Kraftstoffinjektor, Verwendung eines Kraftstoffinjektors sowie Krafteinspritzsystem

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10; 10a; 10b), mit einem Injektorgehäuse (11), das eine Zuführbohrung (20; 26; 29) zum Zuführen von Kraftstoff in einen Hochdruckraum (17) des Injektorgehäuses (11) aufweist, wobei die Zuführbohrung (20; 26; 29) in einem Anschlussbereich (21) des Injektorgehäuses (11) mündet, und wobei der Anschlussbereich (21) mittels einer Versorgungsleitung (1) mit einem Hochdruckspeicherelement (110) für den Kraftstoff verbunden werden kann. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Material des Injektorgehäuses (11) im Anschlussbereich (21) schweißbar ist, und dass die Versorgungsleitung (1) mittels einer Schweißnaht (23) mit dem Anschlussbereich (21) verbunden ist, so dass das Injektorgehäuse (11) zusammen mit der Versorgungsleitung (1) eine Baugruppe ausbildet, oder dass der Anschlussbereich (21) des Injektorgehäuses (11) zusammen mit der Versorgungsleitung (1) als einstückiges Bauteil ausgebildet ist.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.

[0002] Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und dient der Versorgung des Brennraums einer Brennkraftmaschine mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff. Hierzu weist der Kraftstoffinjektor ein Injektorgehäuse mit einem Hochdruckanschluss für den Kraftstoff auf. Der Hochdruckanschluss ist mittels einer Zuführbohrung mit einem Hochdruckraum des Injektorgehäuses hydraulisch verbunden. Der Hochdruckanschluss ist darüber hinaus mittels einer Versorgungsleitung mit einem Hochdruckspeicherelement, üblicherweise in Form eines sogenannten Rails, verbunden. Die Verbindung zwischen dem Injektorgehäuse und der Versorgungsleitung erfolgt beim Stand der Technik über ein Verbindungsstück, dem sogenannten Druckrohrstutzen, der wiederum mit der Verbindungsleitung verschraubt ist. Alternativ hierzu ist auch eine unmittelbare Verbindung mittels einer Überwurfmutter bekannt, die die Versorgungsleitung mit dem Hochdruckanschluss axial verspannt. Nachteilig dabei ist, dass die angesprochenen Schraubverbindungen einen relativ großen Bauraum benötigen, der in dem Injektorschacht an der Brennkraftmaschine nur begrenzt zur Verfügung steht. Darüber hinaus werden bei den Schraubverbindungen wenigstens ein (bei Verwendung eines Druckrohrstutzens sogar zwei) Hochdruckdichtstellen erzeugt, deren Dichtheit aufwändig abgesichert werden muss. Die Absicherung besteht insbesondere in einer entsprechend genauen Fertigung der Bauteile sowie einer Überwachung des Verschraubungsprozesses, damit die benötigten Dichtkräfte an den Bauteilen erzeugt werden können.

[0003] Darüber hinaus ist es aus der EP 1 967 728 A1 bekannt, ein kappenförmiges Anschlusselement für einen Kraftstoffinjektor vorzusehen, das mittels einer Schweißverbindung mit einer Versorgungsleitung verbunden ist, die wiederum mittels einer Schraubverbindung mit einem Hochdruckspeicherelement (Rail) gekoppelt ist. Das kappenförmige Anschlusselement umfasst eine Stirnseite des Kraftstoffinjektors, wobei im Bereich der Stirnseite ein Hochdruckanschluss ausgebildet ist. Zur Abdichtung des Anschlusselements ist zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Innenwand des Anschlusselements ein O-Ring erforderlich. Darüber hinaus wird das Anschlusselement an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine über eine Schraubverbindung befestigt.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein alternatives Anschlusskonzept des Kraftstoffinjektors mit der Versorgungsleitung für den Kraftstoff ermöglicht wird, die zum einen die benötigte Dichtheit zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Versorgungsleitung sicherstellt, und die zum anderen sich herstellungstechnisch relativ einfach herstellen und kostengünstig realisieren lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Material des Injektorgehäuses im Anschlussbereich schweißbar ist, und dass die Versorgungsleitung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels seiner Schweißnaht mit dem Anschlussbereich verbunden ist, so dass das Injektorgehäuse zusammen mit der Versorgungsleitung eine Baugruppe ausbildet, oder dass der Anschlussbereich des Injektorgehäuses zusammen mit der Versorgungsleitung als einstückiges Bauteil ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass sich die Erfindung vom Stand der Technik dadurch unterscheidet, dass der Anschlussbereich des Injektorgehäuses zusammen mit der Versorgungsleitung entweder durch eine stoffschlüssige Verbindung verbunden und eine in einem Motorraum verbaubare Baugruppe ausbildet, oder dass die angesprochenen Bauteile bereits durch ihren Fertigungsprozess ein einziges Bauteil ausbilden, so dass eine anschließende Verbindung zwischen den beiden Elementen nicht erforderlich ist. In beiden Fällen kann auf die Verwendung zusätzlicher Verbindungen in Form von Schraubverbindungen zwischen dem eigentlichen Injektorgehäuse und der Versorgungsleitung gemäß dem Stand der Technik mit den bereits angesprochenen Nachteilen verzichtet werden.

[0005] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

[0006] In konstruktiv bevorzugter, weil fertigungstechnisch einfach herstellbarer Ausbildung wird vorgeschlagen, dass die Versorgungsleitung mit einer Stirnfläche an dem Anschlussbereich, eine Mündung der Zuführbohrung am Injektorgehäuse umgebend, anliegt, und dass die Schweißnaht als vorzugsweise radial umlaufende, geschlossene Schweißnaht zwischen dem Anschlussbereich und der Versorgungsleitung ausgebildet ist. Dadurch werden insbesondere an das Injektorgehäuse keine zusätzlichen Anforderungen, wie beispielsweise eine speziell geformte Aufnahme für die Versorgungsleitung oder ähnliches gestellt. Vielmehr genügt es, wenn die Zuführbohrung an der Außenseite des Injektorgehäuses in Form einer einfachen Mündung endet, deren Durchmesser den Innendurchmesser der Versorgungsleitung angepasst ist. Durch das Vorsehen der radial umlaufenden Schweißnaht wird nach dem Zusammenfügen der Versorgungsleitung und des Injektorgehäuses zwischen der Versorgungsleitung und dem Hochdruckanschluss eine dichte bzw. druckfeste Verbindung ausgebildet, die den Austritt von Kraftstoff aus der Versorgungsleitung bzw. dem Kraftstoffinjektor verhindert.

[0007] In einer ersten Variante der Anordnung der Versorgungsleitung am Kraftstoffinjektor wird vorgeschlagen, dass die Mündung der Zuführbohrung an einer wenigstens einer Einspritzöffnung abgewandten Stirnseite des Injektorgehäuses angeordnet ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass der radiale Bauraum des Kraftstoffinjektors besonders kompakt gehalten werden kann, so dass sich gegebenenfalls besonders günstige Anordnungen des Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ergeben können.

[0008] In alternativer Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Mündung der Zuführbohrung an einer radialen Umfangsfläche des im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Injektorgehäuses angeordnet ist. Da diese Umfangsfläche üblicherweise in einer Aufnahmeöffnung für den Kraftstoffinjektor im Zylinderkopf angeordnet ist, ist es erforderlich, die Versorgungsleitung entsprechend abzuwinkeln, damit diese innerhalb der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf angeordnet werden kann. Eine derartige Lösung hat gegenüber den üblicherweise verwendeten Verbindungen gemäß dem Stand der Technik in der Praxis ebenfalls keinen Bauraumnachteil und ermöglicht einen axial besonders kurzbauenden Kraftstoffinjektor.

[0009] Ganz besonderes bevorzugt ist es bei einer Anordnung der Mündung der Zuführbohrung an der Umfangsfläche des Injektorgehäuses, wenn die Mündung der Zuführbohrung, in Bezug auf die Längsachse des Injektorgehäuses, in Höhe des Hochdruckraums angeordnet ist, in dem eine Düsennadel auf- und abbeweglich angeordnet ist. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Bohrungen innerhalb des Injektorgehäuses zwischen dem Hochdruckraum und der Versorgungsleitung minimiert, was sowohl strömungstechnisch von Vorteil ist, als auch herstellungstechnisch mit relativ kostengünstiger Fertigung verbunden ist.

[0010] Vorzugsweise findet ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor Verwendung bei einer fremd- oder eigengezündeten Brennkraftmaschine an dem Kraftfahrzeug. Ein derartiges Kraftfahrzeug hat in der Praxis üblicherweise mehrere Brennräume, beispielsweise wenigstens zwei oder vier Brennräume (Zylinder), so dass sich durch die Verwendung mehrerer erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektoren und Versorgungsleitungen zusätzliche Kostenvorteile erzielen lassen.

[0011] Zusätzlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, der über eine Versorgungsleitung mit einem Kraftstoffspeicher verbindbar ist, wobei die Versorgungsleitung mit dem Kraftstoffinjektor mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißnaht, verbunden ist, oder der mit der Versorgungsleitung ein einstückiges Bauteil ausbildet.

[0012] Eine derartige Schweißnaht lässt sich mit der benötigten Genauigkeit zur Absicherung der Prozesssicherheit und der gewünschten Qualität vorzugsweise mit einer Laserschweißeinrichtung erzeugen.

[0013] Um eine relativ einfache Montage und Demontage eines mit einer Verbindungsleitung verbundenen Kraftstoffinjektors an bzw. von dem Hochdruckspeicherelement zu ermöglichen, wird in einer weiteren Variante vorgeschlagen, dass die Versorgungsleitung mit dem Hochdruckspeicherelement mittels einer lösbaren Verbindung verbunden ist. Eine derartige lösbare Verbindung kann beispielsweise in Form einer Überwurfmutter oder ähnlichem ausgebildet sein.

[0014] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

[0015] Diese zeigt in:

Fig. 1

eine vereinfachte Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems,

Fig. 2

einen Längsschnitt durch einen Teilbereich eines ersten erfindungemäßen Kraftstoffinjektors, bei dem eine Versorgungsleitung in Höhe eines Hochdruckraums des Kraftstoffinjektors angeordnet ist,

Fig. 3

einen Längsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, bei dem die Versorgungsleitung in Höhe einer Zwischenplatte des Kraftstoffinjektors angeordnet ist und

Fig. 4

einen dritten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Längsschnitt, bei dem die Versorgungsleitung an einer oberen Stirnseite des Injektorgehäuses angeordnet ist.

[0016] Gleiche Elemente bzw. Elemente mit der gleichen Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

[0017] In der Fig. 1 ist stark vereinfacht ein Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems 100 dargestellt, wie es bei fremd- oder eigengezündeten Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, verwendet wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem 100 umfasst neben anderen, im Einzelnen nicht dargestellten Einspritzkomponenten ein Hochdruckspeicherelement 110 in Form eines sogenannten Rails. Das Hochdruckspeicherelement 110 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Anschlussstutzen 111 zur Ankoppelung jeweils einer Versorgungsleitung 1 auf. Die aus Metall bestehenden Versorgungsleitungen 1 sind mit den jeweiligen Anschlussstutzen 111 über jeweils eine lösbare Verbindung 112, vorzugsweise in Form einer Schraubverbindung bzw. einer Überwurfmutter, verbunden. Jede der Versorgungsleitungen 1 ist mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor 10 verbunden. Der Kraftstoffinjektor 10 ist in einer Aufnahmeöffnung 115 eines Zylinderkopfs 116 der Brennkraftmaschine auf an sich bekannte Art und Weise eingesetzt und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine.

[0018] In der Fig. 2 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 dargestellt, der ein Injektorgehäuse 11 aufweist. In dem Injektorgehäuse 11 ist eine in Bezug auf die Längsachse 12 des Injektorgehäuses 11 auf- und abbewegliche Düsennadeln 15 angeordnet, deren Betätigung bzw. Ansteuerung auf an sich bekannte, nicht erfindungswesentliche und daher nicht mehr erläuterte Art und Weise beispielsweise mittels eines Piezoaktors oder eines Magnetaktors erfolgt. Im abgesenkten Zustand der Düsennadel 15 verschließt diese wenigstens eine Einspritzöffnung, die im Injektorgehäuse 11 ausgebildet ist. Die Düsennadel 15 ist im Injektorgehäuse 11 in einem Hochdruckraum 17 angeordnet, in dem im Wesentlichen der Druck aus dem Hochdruckspeicherelement 110 herrscht. Ferner erkennt man noch einen Ablaufstutzen 18, über den zur Steuerung der Bewegung der Düsennadel 15 verwendeter, nicht an der Einspritzung teilnehmender Kraftstoff in einen Rücklaufbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 100 zurückgeführt werden kann.

[0019] In dem Injektorgehäuse 11 ist in Höhe des Hochdruckraums 17 eine Zuführbohrung in Form einer Durchgangsbohrung 20 angeordnet, die am Außenumfang bzw. der radialen Umfangsfläche des üblicherweise zylindrisch ausgebildeten Injektorgehäuses 11 in einem Anschlussbereich 21 mündet. Die Versorgungsleitung 1 weist einen geradlinig ausgebildeten ersten Abschnitt 2 auf, der in Höhe des Anschlussbereichs 21 um etwa 90° umgebogen ist und zur Anbindung an die Durchgangsbohrung 20 eine Stirnfläche 3 aufweist, die die Durchgangsbohrung 20 umgibt. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung 20 an den Innendurchmesser der Versorgungsleitung 1 angepasst.

[0020] Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Injektorgehäuse 11, zumindest im Anschlussbereich 21 sowie die Versorgungsleitung 1 als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. In alternativer und in der Fig. 2 dargestellter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Versorgungsleitung 1 mit dem Injektorgehäuse 11 im Bereich des Anschlussbereichs 21 über eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Schweißverbindung, verbunden ist und dadurch eine Baugruppe ausbilden. Hierzu liegt die Stirnfläche 3 der Versorgungsleitung 1 am Außenumfang des Injektorgehäuses 11 an, wobei die Bohrung der Versorgungsleitung 1 mit der Mündung der Durchgangsbohrung 20 fluchtet. Im Übergangsbereich vom Injektorgehäuse 11 zur Versorgungsleitung 1 ist eine als Kehlnaht ausgebildete Schweißnaht 23 ausgebildet, die vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, unter Verwendung einer Laserstrahlschweißeinrichtung hergestellt ist. Sowohl das Material des Injektorgehäuses 11, als auch das Material der Versorgungsleitung 1 bestehen vorzugsweise aus schweißbarem Material, vorzugsweise aus Stahl mit Legierungsbestandteilen.

[0021] In der Fig. 3 ist ein gegenüber der Fig. 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei der der Kraftstoffinjektor 10a mit der Versorgungsleitung 1 in Höhe einer Zwischenplatte 25 verbunden ist. Die Zwischenplatte 25 weist wiederum eine Durchgangsbohrung 26 auf, die den Hochdruckraum 17 des Injektorgehäuses 11 mit dem Anschlussbereich 21 am Außenumfang des Injektorgehäuses 11 verbindet. Im Gegensatz zum Kraftstoffinjektor 10 ist die Durchgangsbohrung 26 in Bezug zur Längsachse 12 des Injektorgehäuses 11 schräg angeordnet.

[0022] Zuletzt ist in der Fig. 4 ein drittes erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 10b dargestellt, bei dem die Versorgungsleitung 1 auf der einer nicht dargestellten Einspritzöffnung gegenüberliegenden Stirnseite 28 des Injektorgehäuses 11 angeordnet ist. Hierbei ist es im Gegensatz zu den beiden anderen Kraftstoffinjektoren 10, 10a nicht erforderlich, die Versorgungsleitung 1 im Anschlussbereich 21 mit einem gebogenen Abschnitt zu versehen. Wesentlich ist auch, dass die Versorgungsleitung 1 den Kraftstoffinjektor 10b radial im Bereich der Stirnseite 28 nicht überragt. Man erkennt ferner eine Hochdruckbohrung 29, die den Anschlussbereich 21 mit dem im Übrigen nicht dargestellten Hochdruckraum 17 des Injektorgehäuses 11 hydraulisch verbindet.

[0023] Die soweit beschriebenen Kraftstoffinjektoren 10, 10a und 10b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor (10; 10a; 10b), mit einem Injektorgehäuse (11), das eine Zuführbohrung (20; 26; 29) zum Zuführen von Kraftstoff in einen Hochdruckraum (17) des Injektorgehäuses (11) aufweist, wobei die Zuführbohrung (20; 26; 29) in einem Anschlussbereich (21) des Injektorgehäuses (11) mündet, und wobei der Anschlussbereich (21) mittels einer Versorgungsleitung (1) mit einem Hochdruckspeicherelement (110) für den Kraftstoff verbunden werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material des Injektorgehäuses (11) im Anschlussbereich (21) schweißbar ist, und dass die Versorgungsleitung (1) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißnaht (23) mit dem Anschlussbereich (21) verbunden ist, so dass das Injektorgehäuse (11) zusammen mit der Versorgungsleitung (1) eine Baugruppe ausbildet,
oder
dass der Anschlussbereich (21) des Injektorgehäuses (11) zusammen mit der Versorgungsleitung (1) als einstückiges Bauteil ausgebildet ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (1) mit einer Stirnfläche (3) an dem Anschlussbereich (21), eine Mündung der Zuführbohrung (20; 26; 29) am Injektorgehäuse (11) umgebend, anliegt, und dass die Schweißnaht (23) als vorzugsweise radial umlaufende, geschlossene Schweißnaht (23) zwischen dem Anschlussbereich (21) und der Versorgungsleitung (1) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mündung der Zuführbohrung (29) an einer wenigstens einer Einspritzöffnung abgewandten Stirnseite (28) des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mündung der Zuführbohrung (20; 26) an einer radialen Umfangsfläche des im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Injektorgehäuses (11) angeordnet ist.

5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mündung der Zuführbohrung (20), in Bezug auf die Längsachse (12) des Injektorgehäuses (11), in Höhe des Hochdruckraums (17) angeordnet ist, in dem eine Düsennadel (15) auf- und abbeweglich angeordnet ist.

6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mündung der Zuführbohrung (26) im Bereich einer Zwischenplatte (25) angeordnet ist, die mit dem Hochdruckraum (17) hydraulisch verbunden ist.

7. Verwendung eines Kraftstoffinjektors (10; 10a; 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei fremd- oder eigengezündeten Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen.

8. Kraftstoffeinspritzsystem (100), umfassend wenigstens einen Kraftstoffinjektor (10; 10a; 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der über eine Versorgungsleitung (1) mit einem Kraftstoffspeicher (110) verbindbar ist, wobei die Versorgungsleitung (1) mit dem Kraftstoffinjektor (10; 10a; 10b) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißnaht (23), verbunden ist, oder der mit der Versorgungsleitung (1) ein einstückiges Bauteil ausbildet.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle einer Schweißnaht (23) diese mittels einer Laserschweißeinrichtung erzeugt wird.

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (1) mit dem Hochdruckspeicherelement (110) mittels einer lösbaren Verbindung (112) verbunden ist.

Zeichnung