile und die
Montage des Steuerventils wird weiter vereinfacht.
[0009] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Führungsbolzen zur
Ausbildung des oberen Hubanschlags eine gestufte und/oder zumindest abschnittsweise
konisch geformte Außenkontur auf. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Absatz geschaffen,
der als oberer Hubanschlag einsetzbar ist. Der Absatz vermittelt zwischen zwei Abschnitten,
die sich im Hinblick auf ihren Außendurchmesser unterscheiden, wobei vorzugsweise
der Abschnitt mit dem größeren Außendurchmesser der Führung des Ventilschließelements
dient.
[0010] In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das hülsenförmige Ventilschließelement
eine mit dem oberen Hubanschlag zusammenwirkende Innenkontur aufweist. Die Innenkontur
ist derart gestaltet, dass sie eine in Kontakt mit dem oberen Hubanschlag bringbare
Anschlagfläche umfasst. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Innenkontur des
Ventilschließelements den als oberer Hubanschlag dienenden Absatz des Führungsbolzens
hintergreift.
[0011] Dadurch, dass eine am Ventilschließelement ausgebildete Innenkontur und eine am Führungsbolzen
ausgebildete Außenkontur anschlagbildend zusammenwirken, kann der oberer Hubanschlag
näher an den als unterer Hubanschlag dienenden Ventilsitz herangerückt werden. Auf
diese Weise verringert sich der Temperaturgang des Steuerventils, das heißt, der Einfluss
der Temperatur auf den Hub des Ventilschließelements. In der Folge kommt es somit
beim Kaltstart oder beim Drucksprung weniger zu unerwünschten Einbrüchen in der Einspritzmenge.
[0012] Der Führungsbolzen ist bevorzugt abschnittsweise im Ventilstück aufgenommen. Über
den im Ventilstück aufgenommenen Abschnitt des Führungsbolzens kann in einfacher Weise
der Hub des Ventilschließelements eingestellt werden. Das Ventilstück weist hierzu
bevorzugt eine Axialbohrung auf, in welcher der Führungsbolzen abschnittsweise aufgenommen
ist.
[0013] Des Weiteren bevorzugt ist der Führungsbolzen mit dem Ventilstück kraft-, form- und/oder
stoffschlüssig verbunden. Durch die kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung
ist der Führungsbolzen lagefixiert. Die Lagefixierung verhindert eine Lageveränderung
des Führungsbolzens in Bezug auf das Ventilstück und damit eine unerwünschte Veränderung
des zuvor eingestellten Hubs. Vorzugsweise ist der Führungsbolzen mit dem Ventilstück
verpresst und/oder verschweißt. Die Pressverbindung ist besonders einfach herstellbar.
Die Schweißverbindung stellt eine besonders belastbare Verbindung dar.
[0014] Vorteilhafterweise ist das Ventilstück mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt,
wobei die Teile axial aneinandergesetzt sind. Die mehrteilige, insbesondere zweiteilige,
Ausführung des Ventilstücks erleichtert eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige
Verbindung des Führungsbolzens mit dem Ventilstück. Beispielsweise kann der Führungsbolzen
durch das den Ventilsitz ausbildende Teil des Ventilstücks hindurchgeführt und zur
stoffschlüssigen Verbindung mit dem Ventilstück verschweißt werden. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung durchsetzt demnach der Führungsbolzen ein erstes Teil
des Ventilstücks und greift in ein zweites Teil des Ventilstücks ein.
[0015] Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Führungsbolzen mit dem Ventilstück
bzw. mit mindestens einem Teil des Ventilstücks einen sich in axialer Richtung erstreckenden
Ablaufkanal ausbildend zusammenwirkt. Über den Ablaufkanal ist bei geöffnetem Steuerventil
eine Verbindung eines Steuerraums mit einem Niederdruckraum herstellbar.
[0016] Zur Ausbildung des Ablaufkanals weist vorzugsweise der Führungsbolzen mindestens
einen Anschliff und/oder eine außenumfangseitig angeordnete Längsnut auf. Der Anschliff
bzw. die Längsnut am Außenumfang des Führungsbolzens sind vergleichsweise einfach
herstellbar. Vorzugsweise sind mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete
Ablaufkanäle vorgesehen, damit der Ventilsitz gleichmäßig angeströmt wird.
[0017] Zur Ausbildung eines Ankers umfasst das Ventilschließelement bevorzugt einen plattenförmigen
Abschnitt oder ein plattenförmiges Teil aus einem magnetischen oder magnetisierbaren
Material. Das heißt, dass das Ventilschließelement zumindest abschnittsweise oder
zumindest teilweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt
ist. Sofern das Ventilschließelement mehrteilig ausgebildet ist, sind die mehreren
Teile kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander
verpresst und/oder verschweißt.
[0018] Ferner bevorzugt ist das Ventilstück mittels einer Ventilschraube in einem Haltekörper
des Kraftstoffinjektors gehalten. Über das Anzugmoment der Ventilschraube kann das
Ventilstück mit einer Axialkraft beaufschlagt werden, die zugleich eine hohe Dichtkraft
zwischen dem Ventilstück und dem Haltekörper und/oder zwischen dem mehreren Teilen
des Ventilstücks bewirkt. Vorzugsweise ist im Haltekörper ein Absatz zur axialen Abstützung
des Ventilstücks ausgebildet, so dass der Haltekörper als Widerlager einsetzbar ist.
[0019] Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere
für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil vorgeschlagen.
Das Steuerventil dient der Steuerung der Hubbewegung einer hubbeweglichen Düsennadel,
über deren Hubbewegung mindestens eine Einspritzöffnung freigebbar und verschließbar
ist. Der voreingestellte Hub des Ventilschließelements des erfindungsgemäßen Steuerventils
erleichtert die Montage des Kraftstoffinjektors, da die indirekte Hubeinstellung über
Ersatzgrößen entfällt. Der fehlende Temperaturgang des Hubs des Ventilschließelements
verhindert zudem unerwünschte Einbrüche in der Einspritzmenge bei Kaltstart oder bei
einem Drucksprung.
[0020] Bei der Montage eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors wird das Steuerventil
zumindest teilweise vormontiert. Vorzugsweise erfolgt die Vormontage auf einer Vorrichtung,
die einen Elektromagneten zur Betätigung des Ankers und eine Feder zur Rückstellung
des Ankers beinhaltet. Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Stellantrieb,
der eine Verschiebung des Führungsbolzens relativ zum Ventilstück ermöglicht, um den
Hub des Ventilschließelements einzustellen. Zur Messung des eingestellten Hubs wird
vorzugsweise ein Laser verwendet.
[0021] Zunächst wird das Ventilschließelement einschließlich Anker auf den Führungsbolzen
aufgeschoben und der Führungsbolzen in eine Bohrung des Ventilstücks eingesetzt, vorzugsweise
eingepresst. Mittels der Ventilschraube kann das Ventilstück in der Vorrichtung fixiert
werden. Wird nun der Elektromagnet bestromt, baut sich ein auf den Anker einwirkendes
Magnetfeld auf, so dass das Ventilschließelement gegen den oberen Hubanschlag am Führungskolben
gezogen wird. Dabei wird der Hub gemessen und der Führungsbolzen wird über den Stellantrieb
solange axial verschoben, bis der eingestellte Hub dem Zielhub entspricht. Ist der
Hub eingestellt, wird der Führungsbolzen mit dem Ventilstück verbunden, vorzugsweise
verschweißt. Beim Setzen der Schweißnähte ist darauf zu achten, dass die zwischen
dem Führungsbolzen und dem Ventilstück ausgebildeten Ablaufkanäle nicht verschlossen
werden. Weist beispielsweise der Führungsbolzen einen als Dreiflach ausgeführten Abschnitt
zur Ausbildung der Ablaufkanäle aus, sind insgesamt drei Schweißnähte vorzusehen,
die in Umfangsrichtung versetzt zu den Ablaufkanälen angeordnet werden. Die derart
vormontierte Baugruppe kann anschließend in einen Haltekörper eines Kraftstoffinjektors
eingesetzt und mittels der Ventilschraube lagefixiert werden.
[0022] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform,
- Fig. 2
- einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
[0023] Das in der Fig. 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Steuerventil 1 dient
der Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 18 eines Kraftstoffinjektors in einem
Kraftstoffeinspritzsystem. Das Steuerventil 1 ist hierzu in einen Haltekörper 16 des
Kraftstoffinjektors eingesetzt.
[0024] Das Steuerventil 1 umfasst ein im Wesentlichen hülsenförmiges Ventilschließelement
2, das auf einem Führungsbolzen 3 zwischen einem unteren Hubanschlag 4 und einem oberen
Hubanschlag 5 hin und her beweglich geführt ist. Der untere Hubanschlag 4 wird durch
einen Ventilsitz 6 gebildet. Liegt das Ventilschließelement 2 am unteren Hubanschlag
4 bzw. am Ventilsitz 6 an, ist das Steuerventil 1 geschlossen. Der obere Hubanschlag
5 wird durch den Führungsbolzen 3 gebildet, der hierzu eine Außenkontur 8 aufweist,
die mit einer Innenkontur 9 des Ventilschließelements 2 anschlagbildend zusammenwirkt.
Die Außenkontur 8 umfasst einen konisch geformten Abschnitt zur Ausbildung eines ringförmigen
Absatzes, der von der Innenkontur 9 des Ventilschließelements 2 hintergriffen wird.
Die Innenkontur 9 ist an einem dem Ventilsitz 6 zugewandten Ende des Ventilschließelements
2 ausgebildet, so dass der oberer Hubanschlag 5 nahe dem unteren Hubanschlag 4 zu
liegen kommt. Auf diese Weise wird der Temperaturgang des Hubs des Ventilschließelements
2 reduziert.
[0025] Zur Festlegung des Hubs des Ventilschließelements 2 ist die Lage des Führungsbolzens
3 in Bezug auf ein Ventilstück 7, das den Ventilsitz 6 ausbildet, fixiert. Hierzu
ist ein Abschnitt des Führungsbolzens 3 im Ventilstück 7 aufgenommen und mit dem Ventilstück
7 über Schweißpunkte 21 fest verbunden. Um die Montage zu erleichtern, ist das Ventilstück
7 zweiteilig ausgeführt, wobei der Führungsbolzen 3 durch ein erstes Teil 7.1 hindurchgeführt
ist. Nach dem Verschweißen werden das erste Teil 7.1 und das zweite Teil 7.2 verbunden,
so dass ein das erste Teil 7.1 überragender Abschnitt des Führungsbolzens 3 in das
zweite Teil 7.2 eingreift. Um eine Verbindung eines im zweiten Teil 7.2 ausgebildeten
Steuerraums 11 mit einem Niederdruckraum 12 herzustellen, weist der das erste Teil
7.1 durchsetzende und in den zweiten Teil 7.2 eingreifende Abschnitt des Führungsbolzens
3 mehrere außenumfangseitige Anschliffe 13 auf. Im Bereich der Anschliffe 13 kommt
es somit zur Ausbildung von Ablaufkanälen, die radial außen von den Teilen 7.1, 7.2
des Ventilstücks 7 begrenzt werden. Die Schweißpunkte 21 sind hinsichtlich ihrer Winkellage
versetzt zu den Anschliffen 13 angeordnet.
[0026] Die zwischen dem Führungsbolzen 3 und dem Ventilstück 7 ausgebildeten Ablaufkanäle
münden in eine Ablaufbohrung 10, in der eine Ablaufdrossel 19 ausgebildet ist. Die
Ablaufbohrung 10 mündet in den Steuerraum 11. Ferner ist eine Zulaufdrossel 20 zur
Druckbeaufschlagung des Steuerraums 11 vorgesehen.
[0027] Zur Lagefixierung des Steuerventils 1 im Haltekörper 16 des Kraftstoffinjektors ist
eine Ventilschraube 15 vorgesehen, die stirnseitige Ausnehmungen 22 zum Einsetzen
eines Werkszeugs (nicht dargestellt) umfasst, so dass die Ventilschraube 15 fest angezogen
werden kann. Dabei drückt die Ventilschraube 15 die beiden Teile 7.1, 7.2 des Ventilstücks
7 gegen einen ringförmigen Absatz 17 des Haltekörpers 16. Um das Einsetzen des Werkzeugs
in die Ausnehmungen 22 der Ventilschraube 15 zu erleichtern, weist das Ventilschließelement
2 in einem plattenförmigen Abschnitt, der als Anker 14 dient, Aussparungen 23 auf,
die in Überdeckung mit den Ausnehmungen 22 bringbar sind. Beim Anziehen der Ventilschraube
15 dreht sich der Anker 14 gemeinsam mit der Ventilschraube 15.
[0028] Alternativ kann, wie in der Fig. 2 dargestellt, das Ventilschließelement 2 mehrteilig,
insbesondere zweiteilig, ausgeführt werden, so dass der Anker 14' durch ein plattenförmiges
Teil gebildet wird, das erst nach dem Einsetzen der Ventilschraube 15 mit dem hülsenförmigen
Teil des Ventilschließelements 2 verbunden wird. Die Verbindung kann auch hier über
Schweißpunkte 21 realisiert werden.
[0029] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen
Steuerventils 1 besitzen den Vorteil, dass der Hub des Ventilschließelements 2 direkt
einstellbar ist. Die Hubeinstellung kann zudem durch Messung überprüft werden, so
dass der Hub sehr präzise einstellbar ist. Nach der Hubeinstellung wird die Lage des
Führungsbolzens 3 in Bezug auf das erste Teil 7.1 des Ventilstücks 7 fixiert, indem
der Führungsbolzen 3 und das erste Teil 7.1 des Ventilstücks 7 miteinander verschweißt
werden. Die derart vormontierte Baueinheit kann dann in den Haltekörper 16 des Kraftstoffinjektors
eingesetzt und mittels der Ventilschraube 15 fixiert werden.
1. Elektromagnetisch betätigbares Steuerventil (1) für einen Kraftstoffinjektor in einem
Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend
ein im Wesentlichen hülsenförmiges Ventilschließelement (2), das auf einem Führungsbolzen
(3) zwischen einem unteren und einem oberen Hubanschlag (4, 5) hin und her beweglich
geführt ist, wobei der untere Hubanschlag (4) durch einen Ventilsitz (6) eines Ventilstücks
(7) gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der obere Hubanschlag (5) durch den Führungsbolzen (3) gebildet wird.
2. Steuerventil (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen (3) zur Ausbildung des oberen Hubanschlags (5) eine gestufte und/oder
zumindest abschnittsweise konisch geformte Außenkontur (8) aufweist.
3. Steuerventil (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Ventilschließelement (2) eine mit dem oberen Hubanschlag (5) zusammenwirkende
Innenkontur (9) aufweist.
4. Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen (3) abschnittsweise im Ventilstück (7) aufgenommen und/oder mit
dem Ventilstück (7) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise
verpresst und/oder verschweißt, ist.
5. Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (7) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt ist und die Teile
(7.1, 7.2) axial aneinandergesetzt sind, wobei vorzugsweise der Führungsbolzen (3)
ein erstes Teil (7.1) durchsetzt und in ein zweites Teil (7.2) eingreift.
6. Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen (3) mit dem Ventilstück (7), vorzugsweise mit mindestens einem
Teil (7.1, 7.2) des Ventilstücks (7), einen sich in axialer Richtung erstreckenden
Ablaufkanal ausbildend zusammenwirkt, so dass bei geöffnetem Steuerventil (1) eine
Verbindung eines Steuerraums (11) mit einem Niederdruckraum (12) über den Ablaufkanal
herstellbar ist.
7. Steuerventil (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen (3) mindestens einen Anschliff (13) und/oder eine außenumfangseitig
angeordnete Längsnut zur Ausbildung des Ablaufkanals aufweist, wobei vorzugsweise
mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Ablaufkanäle vorgesehen sind.
8. Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließelement (2) zur Ausbildung eines Ankers (14) einen plattenförmigen
Abschnitt (14) oder ein plattenförmiges Teil (14') aus einem magnetischen oder magnetisierbaren
Material umfasst.
9. Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (7) mittels einer Ventilschraube (15) in einem Haltekörper (16) des
Kraftstoffinjektors gehalten ist, wobei vorzugsweise im Haltekörper (16) ein Absatz
(17) zur axialen Abstützung des Ventilstücks (7) ausgebildet ist.
10. Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einem Steuerventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung der
Hubbewegung einer hubbeweglichen Düsennadel (18), über deren Hubbewegung mindestens
eine Einspritzöffnung freigebbar und verschließbar ist.