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Stand der Technik
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Zur
Versorgung von Brennräumen
von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen, mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte
als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme
kommen in die Pumpe-Düse-Einheiten,
Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten
auch so genannte Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Bei Speichereinspritzsystemen
(Common-Rail-Systemen)
wird ein unter einem Hochdruck stehender Kraftstoff (beispielsweise
Kraftstoff bei über
1000 bar) durch einen Hochdruckspeicher an einen Kraftstoffinjektor
bereitgestellt. Common-Rail-Injektoren ermöglichen es in vorteilhafter
Weise, den Einspritzdruck an die Last und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
anzupassen. Die folgende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
Common-Rail-Kraftstoffinjektoren, ist jedoch grundsätzlich auch
für andere
Arten von Kraftstoffinjektoren einsetzbar.
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Bei üblichen
Common-Rail-Injektoren wird in der Regel ein Aktor zum Öffnen des
Kraftstoffinjektors, das heißt
zum Starten des Einspritzvorgangs, und zum anschließenden Schließen des
Kraftstoffinjektors eingesetzt. Beispielsweise lassen sich hier Magnetaktoren
oder Piezoaktoren einsetzen, wobei die im folgenden beschriebene
Erfindung von der Verwendung von Magnetaktoren ausgeht.
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Bei
derartigen Kraftstoffinjektoren mit hydraulischen Ventilen mit Magnetaktoren
wird insbesondere eine Druckausgeglichenheit der hydraulischen Ventile
angestrebt. Dies bedeutet, dass die Schließkraft der hydraulischen Ventile,
also die Kraft, mittels derer die hydraulischen Ventile einen Druck
in einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors abdichten, vom System-
bzw. Raildruck unabhängig
ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die abdichtende Wirkung der
hydraulischen Ventile nicht gegen den anstehenden Druck aufgebracht
werden muss. Bei kleineren Hüben
lassen sich damit insbesondere große Ventilquerschnitte darstellen.
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Mit
derartig druckausgeglichenen Magnetventilen lassen sich deutliche
Verbesserungen bezüglich
der Mehrfacheinspritzung erreichen. Insbesondere die sehr kleinen
Magnetventilhübe,
welche beispielsweise um ca. 50% kleiner sein können als beispielsweise die
Hübe von
Kraftstoffinjektoren mit vergleichbaren Kugelventilen, erhöhen die
Stabilität von
Kraftstoffinjektoren mit druckausgeglichenen hydraulischen Magnetventilen
deutlich.
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Eine
Problematik bei derartigen Kraftstoffinjektoren stellt jedoch das
Prellen des Magnetventilankers beim Schließen des Ventils dar. Aufgrund
dieses Prellens wird der zeitliche Mindestabstand zwischen Schaltvorgängen typischerweise
auf 200 bis 250 μs
begrenzt. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass über der
Laufzeit bereits geringe Änderungen
im Prellverhalten zu einer deutlichen Einspritzmengendrift führen können, wenn
das Ankerschließprellen
bei einer Ansteuerung einer Folgeeinspritzung, beispielsweise der
zweiten Einspritzung, nicht abgeschlossen ist. In vielen Fällen werden
jedoch Spritzabstände,
das heißt
Abstände
zwischen einzelnen Schaltvorgängen
des hydraulischen Ventils, von ca. 100 μs gefordert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird daher ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welcher
die oben beschriebenen Nachteile bekannter Kraftstoffinjektoren zumindest
weitgehend vermeidet. Der Kraftstoffinjektor ist insbesondere für den Einsatz
in Speichereinspritzsystemen, insbesondere in selbstzündenden Brennkraftmaschinen,
einsetzbar, wobei jedoch auch andere Einsatzzwecke denkbar sind.
Insbesondere lassen sich mittels des vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors
die beschriebenen Ankerschließprellungen erheblich
reduzieren, was zu Spritzabständen
von weniger als 200 μs
führen
kann. Gleichzeitig können die
Vorteile druckausgeglichener hydraulischer Ventile beibehalten werden.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein
Ankerschließprellen durch
eine Entkopplung von Ankerbolzen und Ankerplatte verhindert werden
kann. Dadurch können
die Vorteile eines druckausgeglichenen Ventils weiter optimiert
werden, und insbesondere können
sehr kleine zeitliche Spritzabstände
realisiert werden. Die Erfindung kann bezüglich der Fertigung einschließlich einer
Montage mit Kraftstoffinjektoren mit einteiligem Anker kombiniert
werden, so dass beispielsweise der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit mehrteiligem
Anker als Option auf Kundenwunsch angeboten werden kann.
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Die
Fertigung des Ankers ist im Vergleich zu herkömmlichen Magnetankern deutlich
vereinfacht. Zudem lassen sich durch die Entkopplung von Ankerbolzen
und Ankerplatte ge trennt Werkstoffoptimierungen vornehmen. Für den Ankerbolzen
und die Ankerplatte können
unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. So kann beispielsweise
die Ankerplatte bezüglich
der magnetischen Eigenschaften und der Geometrie optimal ausgestaltet
werden, ebenso wie der getrennt davon ausgebildete Ankerbolzen beispielsweise
auf optimale Schließeigenschaften
und möglichst
geringen Verschleiß optimiert
werden kann. So muss insbesondere keine Rücksicht auf einen Verschleiß am Ventilsitz
genommen werden hinsichtlich der Materialauswahl und der geometrischen Ausgestaltung
der Ankerplatte. Für
den Ankerbolzen hingegen lassen sich sowohl Werkstoff als auch Geometrie
für einen
minimalen Verschleiß und
optimale Dichteigenschaften verringern. Weiterhin entfällt die Notwendigkeit
der Verwendung eines Federtellers, da stattdessen beispielsweise
Einstellringe für
eine Überhöhung als
Maßgruppe
verwendet werden können.
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Die
Montage des vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors kann unter Verwendung
eines als Baugruppe ausgestalteten Ankers erfolgen. So kann diese
Baugruppe beispielsweise, wie unten näher ausgeführt wird, eine Ankerplatte,
eine Ankerhülse,
einen Einstellring, insbesondere eine Sichelscheibe, umfassen. Diese
Baugruppe kann außerhalb
der eigentlichen Montage des Kraftstoffinjektors beispielsweise
vormontiert werden und als fertig vormontierte Baugruppe an die
Montage des eigentlichen Kraftstoffinjektors geliefert werden.
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Zur
Umsetzung des oben beschriebenen Erfindungsgedankens umfasst der
Kraftstoffinjektor einen in einem Injektorkörper des Kraftstoffinjektors bewegbar
gelagertes Einspritzventilglied zum Verschließen oder Freigeben mindestens
einer Einspritzöffnung.
Das Einspritzventilglied kann eingliedrig oder mehrgliedrig ausgestaltet
sein.
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Weiterhin
umfasst der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor mindestens ein hydraulisches
Ventil, welches eingerichtet ist, um über mindestens einen Steuerraum
einen Hub des Einspritzventils zu steuern. Dabei kann, wie oben
beschrieben, das hydraulische Ventil als druckausgeglichenes Ventil
ausgestaltet sein, das heißt
als Ventil, auf welches auch im geschlossenen Zustand kein Hochdruck
des Kraftstoffs, also beispielsweise kein Raildruck, wirkt. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass das hydraulische Ventil keine
in einer Öffnungs- oder Schließrichtung
des hydraulischen Ventils wirkende hydraulische Fläche an den
Kraftstoff bereitstellt, beispielsweise keine senkrecht zur zu verschließenden Öffnung einer
Ablaufbohrung ausgerichtete Fläche oder
Flächenkomponente.
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Das
hydraulische Ventil weist mindestens einen Magnetaktor mit mindestens
einer Magnetspule und mindestens einem Magnetanker auf. Der Magnetanker
seinerseits umfasst mindestens eine mit dem Magnetaktor zusammenwirkende
Ankerplatte und mindestens einen relativ zu der Ankerplatte beweglich
gelagerten und einen Druck in dem Steuerraum steuernden Ankerbolzen
auf. Dieser Ankerbolzen ist vorzugsweise eingerichtet, um, entsprechend der
Steuerung des Magnetaktors, mindestens eine Ablaufdrossel des Steuerraums
freizugeben oder zu verschließen.
Unter einem Ankerbolzen ist somit ein grundsätzlich beliebig geformtes Schließelement
zu verstehen, welches beispielsweise als langgestrecktes Schließelement
mit einem beliebigen Querschnitt ausgestaltet sein kann, beispielsweise
in Form eines soliden Bolzens. Auch ein hohler Querschnitt kann vorliegen,
was unten am Beispiel einer bevorzugten Hülsenform näher ausgeführt wird.
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Der
Ankerbolzen kann insbesondere mittels eines Ventilfederelements,
beispielsweise einer spiralförmigen
Ventilfeder, mit einer in einer Schließrichtung des hydraulischen
Ventils wirkenden ersten Kraft beaufschlagt werden. Die Ankerplatte
ihrerseits kann insbesondere mittels mindestens eines Ankerfederelements,
beispielsweise einer spiralförmigen Ankerfeder,
mit einer zweiten, entgegen der Schließrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt
werden. Dabei ist diese zweite Kraft vorzugsweise geringer als die erste
Kraft.
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Der
Ankerbolzen kann beispielsweise innerhalb der Ankerplatte oder die
Ankerplatte umgebend gelagert sein, so dass der Ankerbolzen und
die Ankerplatte relativ zueinander in Schließrichtung verschiebbar sind.
Dabei ist vorzugsweise der Ankerbolzen derart relativ zur Ankerplatte
gelagert, dass eine Bewegung der Ankerplatte in einer Öffnungsrichtung entgegen
der Schließrichtung,
zumindest ab einem gewissen Mindesthub, den Ankerbolzen mitnimmt, so
dass das hydraulische Ventil öffnet.
Dies kann beispielsweise über
entsprechende Schultern und/oder andere Mitnahmevorrichtungen am
Ankerbolzen und/oder an der Ankerplatte erfolgen.
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Der
Ankerbolzen kann insbesondere hülsenförmig ausgestaltet
sein und somit eine Ankerhülse umfassen
oder als Ankerhülse
ausgestaltet sein. Dabei ist die Ankerhülse vorzugsweise in der axialen Richtung
gleitend an der Ankerplatte, insbesondere innerhalb der Ankerplatte,
gelagert. Die Hülsenform des
Ankerbolzens in Form einer Ankerhülse ist insbesondere von Vorteil
für die
Ausgestaltung eines druckausgeglichenen hydraulichen Ventils, gemäß der obigen
Definition, da eine Ankerhülse
genutzt werden kann, um möglichst
keine hydraulische Fläche
entgegen der Schließrichtung
an den Kraftstoff bereitzustellen. Sämtliche hydraulischen Kräfte auf die
Ankerhülse
können
dann in radialer Richtung wirken, ohne eine Stellung der Ankerhülse in axialer Richtung
zu beeinflussen bzw. eine hydraulische Kraft auf diese Ankerhülse auszuüben.
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Wenn
eine Ankerhülse
verwendet wird, so ist es möglich,
innerhalb der Ankerhülse,
auf der dem Steuerraum zugewandten Seite des Hohlraums innerhalb
der Ankerhülse,
einen Druckstift zur hydraulischen Abdichtung des Innenraums der
Ankerhülse aufzunehmen.
Der In nenraum der Ankerhülse
kann insbesondere zylinderförmig
ausgestaltet sein, insbesondere als Kreiszylinder und/oder als polygonaler Zylinder.
Der Außendurchmesser
des Druckstifts kann auf den Innendurchmesser bzw. die Innenmaße dieses
Innenraums angepasst sein, so dass der Druckstift beispielsweise
gleitend und abdichtend innerhalb des Innenraums der Ankerhülse gelagert
ist. Der Druckstift, die Ankerhülse
und ein Ventilstück
mit einer Ablaufdrossel des Steuerraums können dann einen Ventilraum
begrenzen, wobei hydraulische Kräfte
durch den Hochdruck des Kraftstoffs innerhalb dieses Ventilraums
lediglich auf den Druckstift wirken, nicht jedoch auf die Ankerhülse. Auf
diese Weise kann ebenfalls eine Druckausgeglichenheit erzeugt werden.
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Ebenfalls
bei Verwendung einer Ankerhülse ist
es bevorzugt, wenn der Kraftstoffinjektor ein Ventilstück umfasst,
innerhalb dessen mindestens eine Ablaufdrossel des Steuerraums aufgenommen
ist. Unter einer Ablaufdrossel kann dabei allgemein eine Öffnung hin
zum Steuerraum verstanden werden, welche, bei geöffnetem hydraulischem Ventil,
den Abfluss des Kraftstoffs aus dem Steuerraum hin zu einem Niederdruckablauf
begrenzt bzw. steuert.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn das Ventilstück einen, zumindest im geschlossenen
Zustand des hydraulischen Ventils, in die Ankerhülse hineinragenden Ansatz aufweist,
insbesondere einen zylindrischen Ansatz. Dieser Ansatz kann von
seinem Querschnitt her zumindest abschnittsweise auf die Innenabmessungen
des Innenraums der Ankerhülse
angepasst sein, kann also zumindest abschnittsweise beispielsweise
wiederum einen kreisförmigen
Querschnitt, einen polygonalen Querschnitt oder ähnliches aufweisen. Auf diese
Weise kann der Ansatz des Ventilstücks gleichzeitig als Führung für die Ankerhülse dienen,
wobei vorzugsweise eine abdichtende Führung gewählt wird.
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Eine
Mündung
der Ablaufdrossel des Steuerraums kann insbesondere in dem Ansatz
aufgenommen sein. Diese Mündung
kann beispielsweise an einem vom Steuerraum abgewandten Ende des
Ansatzes angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens
eine Mündung
jedoch auch in einer umfangsseitigen Einschnürung des Ansatzes aufgenommen
sein. So kann der Ansatz beispielsweise zunächst einen ersten Führungsabschnitt
aufweisen, dann die genannte Einschnürung mit der mindestens einen
Mündung,
und anschließend
einen weiteren Führungsabschnitt.
Der mindestens eine Führungsabschnitt
kann dabei von seinem Außendurchmesser vorzugsweise
an den Innendurchmesser des Innenraums der Ankerhülse angepasst
sein, also beispielsweise wiederum den genannten kreisförmigen und/oder
polygonalen Querschnitt aufweisen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen die Ausgestaltung der Einstellmöglichkeiten
der Hübe
und Wege des hydraulischen Ventils. So ist es besonders bevorzugt,
wenn der Ankerbolzen an einer dem Steuerraum abgewandten Seite zumindest
teilweise von einer auswechselbaren Einstellscheibe, insbesondere einer
Sichelscheibe, umgeben ist. Eine derartige Einstellscheibe, welche
beispielsweise in unterschiedlichen Dicken bevorratet werden kann,
kann genutzt werden, um eine Einstellung des Überhubs des hydraulischen Ventils
zu ermöglichen.
Unter einem Überhub
wird dabei nach Abschalten des Magnetaktors, eine Strecke bezeichnet,
um welche sich, nachdem der Ankerbolzen seinen Sitz und damit seine Schließstellung
erreicht hat, die Ankerplatte aufgrund ihrer eigenen Trägheit noch
weiter bewegt.
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Auch
auf der gegenüberliegenden,
dem Steuerraum zuweisenden Seite, kann ein entsprechender Überhubanschlag
vorgesehen sein, insbesondere ein einstellbarer Überhubanschlag. Auch dieser Überhubanschlag
kann wiederum als auswechselbarer Überhubanschlag eingerichtet
sein, beispielsweise wiederum in Form einer austauschbaren Scheibe
oder eines Rings. Dieser Überhubanschlag
kann grundsätzlich
zwischen einem beliebigen Teil des Kraftstoffinjektors, insbesondere
des Injektorkörpers,
und der Ankerplatte vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es
jedoch, wenn die Ankerplatte an ihrer von dem Magnetaktor abgewandten Seite
einen Führungsfortsatz,
beispielsweise einem zylinderhülsenförmigen Führungsfortsatz,
aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor eine Führung zur Aufnahme dieses Führungsfortsatzes
aufweist. Zwischen dieser Führung,
welche beispielsweise Bestandteil eines Ventilstücks, in dem die oben beschriebene
Ablaufdrossel des Steuerraums aufgenommen ist, sein kann, und dem
Führungsfortsatz
kann der mindestens eine Überhubanschlag
angeordnet sein. Beispielsweise kann dieser, wie oben beschrieben,
in Form einer auswechselbaren Scheibe zwischen der Führung und
dem Führungsfortsatz
aufgenommen sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors;
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2 eine
Draufsicht auf eine Ankerplatte des Ausführungsbeispiels gemäß 1;
und
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3 eine
Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 110 in Schnittdarstellung
mit einer Schnittrichtung parallel zu einer Injektorachse 112 in
einer Teildarstellung gezeigt. Der Kraftstoffinjektor 110 umfasst
einen Injektorkörper 114,
welcher in 1 lediglich ansatzweise gezeigt
ist. In dem Injektorkörper 114 ist
in axialer Richtung ein Einspritzventilglied 116 gleitend
gelagert, von welchem in der ausschnittsweisen Darstellung gemäß 1 lediglich
ein Ventilkolben 118 gezeigt ist. Das Einspritzventilglied 116 kann
ein- oder mehrgliedrig ausgebildet sein und dient zum Öffnen oder
Verschließen
mindestens einer Einspritzöffnung,
welche in 1 nicht dargestellt ist.
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An
seinem oberen Ende ist der Ventilkolben 118 in einem Hülsenansatz 120 eines
Ventilstücks 122 gelagert,
so dass sich zwischen der Oberseite des Ventilkolbens 118 und
dem Ventilstück 122 ein Steuerraum 124 ausbildet.
Dieser Steuerraum ist über
eine Zulaufdrossel 126 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
beaufschlagbar, so dass der Druck in dem Steuerraum 124 eine
Stellung des Ventilkolbens 118 und damit eine Stellung
des Einspritzventilgliedes 116 steuert.
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Das
Ventilstück 122 weist
weiterhin einen zumindest teilweise zylindrisch ausgestalteten Ventilstückkörper 128 auf,
welcher sich auf dem Injektorkörper 114 nach
unten, das heißt
in einer Schließrichtung
des Einspritzventilglieds 116, abstützt. Auf diesem Ventilstückkörper 128 ist
zunächst
eine konische Dichtschulter 130 und, anschließend an
die Dichtschulter 130, ein zylindrischer Ansatz 132 des Ventilstückkörpers 128 aufgenommen.
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In
dem Ventilstück 122 ist
eine Ablaufdrossel 134 des Steuerraums 124 angeordnet.
Diese Ablaufdrossel 134 umfasst, ausgehend vom Steuerraum 124,
zunächst
eine axiale Bohrung 136, gefolgt von in diesem Ausführungsbeispiel
zwei schräg
zur Injektorachse 112 verlaufenden Drosselbohrungen 138. Diese
Drosselbohrungen 138 münden
jeweils in Mündungen 140,
welche in einer umfangsseitigen Einschnürung 142 des Ansatzes 132 vorgesehen sind.
Oberhalb der Einschnürung 142 ist
der Ansatz 132 wieder aufgeweitet und weist einen Führungsabschnitt 144 auf.
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Über die
Ablaufdrossel 134 lässt
sich der Steuerraum 124 mit einem (in 1 nicht
dargestellten) Niederdruckablauf verbinden, so dass über ein Öffnen bzw.
Verschließen
der Ablaufdrossel 134 ein Druck in dem Steuerraum 124 und
damit eine Stellung des Einspritzventilglieds 116 gesteuert
werden kann.
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Zur Öffnen bzw.
Verschließen
der Mündung 140 der
Ablaufdrossel 134 ist in dem Kraftstoffinjektor 110 ein
hydraulisches Ventil 146 vorgesehen, welches als Magnetventil
ausgestaltet ist. Das hydraulische Ventil 146 umfasst ein
Magnetaktor 148 mit einer Magnetspule 150 und
einem Magnetkern 152, welche axialsymmetrisch angeordnet
sind.
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Weiterhin
umfasst der Magnetaktor 148 einen Magnetanker 154.
Der Magnetanker 154 wird mittels einer in einem zentralen
Hohlraum 156 des Magnetkerns 152 gelagerten Ventilfeder 158 mit
einer Kraft in Schließrichtung
beaufschlagt. In Gegenrichtung wird der Magnetanker 154 über eine
Ankerfeder 160, welche sich am Ventilstückkörper 128 abstützt, mit
einer Kraft entgegen der Schließrichtung beaufschlagt.
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Der
Magnetanker 154 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
zweiteilig ausgestaltet und umfasst eine Ankerplatte 162 und
einen Ankerbolzen 164.
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Die
Ankerplatte 162 weist an ihrem dem Magnetkern 152 zuweisenden
Ende einen Ankerteller 166 in Form einer axialsymmetrischen
Kreisringscheibe auf. In Schließrichtung
schließt
sich an diesen Ankerteller 166 ein zylinderhülsenförmiger Führungsfortsatz 168 an.
Die Ankerplatte 162 wirkt mit der Magnetspule 150 zusammen
und kann dementsprechend aus einen für eine Magnetaktuation optimierten
Material hergestellt werden.
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Innerhalb
des Führungsfortsatzes 168 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
der Ankerbolzen 164 gleitend gelagert. Dieser Ankerbolzen 164 weist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Ankerhülse 170 auf.
Diese Ankerhülse 170 umfasst
einen zylindrischen Innenraum 172, in welchem der Führungsabschnitt 144 des
Ansatzes 132 gleitend und abdichtend gelagert ist.
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An
ihrem unteren Ende weist die Ankerhülse 170 eine Dichtkante 174 auf,
welche in dem in 1 dargestellten geschlossenen
Zustand des hydraulischen Ventils 146 auf der Dichtschulter 130 des
Ventilstücks 122 aufsitzt
und einen Dichtsitz bildet. Auf diese Weise wird in dem in 1 dargestellten
geschlossenen Zustand durch die Ankerhülse 170 die Ablaufdrossel 134 verschlossen,
so dass im Steuerraum 124 Hochdruck anliegt und das Einspritzventilglied 116 in
seinen in 1 nicht dargestellten Ventilsitz
gepresst wird und die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt.
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Dabei
ist das in 1 gezeigte hydraulische Ventil 146 als
druckausgeglichenes Ventil ausgestaltet, da auf das hydraulische
Ventil 146, insbesondere den Ankerbolzen 164,
in axialer Richtung keine hydraulischen Kräfte wirken können. Der
Druck, welcher sich aus dem Steuerraum 124 über die
Ablaufdrossel 134 in die Einschnürung 142 überträgt, kann lediglich
in radialer Richtung auf die Innenwände der Ankerhülse 170 wirken.
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An
seinem oberen, dem Magnetkern 152 zuweisenden Ende weist
der Ankerbolzen 164 eine Einstellscheibe 176 auf,
welche in eine Umfangsnut der Ankerhülse 170 eingefügt ist.
Diese Einstellscheibe 176 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
beispielsweise als Sichelscheibe 178 ausgestaltet, wie beispielsweise
aus einer Draufsicht auf den Magnetanker 154 in 2 hervorgeht.
Die Restluftspaltscheibe 184 ist in dieser Figur nicht
dargestellt. Die Ankerhülse 170 weist
an ihrem unteren Ende, wie in 1 ersichtlich,
eine Schulter 180 auf, welche die Bewegung der Ankerplatte 162 nach
unten begrenzt und welche somit als Überhubanschlag 182 wirkt.
Zur Montage des Magnetankers 154 kann die Ankerhülse 170 zunächst von
unten in die den Führungsfortsatz 168 eingeschoben
werden, woraufhin am oberen Ende die Sichelscheibe 178 in
die Nut in der Ankerhülse 170 eingeschoben
werden kann. Die Ventilfeder 158 ist dabei in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
auf der Sichelscheibe 178 abgestützt, kann jedoch alternativ
auch auf anderen Teilen des Ankerbolzens 164, beispielsweise
der Ankerhülse 170,
abgestützt
sein.
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Die
Ankerfeder 160 ist an ihrem oberen Ende auf dem Ankerteller 166 abgestützt. Auch
eine andere Art der Abstützung
ist jedoch möglich.
Die gleitende Lagerung der Ankerhülse 170 in der Ankerplatte 162 ermöglicht eine
Relativbewegung zwischen Ankerplatte 162 und dem Ankerbolzen 164,
welche nach oben durch die Sichelscheibe 178 und nach unten
durch die Schulter 180 begrenzt wird. Weiterhin kann auf
der Oberseite des Ankertellers 166 noch eine Restluftspaltscheibe 184 in
Form einer oder mehrerer Kreisringscheiben vorgesehen sein, welche
einen Spalt zwischen dem Magnetkern 152 und dem Magnetanker 154 einstellen
kann. Alternativ oder zusätzlich
zu der Einstellung über
die Restluftspaltscheibe 184 kann der Restluftspalt zwischen dem
Magnetkern 152 und dem Magnetanker 154 auch als
Luftspalt ausgestaltet sein. So kann beispielsweise ein Anschlag
für den
Ankerbolzen 164 bzw. die Ankerhülse 170 des Ankerbolzens 164 auch in
anderer Form als durch die Verwendung einer Scheibe erfolgen.
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Wird
das hydraulische Ventil 146 betätigt, so liegt Magnetkraft
an dem Magnetaktor 148 an. Die Ankerplatte 162 wird
durch die Magnetspule 152 in 1 nach oben
angezogen. Die Sichelscheibe 178, welche formschlüssig mit
dem Ankerbolzen 164 verbunden ist, wirkt als Mitnehmer
und sorgt dafür,
dass die Ankerhülse 170 von
der Ankerplatte 162 mit nach oben gezogen wird. Auf diese
Weise wird die Dichtkante 174 aus ihrem Sitz auf der Dichtschulter 130 gehoben,
so dass Druck aus dem Steuerraum 124 über die Ablaufdrossel 134 in
den Niederdruckablauf entweichen kann und sich das Einspritzventilglied 116 in 1 nach
oben bewegen kann, um die Einspritzöffnungen freizugeben. Um das
Einspritzventil glied 116 und damit den Kraftstoffinjektor 110 erneut zu
schließen,
wird der Magnetaktor 148 abgeschaltet oder die Magnetkraft
verringert, so dass, getrieben durch die Ventilfeder 158,
der Ankerbolzen 164 wieder in seinen Sitz gepresst wird
und sich im Steuerraum 124 erneut ein Hochdruck aufbauen
kann. Das Einspritzventilglied 116 schließt dann
wieder.
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Die
Restluftspaltscheibe 184 kann vorzugsweise unter der Sichelscheibe 178 eingeklemmter werden,
so dass die Restluftspaltscheibe 184 durch die Sichelscheibe 178 in
einer definierten Lage gehalten werden kann. Die Ankerplatte 162 wird
zwischen den Einspritzungen mittels der Ankerfeder 160 in
einer definierten Lage gehalten bzw. in eine derartige definierte
Lage gebracht. Die Federkraft der Ankerfeder 160 soll dabei
möglichst
klein gewählt
werden, vorzugsweise bei maximal 3 bis 4 Newton. Nachdem der Magnetaktor 148 abgeschaltet
bzw. in seiner Magnetkraft heruntergeschaltet ist, drückt die Ventilfeder 158 den
Ankerbolzen 164, wie oben beschrieben, wieder in seinen
Sitz. Sobald der Ankerbolzen 164 seinen Sitz erreicht hat,
wird die Ankerplatte 162 aufgrund ihrer Trägheit sich
weiter nach unten bewegen. Dieser Weg wird auch als Überhub bezeichnet
und ist in 1 mit a bezeichnet. Weitere Größen x (Dicke
der Sichelscheibe 178), z (axiale Länge der Ankerplatte 162)
und y (Abstand zwischen Oberkante der Sichelscheibe 178 und
Unterseite der Ankerplatte 162) sind ebenfalls in 1 definiert.
Somit gilt, dass sich die Dicke x der Sichelscheibe 178 aus
den Größen a, y
und z zu x = a – y
+ z berechnet.
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Der Überhub a
wird durch den Überhubanschlag 182 begrenzt,
welcher in diesem Fall durch die Schulter 180 an der Oberseite
eines Bundes 186 der Ankerhülse 170 ausgebildet
ist. Der Überhub
a soll vorzugsweise nicht größer als
10 μm sein.
Sollten in Einzelfällen
die Toleranzen der Einzelteile der für den Überhub a relevanten Maße größer sein
als es die Überhubtoleranz
erfordert, so besteht die Möglichkeit,
den Überhub
a über
einen Einstellring (Maßgruppen)
einzustellen. In diesem Fall müssen
vor der Montage die mit y und z bezeichneten Maße in 1 gemessen
werden und dann eine entsprechende Einstellscheibe 176 (Maß x in 1)
ausgewählt werden.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 110 dargestellt.
Der Aufbau und die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 110 entsprechen
zunächst
weitgehend dem Aufbau und der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels
gemäß 1,
so dass weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Wiederum
umfasst der Kraftstoffinjektor 110 einen Injektorkörper 114,
in welchem ein Einspritzventilglied 116 mit einem Ventilkolben 118 gelagert
ist. Oberhalb des Ventilkolbens 118 ist in einem Ventilstück 122 wiederum
ein Steuerraum 124 ausgebildet, welcher über eine
Zulaufdrossel 126 mit Hochdruck beaufschlagbar ist. Über eine
Ablaufdrossel 134 in dem Ventilstück 122 ist der Steuerraum 124 wiederum druckentlastbar,
wobei die Ablaufdrossel 134 in dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel,
im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
lediglich eine axiale Bohrung 136 umfasst. Diese axiale Bohrung 136 mündet im
Innenraum einer zylinderhülsenförmigen Führung 188 des
Ventilstücks 122 und ist
durch das hydraulische Ventil 146 verschließbar bzw.
freigebbar.
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Das
hydraulische Ventil 146 ist grundsätzlich ähnlich zu dem in 1 dargestellten
hydraulischen Ventil 146 dargestellt. Dabei ist in der
Darstellung gemäß 3 der
Magnetaktor 148 lediglich teilweise dargestellt, wobei
lediglich ein Teil des Magnetkerns 152 abgebildet ist.
Die Magnetspule 150, welche beispielsweise analog zu 1 ausgestaltet
sein kann, ist in 1 nicht gezeigt.
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Wiederum
umfasst der Magnetaktor 148 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 einen
Magnetanker 154 mit einer Ankerplatte 162 und
einem Ankerbolzen 164. Die Ankerplatte 162 ist
wieder mit einem Ankerteller 166 und einem Führungsfortsatz 168 ausgestaltet.
Der Führungsfortsatz 168 weist
an seinem unteren Ende eine Verengung 190 auf, welche zylindrisch
ausgestaltet ist und von ihrem Außendurchmesser her dem Innendurchmesser
der Führung 188 entspricht.
Der Führungsfortsatz 168 ist
somit in der Führung 188 des
Ventilstücks 122 geführt.
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Im
zylindrischen Innenraum der Ankerplatte 162 ist der Ankerbolzen 164 abdichtend
und in axialer Richtung bewegbar gelagert. Die Ankerhülse 170 ist
wiederum rohrförmig
ausgestaltet und weist an ihrem unteren Ende eine Sitzkante 192 auf,
beispielsweise eine Beißkante,
einen Flachsitz oder einen Kegelsitz, welche in dem in 3 gezeigten
geschlossenen Zustand auf einem Dichtsitz 194 im Inneren der
Führung 188 des
Ventilsitzes 122 aufsitzt und eine Mündung 140 der Ablaufdrossel 134 abdichtet.
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Im
Inneren der rohrförmigen
Ankerhülse 170 ist
in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein
zylindrischer Druckstift 196 aufgenommen. Dieser zylindrische
Druckstift stützt
sich an seinem oberen Ende auf dem Magnetkern 152 oder
einem anderen Teil des Magnetaktors 148 ab. Von seinem
Außendurchmesser
her entspricht der Druckstift 196 dem Innendurchmesser
der rohrförmigen
Ankerhülse 170,
so dass die Ankerhülse 170 gleitend
auf diesen Druckstift 196 gelagert ist, der Druckstift 196 jedoch eine
druckdichte Abdichtung des Steuerraums 124 gewährleistet.
Durch den hydraulischen Druck im Steuerraum 124, welcher
sich durch die Ablaufdrossel 134 auf den Druckstift 196 überträgt, wird
dieser Druckstift 196 nach oben gegen den Magnetkern 152 gedrückt.
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Wiederum
weist der Ankerbolzen 164 an seinem oberen, dem Steuerraum 124 abgewandten Ende
einen Mitnehmer in Form eines Bundes auf. Dieser Bund kann beispielsweise
wieder um als Einstellscheibe 176 oder als Sichelscheibe 178 ausgestaltet
sein und kann beispielsweise wiederum kraftschlüssig mit der Ankerhülse 170 verbunden
sein. Alternativ oder zusätzlich
kann der Bund auch auf andere Weise ausgestaltet sein, beispielsweise
als Bestandteil der Ankerhülse 170 selbst.
Unter der Sichelscheibe 178 kann wiederum eine Restluftspaltscheibe 184 angeordnet
sein.
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Die
Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 110 gemäß dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
entspricht weitgehend der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels
gemäß 1.
Wiederum handelt es sich bei dem eingesetzten hydraulischen Ventil 146 um
ein druckausgeglichenes Ventil, da keine hydraulischen Kräfte in axialer
Richtung auf den Magnetanker 154 wirken. Sobald der Magnetaktor 148 bestromt
wird, wird die Ankerplatte 162 durch die Magnetspule 150 angezogen
und nach oben bewegt. Durch den Bund in Form der Sichelscheibe 178 an dem
Ankerbolzen 164 wird auch der Ankerbolzen 164 von
der Ankerplatte 162 mit nach oben gezogen. Die Einklemmung
der Restluftspaltscheibe 184 dient wiederum dazu, diese
in einer definierten Position zu halten.
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Die
Ankerplatte 162 wird bei der beschriebenen Aufwärtsbewegung
durch die Führung 188 an dem
Führungsfortsatz 168 geführt. Mittels
der Ankerfeder 160 wird die Ankerplatte 162 in
einer definierten Lage positioniert. Wiederum sollte die Federkraft
der Ankerfeder 160 so klein wie möglich gewählt werden, beispielsweise
wiederum bei maximal 3 bis 4 Newton. Durch diese Aufwärtsbewegung
des Ankerbolzens 164 wird die Mündung 140 freigegeben
und der Steuerraum 124 wird druckentlastet, so dass sich
das Einspritzventilglied 116 nach oben bewegen kann und
die mindestens eine Einspritzöffnung
freigeben kann.
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Zur
Beendigung des Einspritzvorgangs kann der Magnetaktor 148 abgeschaltet
oder in eine geringere Bestromung geschaltet werden. Dadurch drückt die
Ventilfeder 158 den Ankerbolzen 164 wieder in seinen
Sitz. Sobald der Ankerbolzen den Sitz erreicht hat, wird die Mündung 140 verschlossen,
und der Steuerraum 124 wird wieder über die Zulaufdrossel 126 mit
Hochdruck beaufschlagt, so dass sich das Einspritzventilglied 116 wieder
nach unten bewegt und die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt.
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Sobald
der Ankerbolzen 164 seinen Sitz erreicht hat, wird wiederum
die Ankerplatte 162 aufgrund ihrer Trägheit sich weiter nach unten
bewegen, so dass wiederum ein Überhub
a entsteht.
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Dieser Überhub a
wird durch einen Überhubanschlag 182 begrenzt.
Dieser Überhubanschlag 182 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch
die Oberkante der Führung 188 ausgebildet. Optional
kann jedoch zwischen der Führung 188 und einer
Schulter 198 am Ende der Verengung 190 des Führungsfortsatzes 168 der
Ankerplatte 162 ein auswechselbarer Überhubanschlag 182 in
Form eines Einstellrings 200 vorgesehen sein, wie dies
in 3 angedeutet ist. Dieser Einstellring 200 kann
insbesondere als auswechselbarer Einstellring ausgestaltet sein,
so dass der Überhubanschlag 182 als
auswechselbarerer Überhubanschlag 182 ausgestaltet sein
kann. Auch andere Ausgestaltungen des Überhubanschlags 182 sind
denkbar, beispielsweise indem die Schulter 180 nicht an
dem Führungsfortsatz 168 der
Ankerplatte 162 ausgebildet wird, sondern beispielsweise
an der Führung 188.
Auch andere Arten des Überhubsanschlags
oder Kombinationen derartiger Überhubanschläge sind
denkbar. Insgesamt sollte der Überhub
a vorzugsweise wiederum nicht größer als
10 μm sein.
Der minimale Überhub
a wird durch den maximalen Verschleiß bzw. die dadurch entstehende
Ankerhubdrift im Ventilsitz begrenzt. Typischerweise liegt der Verschleiß bzw. die Ankerhubdrift
bei weniger als 4 μm,
womit die Untergrenze des Überhubs
a bei ca. 5 μm
liegen kann.
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Für die bevorzugten
Toleranzen kann wiederum auf das obige Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben
werden. Es sollten die Toleranzen der Einzelteile der für den Überhub a
relevanten Maße
im Einzelfall wiederum größer sein
als erforderlich, so besteht wiederum die Möglichkeit, den Überhub a über einen
zusätzlichen
Einstellring, wie beispielsweise den Einstellring 182, 200,
einzustellen. In diesem Fall müssten
vor der Montage wiederum die in 3 mit y
und z bezeichneten Maße
gemessen werden, so dass der Einstellring 200 mit dem Maß x entsprechend
ausgewählt
werden kann.