Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor

Abstract

 Steuerventil (30) für einen Kraftstoffinjektor (100), das in einem Injektorkörper (50) angeordnet ist, mit einer im Steuerventil (30) angeordneten Ventilhülse (1), die axial beweglich auf einem Führungsbolzen (2) innerhalb eines Führungsbereichs (15) geführt ist, in dem eine Führungsfläche der Ventilhülse (11) und eine Führungsfläche des Führungsbolzens (12) zusammenwirken. Die Führungsfläche der Ventilhülse (11) weist einen Hinterstich (20) auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein druckausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Stand der Technik

[0002] Ein druckausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor ist aus DE 10 2007 047 425 A1 bekannt, bei dem eine Ventilhülse auf einem Führungsbolzen axial beweglich geführt ist. Die Ventilhülse begrenzt schaltbar eine Ventilkammer nach außen, die mit einem Steuerraum einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors über eine Ablaufbohrung verbunden ist. Durch eine Schließfeder wird die Ventilhülse gegen einen an einem Ventilstück ausgebildeten Ventilsitz gepresst und verschließt dadurch die Ventilkammer gegenüber einem Niederdruckraum. Bei Betätigung einer Magnetspule hebt die Ventilhülse aufgrund elektromagnetischer Kräfte vom Ventilsitz ab. Über Ventilkammer und Ablaufbohrung wird so der Steuerraum mit dem Niederdruckraum verbunden, der Druck im Steuerraum fällt ab und die Düsennadel hebt vom Düsennadelsitz ab und gibt Einspritzöffnungen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.

[0003] Desweiteren ist aus DE 10 2006 055 548 A1 ein druckausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem eine Ventilhülse auf einem Führungsbolzen axial beweglich geführt ist. Die Ventilhülse begrenzt schaltbar eine Ventilkammer nach außen, die über Bohrungen im Führungsbolzen mit einem Steuerraum einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors verbunden ist. Die Ventilhülse weist eine Ringnut auf, wobei sich die Ringnut an eine Dichtfläche anschließt, die mit einem Ventilsitz des Führungsbolzens zusammenwirkt. Durch eine Schließfeder wird die Ventilhülse schaltbar gegen den Ventilsitz des Führungsbolzens gepresst und verschließt dadurch die Ventilkammer gegenüber einem Niederdruckraum. Bei Betätigung einer Magnetspule hebt die Ventilhülse aufgrund elektromagnetischer Kräfte vom Ventilsitz ab.

[0004] Bei den Steuerventilen aus DE 10 2007 047 425 A1 und DE 10 2006 055 548 A1 kann es aufgrund von Belagsbildungen im Führungsbereich an Führungsbolzen und/oder Ventilhülse, verursacht z. B. von Alterungspolymerbestandteilen oder Bioanteilen im Kraftstoff, zu Funktionsbeeinträchtigungen kommen.

[0005] Zur Vermeidung der Auswirkungen dieser Belagsbildungen ist aus DE 10 2011 004 186 A1 bekannt, dass die Belagsbildung im Führungsbereich zwischen einem Führungselement und einem Bolzen reduziert wird. Dies wird erreicht, indem die Oberfläche des Bolzens im Führungsbereich strukturiert ausgeführt ist.

[0006] Aufgrund der gestiegenen Anforderungen eines Kraftstoffinjektors hinsichtlich der höheren Drücke des eingespritzten Kraftstoffs kann es jedoch zunehmend zu einer Durchbiegung des Führungsbolzens kommen. Die Folge ist, dass zusätzlich zur Belagsbildung erhöhte Verschleißgefahr in der Mitte des Führungsbereichs sowohl an Führungsbolzen als auch an Ventilhülse besteht.

Vorteile der Erfindung

[0007] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 minimiert den Verschleiß zwischen Führungsbolzen und Ventilhülse. Dies wird dadurch erreicht, dass im Führungsbereich, in dem eine Führungsfläche der Ventilhülse und eine Führungsfläche des Führungsbolzens zusammenwirken, in der Führungsfläche der Ventilhülse ein Hinterstich ausgebildet ist.

[0008] Somit unterteilt sich die resultierende Führung der Ventilhülse in zwei Bereiche entlang der Längsachse des Führungsbolzens, und an den beiden Enden des Führungsbereichs bleibt jeweils eine definierte Länge erhalten, an der ein Kontakt zwischen Führungsbolzen und Ventilhülse möglich ist. Eine Durchbiegung des Führungsbolzens kann dann keine punktuelle Berührung des Führungsbolzens mit der Ventilhülse in der Mitte des Führungsbereichs zur Folge haben.

[0009] Wegen der Ausbildung des Hinterstichs an der Ventilhülse und nicht am Führungsbolzen selbst bleiben die definierten Längen an den Enden des Führungsbereichs über den gesamten Hub der Ventilhülse konstant. Kommt es dann zu einer Verkippung oder einer Durchbiegung des Führungsbolzens, ist die Tribologie im Kontakt Führungsbolzen zu Ventilhülse robuster.

[0010] Weiterhin bleiben aufgrund der Ausbildung des Hinterstichs an der Ventilhülse die beiden Leckagepfade an den beiden Enden des Führungsbereichs konstant.

[0011] In einer ersten Ausführungsform ist der Hinterstich axial betrachtet zumindest näherungsweise in der Mitte des Führungsbereichs ausgebildet. Dadurch entstehen gleich große resultierende Führungen der Ventilhülse an den beiden Enden des Führungsbereichs. Die Vermeidung der punktuellen Berührung des Führungsbolzens mit der Ventilhülse bei Durchbiegung des Führungsbolzens ist so optimiert.

[0012] In einer weiteren Ausführungsform ist der Hinterstich radial umlaufend ausgebildet. Eine Rotation von Führungsbolzen oder Ventilhülse um ihre Längsachse hat damit keine negativen Auswirkungen mehr auf den Verschleiß; eine Verdrehsicherung ist nicht erforderlich.

[0013] In einer weiteren Ausführungsform ist der Hinterstich im Längsschnitt betrachtet als konkaver Bogen ausgeführt. Die Kontur des konkaven Bogens kann so einer potenziellen Durchbiegung des Führungsbolzens auf seiner ausbeulenden Seite angepasst werden. Bei einer Durchbiegung des Führungsbolzens würde es dann auf seiner ausbeulenden Seite zu einer annähernd konstanten Spalthöhe zwischen den Führungsflächen von Führungsbolzen und Ventilhülse kommen. Ein gleichmäßiger Schmierfilmaufbau wäre die Folge und damit auch minimierter Festkörperkontakt und minimierter Verschleiß in den beiden Führungsflächen. Ein bevorzugter Wert für die Höhe des konkaven Bogens ist 1 µm bis 10 µm.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform ist der Hinterstich im Längsschnitt betrachtet als Rechteck ausgeführt. Gegenüber der Ausführungsform mit konkavem Bogen ist der rechteckige Hinterstich einfacher zu fertigen und die beiden Leckagepfade an den Enden des Führungsbereiches sind mit kleineren Fertigungstoleranzen beaufschlagt. Die Flanken des rechteckigen Hinterstichs werden vorzugsweise mit Radien oder Fasen versehen. Ein bevorzugter Wert für die Höhe des Rechtecks ist 10 µm. Ein bevorzugter Wert für die Länge des rechteckigen Hinterstichs ist ¼ bis ⅓ der Länge des gesamten Führungsbereichs. Vorzugsweise ist der Hinterstich in der Mitte des Führungsbereichs angeordnet, so dass die beiden verbleibenden Leckagepfade an den beiden Enden des Führungsbereichs gleich lang sind.

Zeichnung

[0015] 

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil, wobei nur die wesentlichen Bereiche schematisch gezeigt sind.

Fig. 2a zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Ventilhülse, in dem der Hinterstich als konkaver Bogen ausgebildet ist.

Fig.2b zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Ventilhülse, in dem der Hinterstich als Rechteck mit Fasen in der Führungsfläche der Ventilhülse ausgebildet ist.

Beschreibung

[0016] Fig. 1 zeigt schematisch die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Steuerventils 30 im Längsschnitt, das im Injektorkörper 50 eines Kraftstoffinjektors 100 angeordnet ist. Das Steuerventil 30 weist eine Ventilhülse 1, einen Führungsbolzen 2, ein Ventilstück 3 und eine Schließfeder 5 auf.

[0017] Die Schließfeder 5 drückt die Ventilhülse 1 gegen einen am Ventilstück 3 ausgebildeten Ventilsitz 4. Durch einen nicht dargestellten Aktor, z.B. einen Magneten, kann auf die Ventilhülse 1 eine Kraft aufgebracht werden, durch die die Ventilhülse 1 vom Ventilsitz 4 abhebt und so einen Spalt freigibt. Beispielsweise kann so unter Hochdruck stehender Kraftstoff von einem Steuerraum 7, der vom Ventilstück 3 auf der der Ventilhülse 1 abgewandten Seite begrenzt wird, über eine im Ventilstück 3 angeordnete Bohrung 8 und über den freigegebenen Spalt in den Niederdruckraum 9 fließen, der die Ventilhülse 1 umgibt und mit dem nicht dargestellten Rücklaufsystem des Kraftstoffinjektors 100 verbunden ist. Auf diese Weise kann z.B. die Öffnungsbewegung einer nicht dargestellten Düsennadel des Kraftstoffinjektors 100 gesteuert werden.

[0018] Die Ventilhülse 1 wird über einen Führungsbereich 15 auf dem Führungsbolzen 2 geführt. Über den Führungsbereich 15 weist einerseits die Ventilhülse 1 eine Führungsfläche der Ventilhülse 11 auf und andererseits der Führungsbolzen 2 eine Führungsfläche des Führungsbolzens 12. Erfindungsgemäß ist an der Führungsfläche der Ventilhülse 11 ein Hinterstich 20 ausgebildet, so dass bei Biegung des Führungsbolzens 2 ein Kontakt zwischen Ventilhülse 1 und Führungsbolzen 2 in der Mitte des Führungsbereichs 15 vermieden wird.

[0019] In anderen Ausgestaltungen wird die Ventilhülse 1 zusätzlich im entsprechend ausgebildeten Ventilstück 3 geführt.

[0020] Fig. 2a zeigt eine vorteilhafte Ausführung des in der Ventilhülse 1 ausgebildeten Hinterstichs 20 als konkaver Bogen mit der Höhe h. Der Hinterstich 20 ist über den größten Teil des Führungsbereichs 15 ausgebildet. Vorzugsweise wird die Bearbeitung des Hinterstichs 20 in einen bestehenden Schleifprozess für die Führungsfläche der Ventilhülse 11 eingebunden. Die Höhe h des konkaven Bogens beträgt dabei idealerweise 1 µm bis 10 µm.

[0021] Fig. 2b zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung des Hinterstichs 20 als Rechteck mit Fasen 21, ausgebildet in der Führungsfläche der Ventilhülse 11. Durch den Hinterstich 20 wird der Führungsbereich 15 in drei Teilbereiche 15a, 15b und 15c unterteilt. Der Teilbereich 15b kennzeichnet den Hinterstich 20, an dem es bei Durchbiegung des Führungsbolzens 2 zu keinem Kontakt zwischen Ventilhülse 1 und Führungsbolzen 2 kommen kann. Die Teilbereiche 15a und 15c kennzeichnen die beiden Enden des Führungsbereichs 15, deren Längen über den gesamten Hub der Ventilhülse 1 konstant bleiben. Bei Anlage der Ventilhülse 1 an den Ventilsitz 4 des Ventilstücks 3 wird der Leckagepfad vom unter Hochdruck stehenden Steuerraum 7 in den Niederdruckraum 9 über die summierte Länge der beiden Teilbereiche 15a und 15c bestimmt.

[0022] Vorzugsweise ist der rechteckige Hinterstich 20 zumindest näherungsweise in der Mitte des Führungsbereichs 15 angeordnet, verläuft über ¼ bis ⅓ der Länge des Führungsbereichs 15 und besitzt eine Höhe h von ca. 10 µm.

Ansprüche

1. Steuerventil 30 für einen Kraftstoffinjektor 100, das in einem Injektorkörper 50 angeordnet ist, mit einer im Steuerventil 30 angeordneten Ventilhülse 1, die axial beweglich auf einem Führungsbolzen 2 innerhalb eines Führungsbereichs 15 geführt ist, in dem eine Führungsfläche der Ventilhülse 11 und eine Führungsfläche des Führungsbolzens 12 zusammenwirken
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsfläche der Ventilhülse 11 einen Hinterstich 20 aufweist.

2. Steuerventil 30 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterstich 20 zumindest näherungsweise in der Mitte des Führungsbereichs 15 ausgebildet ist.

3. Steuerventil 30 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterstich 20 radial umlaufend ist.

4. Steuerventil 30 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterstich 20 im Längsschnitt als konkaver Bogen ausgeführt ist.

5. Steuerventil 30 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Bogen über den größten Teil des Führungsbereichs 15 verläuft.

6. Steuerventil 30 nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Bogen eine Höhe h von 1 µm bis 10 µm besitzt.

7. Steuerventil 30 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterstich 20 im Längsschnitt im Wesentlichen als Rechteck ausgeführt ist.

8. Steuerventil 30 nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechteck an beiden Übergängen zur Führungsfläche der Ventilhülse 11 Radien oder Fasen 21 aufweist.

9. Steuerventil 30 nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechteck über ¼ bis ⅓ der Länge des Führungsbereichs 15 verläuft.

10. Steuerventil 30 nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechteck eine Höhe h von 5 µm bis 20 µm, vorzugsweise 10 µm, besitzt.

Zeichnung